Brevet FR2314897A1 — publié le 19770114

La présente invention concerne l'épuration des eaux résiduaires et a plus précisément pour objet un procédé de traitement des boues des eaux résiduaires. Le procédé suivant l'invention peut trouver des applications dans les stations d'épuration des eaux résiduaires urbaines et industrielles. On connaît déjà un procédé de- traitement des sédiments provenant des eaux résiduaires par digestion dans des digesteurs et Çéshydratation partielle subséquente sur des lits de séchage. On recueille ensuite les sédiments sur des lits de séchage et on les utilise à titre d'engrais ou bien on les transporte à la décharge. Les inconvénients dudit procédé tiennent à la nécessité de résérver pour les lits de séchage des superficies considérables dans les zones suburbaines, au fait que les conditions de la mise en départ desdits sédiments sur les lits de séchage sont antihygiéniques, aux difficultés d'enlèvement desdits sédiments des lits de séchage et à l'importance des frais d'exploitation des digesteurs. Pour éviter lesdits inconvénients on a étudié un procédé de traitement des sédiments provenant des eaux résiduaires qui consiste à coaguler-les sédiments par des coagulants (floculants) minéraux tels que le chlorure de fer (III) et la chaux (jusqu'à 3 à 8% de FeCl3 et 15 à 22% de #haux), à déshydrater les sédiments notamment dans des filtres rotatifs à vide à sortie de toile, et à sécher le sédiment prédéshydraté par un vecteur de chaleur gazeux à température initiale de 600 à 80000 en régime de jets à contre-courant et matières aéroportées ("spouted bedj (voir I.S. Turovsky;; "Traitement des sédiments provenant des eaux résiduaires. Documents de la conférence scientifique et technique sur "Les procédés avancés d'épuration des eaux naturelles et des eaux résiduaires", Moscou 1971). L'application dudit procédé exige la mise en oeuvre d'une quantité importante de coagulants minéraux au stade de la coagulation. En outre les installations pour la déshydratation mécanique des sédiments sont caractérisées par un bas rendement ; d'autre part le fort degré d'humidité des sédiments après la déshydratation mécanique (jusqu'à 80 - 85%) entrave le traitement ultérieur des sédiments. On s'est donc proposé de sélectionner dans un procédé de traitement des sédiments provenant des eaux résiduaires, des régimes techniques au stade de la coagulation qui permettent de réduire la quantité de réactifs chimiques et d'augmenter le rendement des unités. la solution consiste à traiter les sédiments provenant des eaux résiduaires en coagulant les sédiments par des coagulants minéraux, à déshydrater les sédiments mécaniquement et à dessécher les sédiments prédéshydratés jusqu a un degré d'humidité de 10 à 50% par un vecteur de chaleur gazeux d'une température initiale de 600 à 8000C en régime de jets à contrecourant et de matières aéroportées ("spouted bed") en admettant, dans ce procédé suivant l'invention, des sédiments desséchés au stade de la coagulation dans les sédiments initiaux en proportions permettant d'obtenir une teneur en sédiments du mélange obtenu de 50 à 120 gaz Il est recommandé d'introduire au stade de la coagulation les sédiments desséchés ayant un degré d'humidité de 10 à 30%. Pour réaliser une économie maximale en coagulants minéraux il est recommandé soit de diviser les sédiments initiaux en deux, en soumettant l première partie desdits sédiments à la coagulation par des coagulants minéraux, et de soumettre à la coagulation la seconde partie par les sédiments desséchés obtenus après traitement de la première partie des sédiments, soit de procéder à la coagulation alternativement par des coagulants minéraux et des sédiments desséchés résultant du traitement des sédiments initiaux par les coagulants minéraux. L'action des sédiments desséchés se ramène à la réutilisation des coagulants minéraux qu'ils renferment, à élever la teneur des sédiments en phase solide, à agglomérer les particules solides et à y redistribuer l'humidité dans le sens de l'accroissement de la proportion des formes d'humidité faiblement combinées. Irtadition des sédiments desséchés permet de réduire la consommation en coagulants, d'augmenter le débit des appareils destinés à la déshydratation mécanique des sédiments et de réduire la teneur en humidité des sédiments déshydratés. Les sédiments après le traitement par le procédé suivant l'invention, et en particulier les sédiments provenant des eaux d'égouts urbaines, peuvent titre utilisés à titre d'engrais organominéraux de valeur. On peut obtenir lesdits engrais sous forme d'ut produit friable granulé ou poudreux contenant l'azote, le phosphore, le potassium, la chaux et des oligoéléments pour les