Brevet FR2410634A1 — publié le 19790629

la présente invention est relative à un procédé de traitement de boue d'égout par cuisson, décantation et épaississement successifs, en vue de la déshydratation de la boue. le traitement des eaux résiduaires dans les stations d'épuration conduit à la production de boues dont la teneur en eau es#t élevée puisqutelle est géné ralement supérieure à 95%et etdont le volume est important. Ces boues sont de nature collotdale, ce qui rend leur déshydratation particulièrement difficile. C'est pourquoi, en vue de diminuer leur résistance à la séparation de l'eau, on procede à un conditionnement qui peut votre soit chimique, soit thermique. Le conditionnement thermique consi#ste en une cuisson des boues à une température comprise entre 160 et 22000 durant un temps de 10 à 45 minutes. Ce conditionnement a pour effet de détruire la structure initialement colloidale de la boue, ce qui facilite considérablement la concentration ou déshydratation ultérieure des boues par sédimentation, centrifugation ou filtration. On connaît par le brevet FR 792 099 une installation de traitement qui comprend successivement - un poste de préconcentration de boue; - une pompe haute pres#sion débitant la boue dans un échangeur de chaleur; - un échangeur de chaleur boue-boue dans lequel la boue cuite réchauffe la boue entrante; - un réacteur de cuisson dans lequel est introduite de la vapeur pour porter à la température désirée la boue préchauffée dans l'échangeur; - un stookeur-décanteur à ltair libre; - un poste de déshydratation par filtration ou centrifugation ramenant le taux dthumidité de la boue à une valeur comprise entre 50 et 65%. la boue ainsi déshydratée est ensuite envoyée en décharge ou incinérée. Ce traitement connu présente de nombreux inconvénients. Tout d'abord l'échangeur boue-boue est soumis, dans ses parties cintrées ou coudées, à une très forte abrasion et exige de ce fait un entretien coûteux. En outre, le stookeur-décanteur travaillant à l'air libre et à témpérature ambiante laisse échapper des odeurs nauséabondes et doit avoir un volume important, car la décantation et l'épaississement se font beaucoup moins rapidement à froid qu'à chaud. Par ailleurs, l'échangeur de chaleur entre la boue froide et la boue cuite ne peut fonctionner correctement qu'avec un volume minimal de déchets qui n'est atteint que dans les agglomérations de plus de 100.000 habitants. Bien plus, le taux d'humidité de la boue produite est très mal adapté au traitement ultérieur de la boue, c 'est-à-dire incinération sou mise en décharge. En effet, on constate qu'à-la sortie du décanteur la siccité de la boue ne dépasse pas 15fi, de sorte que cette boue est trop fluide pour être mise en décharge et contient encore trop d'eau pour que l'incinération soit intéressante sur le plan énergétique, car la chaleur nécessaire serait surtout utilisée pour la vaporisation de l'eau.Pour obtenir 35-50# de siccité, il est donc nécessaire de faire passer la boue décantée dans des filtres-presses, qui augmentent le coût de l'installation, tout en produisant une boue qui se présente alors sous forme de mottes relativement compactes. la pulvérisation de cette boue dans une tour d'incinération à l'encontre de fumées chaudes n'est possible que si l'on désagrège au préalable les agglomérats de boue en aggravant encore le coût du traitement. L'incinération simultanée avec des ordures ménagères à l'intérieur d'un four à gradins n'est pas plus satisfaisante car, du fait de la compacité de la boue, la combustion ne s'effectue qu'en surface. Pour remédier aux inconvénients signalés, l'invention propose un procédé pour la cuisson et la décantation, à l'intérieur d'une enceinte close, d'une boue d'égout introduite sous pression à une température au moins égale à 1600 environ, de préférence de 1800 environ, caractérisé en ce que dans l'enceinte close, de forme générale cylindrique à axe vertical, on épaissit la boue en la soumettant à une agitation légère, on déplace radialement la boue épaissie, à la partie basse de l'enceinte, vers l'axe de cette dernière, d'où on la reprend pour l'extraire de l'enceinte. L'agitation légère est réalisée de préférence par l'effet d'éléments filiformes enfoncés dans la masse de boue et animés d'un mouvement lent, avantageusement circulaire. le liquide tend à remonter le long des éléments filiformes en se séparant de la matière solide. les essais qui ont été conduits sur la base de ce procédé ont montré qu'une boue dite "fraîche" provenant d'une station d'épuration, avec un taux de matière sèche d'environ 5%, pouvait être épaissie à un taux de siccité de 25 à 35% et être extraite en continu de l'enceinte pour être soumise directement, c'est-à-dire sans filtration préalable, à une incinération qui peut être mise à profit, comme connu en soi, pour