végétaux (tels que le bore, le cobalt, le nickel, le manganèse, le molybdène, etc.).Ia mise en oeuvre des sédiments desséchés pour les cultures agricoles variées permet d'en élever les rendements dans un rapport de 1,5/1 à 2,5/1, tout en améliorant la structure des sols. On peut apporter lesdits sédiments dans le sol une fois tous les trois ans à des doses de 10 à 15 tonnes à l'hectare. Lorsque les sédiments contiennent des substances toxiques qui s'opposent à l'utilisation, les sédiments après traitement par le procédé suivant i:'invention peuvent être incinérés dans des. fours ou bien expédiés à la décharge. On applique le procédé de traiteseat aes sédiments provenant des eaux résiduaires de la façon suivante.- On ajoute aux sédiments initiaux obtenus au cours de l'épuration mécanique, biologique ou physico-chimique des eaux résiduaires des coagulants minéraux et des sédiments desséchés d'un degré dthuEidité de 10 à 50%, de préférence de 10 à 30%. On utilise notamment à titre de coagulants minéraux le chlorure de fer (III) et la chaux sous forme de solutions à 10%. Au lieu de chlorure de fer (III) on peut utiliser le sulfate de fer (III), le chlorure d'aluminium ou bien des résidus de fabrications indus rielles contenant lesdits composés. Au lieu de chaux on peut mettre en oeuvre des résidus sous forme de lait de chaux, des résidus de la production d'acéthylène. La mise en oeuvre, à titre d'addition, de sédiments desséchés thermiquement à degré d'humidité ne dépassant pas 30% permet de mélanger rapidement et à un degré suffisamment poussé les sédiments desséchés présentant une surface réactionnelle suffisamment développée avec les sédiments initiaux. Pareil mélange peut être réalisé, de mEme que la coagulation des sédiments par des coagulants, dans une boche munie d'une pompe à vis d'archimède destinée à brasser et à admettre ensuite le mélange coagulé dans une unité destinée à la déshydratation des sédiments. Dans ce cas, suivant le procédé de l'invention, on maintient la concentration du mélange des sédiments initiaux et desséchés dans les limites de 50 à 120 g/l, ce qui permet de maintenir une bonne fluidité du mélange (concentration ne dépassant pas 120 g/l), tout en conservant une teneur suffisamment élevée dudit mélange en substances solides (concentration au moins égale à 50 g/l). Le maintien de la concentration du mélange dans les limites imposées peut être réalisé par réglage de la quantité et du degré d'humidité des sédiments ajoutés au mélange. On ajoute les coagulants minéraux, notamment le chlorure de fer (ici) et la chaux ainsi- que les sédiments desséchés, soit à la totalité des sédiments initiaux, soit à une partie des sédiments initiaux ; par exemple, à la moitié des sédiments on ajoute des réactifs chimiques, tandis qu'à la partie résiduelle des sédiments on ajoute des sédiments desséchés contenant lesdits coagulants. On emploie cette dernière opération au cas où il est indispensable d'épargner aumaximum les coagulants minéraux. On détermine les besoins en coagulants utilisés et la dose des sédiments recyclés par expérience, en fonction de la réstitution de l'eau par les sédiments en cas de déshydratation mécanique. On réalise la déshydratation mécanique d'un mélange qui a subi la coagulation dans des appareils de filtration, soit dans des filtres rotatifs à vide à sortie de toile, soit dans des filtres tresses. On détermine le régime de marche des appareils (la valeur de la dépression et la durée du cycle de filtration) ainsi que le type du tissu filtrant de la meme façon que dans le procédé connu, e'est-à-dire qu'on le sélectionne expérimentalement en fonction du genre des sédiments à déshydrater. On admet les sédiments déshydratés mécaniquement par des transporteurs dans une unité de desséchage thermique en régime de jets à contre-courant et de matières aéroportées (spouted bed"). On peut utiliser à titre d'appareils de séchage des séchoirs à jets à contre-courant. On effectue le desséchage par un vecteur de chaleur gazeux, notamment par des gaz de combustion d'une température initiale de 600 à 8000C résultant de la combustion dans des réacteurs sous pression (chambres à combustion du séchoir) du gaz naturel, du fuel ou autres combustibles. Pour assurer la marche normale de la combustion et du désséchage des sédiments on fait arriver également de l'air sous une pression effective de 01 à 0,5 atm. on fait arriver les sédiments desséchés, à l'exception d'une partie de ces derniers, utilisés pour l'admixtion au cours de l#oagulation, notamment par un transporteur à raclettes dans une trémie-accumulatrice d'où on transporte les sédiments par des camions à bennes basculantes sur des champs de culture ou bien à la décharge, ou bien on les admet dans des fours pour incinération. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs. EXEMPLE 1. On soumet à la coagulation des sédiments d'eau d'égout urbains d'un degré d'humidité de 93,5% et d'une résistance spécifique de 250.1010 cm/g, ensuite à une déshydratation mécanique ar des filtres rotatifs à vide à sortie de toile et à un desséchage thermique subséquent dans un séchoir à contre-courant. Avant la déshydratation on ajoute aux sédiments des sédiments thermiquement desséchés d'un degré d'humidité de 20%, du chlorure de fer (III) et de la chaux en doses respectives de 100% , 3,2 et 10% de la masse de la matière sèche des sédiments. Dans cet exemple et dans les exemples suivants les doses de chlorure de fer (III) ou de ses succédanés sont rapportées à la matière chimique sèche, la dose de chaux étant rapportée à l'oxyde de calcium. La concentration du mélange de sédiments initiaux et de sédiments additionnés est dans ce cas de 120 g/l ; le degré d'humidité des sédiments déshydratés est de 61%, le débit des filtres rotatifs à vide est de 25 kg/m2.h, calculé par rapport à la matière sèche des sédiments. Le degré d'humidité des sédiments thermiquement desséchés (du produit fini) est de 40%. La consommation de chaleur pour le processus de séchage est de 800 kcal/kg d'humidité évaporée. Les sédiments après traitement suivant le procédé de l'invention (c'est-à-dire les produits finis) sont utilisés en agriculture sur des sols acides à titre d'engrais azoté-phosphaté organo-minéral granulé enrichi en chaux et en oligo-éléments. Lorsque les sédiments sont apportés une fois tous les trois ans à la dose de 15 tonnes par hectare pour la culture du mais utilisé à titre de masse verte ensilée, le rendement en cette masse augmente de 80 à 200 quintaux à l'hectare.Si le traitement des sédiments avait été effectué par le procédé connu, la dose de chlorura de fer (ICI) aurait été de 3,5% et la dose de chaux de 12% avec un débit des filtres à vide de 20 kg/m2.h et à un degré d'humidité des sédiments déshydratés de 80%. Ainsi, l'application du procédé suivant l'invention donne-t-elle une économie en chlorure de fer (III) de 8% et en chaux de 16% allant de pair avec un accroissement du débit des filtres à vide de 25 et une diminution du degré d'humidité des sédiments déshydratés de 80 à 61fox EXEMPLE 2. On soumet les sédiments des eaux résiduaires d'une papeterie, d'un degré d'humidité de 97,5% et d'une résistance spécifique de 560.1010 cm/g, à la coagulation et à la déshydratation mécanique sur les filtres rotatifs à vide à sortie de toile, avec un desséchage thermique subséquent dans un séchoir à contre-courant. Avant la déshydratation on ajoute aux sédiments des sédiments desséchés thermiquement d'un degré d'humidité de 10%, du chlorure de fer (III) et de la chaux en doses respectives de 100 ; 3,5 ; et 13,6% de la masse de la matière sèche des sédiments.La concentration du mélange des sédiments initiaux et des sédiments desséchés additionnés est de 70,5* ; le degré d'humidité des sédiments thermiquement desséchés est de 30% ; le débit des filtres à vide est de 18 kg/cm2. heure calculé par rapport aux matières sèches des sédiments. On transporte les sédiments après traitement selon le procédé de l'invention à la décharge. Le volume des sédiments, en comparaison du volume initial, diminue de près de 15 fois. En cas de traitement des sédiments d'après le procédé connu la dose de chlorure de fer (III) aurait été de 4% ; la dose de chaux, de 15% ; le débit des filtres à vide aurait été de 15 kg/m2.heure alors que le degré d'humidité des sédiments déshydratés aurait été de 85%. Ainsi, la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention donne une économie de chlorure de fer (III) de 14%, de chaux de 10%, le degré d'humidité des sédiments déshydratés décroît de 85% jusqu'à 70,5,' , alors que le débit des filtres à vide augmente de 20%. EXEMPLE 3. On soumet des sédiments provenant des eaux résiduaires d'égout urbaines d'un degré d'humidité de 95,0,' et d'une résistance spécifique de 400.1010 c;7g à la eoagulation-, à la déshydratation mécanique sur des filtr--s rotatifs à vide à sortie de toile et à un desséchage thermique subséquent dans un séchoir à contre-courant. Pour des raisons technico-économiques il faut effectuer les opérations avec des doses minimales de réactifs chimiques. Avant la déshydratation on partage les sédiments de départ en deux flux égaux. On ajoute au premier flux du sulfate de fer (III) et de la chaux à des doses respectives de 6 et de 14% , alors qu'au second flux on ajoute des sédiments desséchés en provenance du premier flux d'un degré d'humidité de 30%. Dans ce cas, la concentration du mélange des sédiments