produire la chaleur nécessaire au chauffage de la boue fraîche avant son admission dans l'enceinte de cuisson et de décantation. L'invention a également pour objet un réacteur ou appareil de cuisson et de décantation pour la mise en oeuvre du procédé, comportant une cuve close ayant la forme générale d'un volume de révolution à axe vertical, qui comprend une tubulure d'entrée pour l'admission de la boue à traiter et deux tubulures de sortie pour l'extraction, respectivement du liquide surnageant et de la boue épaissie, caractérisé en ce que, à l'intérieur de la cuve, qui est cylindrique, est monté rotatif un arbre disposé suivant l'axe de la cuve et qui supporte, à proximité de l'admission de la boue à traiter, au moins un bras supérieur radial auquel sont suspendues des tiges verticales espacées radialement, qui constituent une herse pour l'agitation lente de la boue et, à proximité du fond de cuve, un certain nombre de racleurs espacés radialement qui déplacent radiale ment vers l'arbre rotatif, la boue épaissie, pour alimenter la tubulure de sortie située au-dessous du fond. la herse qui tourne à une vitesse de préférence inférieure à un tour par minute au sein de la masse de boue contenue dans la cuve cylindrique tend à favoriser la remontée du liquide le long des tiges verticales et, par conséquent, à accélérer l'épaississement. la forme cylindrique de la cuve, en offrant une section constante au mouvement de la boue, est elle-même particulièrement propice en ce qui concerne la progression vers le bas de la masse qui, sous sa forme épaissie, est repoussée par les racleurs balayant la surface concave du fond de cuve, vers le centre de ce dernier, c'est-à-dire dans une zone où, suivant une autre caractéristique de l'invention, est formé un puits à boue constitué par un réceptacle cylindrique muni d'une tubulure horizontale de sortie à travers laquelle la boue épaissie est déplacée sous l'action de pales à effet centrifuge, solidaires de l'arbre rotatif. L'invention sera explicitée au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et représentée au dessin annexé, dans lequel: la fig. 1 est une vue schématique d'une installation comprenant la réacteur cylindrique suivant l'invention, - la fig. 2 est une vue en coupe verticale diamétrale du réacteur conforme à l'invention; - la fig 3 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation des racleurs de fond du réacteur; la fig. 4 représente une -variante des racleurs de fond; - la fig. 5 est une vue en coupe horizontale du puits à boue épaissie. A partir d'un bac de stockage I, une boue de station d'épuration est conduite vers un dilacérateur 2, puis est soumise à l'action d'une pompe 3, qui est de préférence une pompe MOINEAU. la boue est ensuite préchauffée dans un échangeur de chaleur 9 puis traverse un échangeur de chaleur 4 dans lequel la boue préchauffée est soumise à l'action des fumées d'un incinérateur 5. Elle pénètre alors dans le réacteur 6 d'où on extrait par une conduite supérieure 7 le surnageant, et par une conduite inférieure 8 la boue épaissie. La conduite 7 traverse successivement ltéchangeur de chaleur 9 dans lequel le surnageant sert à préchauffer la boue avant son admission dans l'échangeur 4, et une pompe de détente 11 qui est avantageusement une pompe MOINEAU, à l'aval de laquelle le liquide, très peu chargé en matière solide, est soumis b un traitement classique d'épuration. Quant à la boue épaissie qui sort par la conduite 8, après avoir franchi un échangeur de chaleur 12 à circulation d'eau froide et une pompe de détente 10, de préférence également du type MOINEAU, elle est introduite dans la tour d'incinération 5 où elle est pulvérisée et soumise à la chaleur engendrée par un ou plusieurs brûleurs 5s, ou aux fumées chaudes d'un four d'incinération d'ordures ménagères. L'enceinte 13 du réacteur 6 est constituée par une cuve de forme cylindrique à axe vertical, fermée à sa partie supérieure par un couvercle bombé 14 et, à sa partie inférieure, par un fond 15 également bombé, dans lequel est ménagée une ouverture 16 qui forme l'accès à un puits à boue sous-Jacent 17 de faible profondeur. Ce puits, qui forme un réceptacle cylindrique, est relié à la conduite 8 et à la tour d'incinération 5 par une tubulure Sa perpendiculaire à l'axe de la cuve. La boue réchauffée et sous pression pénètre à l'intérieur du réacteur 6 par une tubulure d'arrivée 18 fixe, solidaire d'une chambre centrale 19 qui est fermée à Sa partie supérieure et entoure, à contact glissant, un arbre axial 20 traversant verticalement l'ensemble du réacteur 6. La chambre 19 forme un couvercle à l'égard d'une boite 21 située au-dessous d'elle et solidaire de l'arbre 20. La boite 21 tourne à l'intérieur et au contact de la paroi cylindrique de la chambre 19, par l'intermédiaire d'un Joint glissant 22. Cette