du premier et du second flux est de 90 g/l, le degré d'humidité des sédiments déshydratés du premier flux est de 80S0Sof celui du second flux, de 66,5% ; le débit desfiltres à vide du premier et du deuxième flux est de 20 kg/m2.h. Les sédiments desséchés du second flux (produits finis) constituent essentiellement une matière grenu d'un degré d'humidité de 40fiv ; ils sont utilisés à titre d'engrais. Ainsi, la mise en oeuvre du procédé proposé permet de réduire la consommation des réactifs chimiques de moitié et de réduire dans ce cas le degré d'humidité de la moitié des sédiments déshydratés de 80 à 66,5%. EXEMPLE 4. On soumet les sédiments des eaux résiduaires d'une usine de construction d'automobiles d'un degré d'humidité de 93% et d'une résistance spécifique de 200.1010 cm/g à la coagulation, à la déshydratation sur filtre-presse et au desséchage subséquent à jets à contQr3-courant. Les unités fonctionnent par cycles. Au coursdes huit premières heures on déshydrate l'ensemble des sédiments et on les dessèche en coagulant les sédiments initiaux par du chlorure de fer (III) et du lait de chaux (résidu de la production d'acétylène) en dose respectives de 4 et de 12% de la masse de la matière sèche des sédiments. Au cours des 8 heures suivantes on ajoute aux sédiments initiaux des sédiments thermiquement desséchés en quantité qui élève la concentration du mélange à déshydrater jusqu'à 100 g/l. Les résidus du traitement suivant le procédé proposé sont un produit friable grenu d'un degré d'humidité de 40% (transporté à la décharge). la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention permet de réduire de moitié la consom#nâtio# des réactifs chimiques. EXEMPLE 5. On soumet des sédiments prornant des eaux d'égout urbaines d'un degré d'humidité de 95,5% et d'une résistance spécifique de 750.1 ou 0 cm/g à la coagulation, à la déshydratation thermique sur filtres à vide à tambour, à toile descendante et au desséchage thermique subséquent dans des séchoirs thermiques à jets à contre-courant. Avant la déshydratation on partage les sédiments initiaux en deux flux à rapport des débits volumiques des sédiments de i,5/1. On ajoute au premier flux des résidus de la production du brome, qui contiennent du chlorure de fer (III) ainsi que de la chaux en doses respectives de 4 et de 12010, alors qu'on ajoute au second flux des sédiments desséchés du premier flux d'un degré d'humidité de 35%. Dans ce cas la concentration du mélange des sédiments du premier et du second flux est de 110 gaz le degré d'humidité des sédiments déshydratés du premier flux est de 78%, celui du second flux, de 68% ; le débit des filtres à vide du premier flux est de 17 kg/m2.h, celui du second flux, de 18 kg/m2.h. Les sédiments thermiquement desséchés du second flux (produits finis) constituent essentiellement une matière grenue d'un degré d'humidité de 35% ; ils sont utilisés à titre d'engrais. Ainsi la mise en oeuvre du procédé proposé permet de réduire la consommation des réactifs chimiques de 40%, d'augmenter le débit des filtres à vide en moyenne de 3%, de réduire le degré d'humidité de 409 des sédiments déshydratés de 78 à 68%. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement des sédiments provenant des eaux ré #duaires, consistant à coaguler les sédiments par des coagulants minéraux, à déshydrater mécaniquement les sédiments et à dessécher les sédiments prédéshydratés jusqu'à un degré humidité de 10 à 50% par un vecteur de chaleur gazeux à une température initiale de 6000 à 8000C en régime de jets à contre-courant et de matières aéroportées, caractérisé en ce que l'on introduit les sédiments desséchés au stade de coagulation dans les sédiments initiaux en une proportion assurant une concentration du mélange obtenu# de sédiments de 50 à 120 g/l. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au stade de la coagulation on introduit un résidu desséché d'un degré d'humidité de 10 à 30%. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en en ce que lton partage~les sédiments initiaux en deux parties, en soumettant à la coagulation la première partie des sédiments initiaux par des coagulants minéraux et en soumettant à la coagulation la seconde#rtie des sédiments initiaux par des sédiments desséchés résultant du traitement de la première partie des sédiments. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on soumet à la coagulation les sédiments initiaux alternativement par des coagulants minéraux et par des sédiments desséchés résultant du traitement des sédiments initiaux par des coagulants minéraux. 5. Sédiments provenant des eaux résiduaires, caractérisés en ce qu'ils sont traités par le procédé faisant 1'objet de l'une des revendication 1 à 4.