boite communique avec le volume intérieur du réacteur par une tubulure radiale 23 dont l'extrémité se situe environ à la moitié du rayon du réacteur 6 et est recourbée vers le fond dudit réacteur, à son sxtr~it 23a. En variante, la boite d'alimentation 19, 21 peut entre remplacée par un répartiteur de boue ayant la forme d'une cuvette fixée autour de l'arbre 20 et dans laquelle est ménagé un bec verseur. L'arbre 20 est entraIn par un moteur électrique 24 sur lequel est monté un variateur de vitesse 25. le moteur a été placé sous le réacteur, mais il va de soi qu'il peut être également installé en haut du réacteur. ~ Dans un plan horizontal situé au-dessous de la boite d'alimentation 19,21 est fixé sur l'arbre 20 un bras radial 26 portant des tiges parallèles et verticales 27, par exemple au nombre de quatre, l'ensemble formant une herse. A proximité et au-dessus du fond 15 du réacteur, deux bras radiaux 28, solidaires de l'arbre 20, diamétralement opposés et perpendiculaires au bras 26 de la herse, supportent chacun deux racleurs 29 qui ont la forme de pales constituées chacune par une tôle cintrée présentant une portion tronconique 30 convergeant vers le haut du réacteur, d'axe vertical, mais décalé par rapport à l'axe du réacteur et sur la grande base de laquelle est montée une portion cylindrique 31. En variante (fig. 4), les quatre racleurs 29 peuvent entre monté chacun sur un rayon, les bras 28 étant alors disposés en croix. A l'intérieur du puits à boue sont également logées des pales 32, 33, solidarisées avec l'arbre 20 soit par soudage direct sur celui-ci, soit par l'intermédiaire d'entretoises 34. les pales, au nombre de deux, sont constituées par une tôle en forme de portion cylindrique d'axe vertical dont le bord d'at taque est tangent à l'arbre 20 pour la première pale 32, tandis que le bord d'attaque de la seconde pale# 33 est tangent au cylindre enveloppe du volume balayé par la pale 32. flans la partie supérieure du réacteur 6 est prévu un déversoir 35 assurant l'évacuation du liquide surnageant grâce à une goulotte 36 sur laquelle est branchée une tubulure 7a reliée à la conduite 7. le dilacérateur peut être remplacé par un dégrilleur ou tout dispositif convenable de réduction des dimensions des déchets solides divers, afin d'éviter toute obstruction. le fonctionnement du réacteur (ou thermodécanteur) est le suivant le passage de la boue dans le dilacérateur 2 a pour effet de broyer toutes les particules solides et éventuellement de #déchiqueter les fibres contenues dans la# boue. La pompe MOINEAU 3 élève la pression jusqu'à environ une dizaine de bars. Grâce à lléchangeur fumées-boue 4, la boue est portée à une température d'environ 1800C à laquelle s'effectue la cuisson, qui a pour but de casser l'état colloïdal. Cette température est également maintenue dans# le réacteur 6, grâce à un calorifugeage, non représenté, de l'enceinte 13. La pression régnant à l'intérieur est comprise entre 10 et 12 bars, car il faut tenir compte du dégazage de la boue produit par l'élévation de température. la boue s'écoule vers le fond du réacteur grâce à la pipe 23a qui tend à donner aux particules-solid#s incluses dans la boue une vitesse initiale descendante. La herse 26, 27 favorise la remontée de lteau grâce à un mouvement circulaire qui doit être suffisamment lent pour ne pas perturber l'épaissis sement. les rac#leurs 29 ramènent la boue de la périphérie vers le centre où elle est reprise par le puits à boue A cet effet ils sont fixés sur les bras 28, à une distance variable du centre, de telle manière que, dans les deux variantes de réalisation, la fraction déplacée radialement par un racleur extrême est, au cours de la rotation suivant la flèche fl, reprise par un autre racleur plus proche du centre, et ainsi de suite. Toute la surface du fond est ainsi balayée par les quatre racleurs. Par contre, dans le puits à boue les pales 32, 33 servent à alimenter la tuyauterie 8, de sorte que le mouvement de la boue est centrifuge lorsque l'ar- bre 20 tourne suivant la flèche , le bord extrême de l'une des pales, 33, passant à proximité de la surface cylindrique interne du réceptacle 17. Le refroidissement du surnageant et de la boue épaissie dans les échangeurs get 12, respectivement, est indispensable à la tenue mécanique des pompes de détente 10 et 11. La détente dans les pompes 10, 11 Jusqu'à la pression atmosphérique est également indispensable car on ne peut placer de vanne à cause du risque de colmatage. EXEMPIES : Un essai a été réalisé dans les conditions suivantes - température de la boue à la sortie de l'échangeur 4 : 170 - 1800C; - température en haut du thermodécanteur 6 (phase vapeur) : 170 - 1800C. L'équipage mobile dans lequel les tiges 27 étaient espacées de 12cm environ a été mis en rotation au début de l'introduction de la boue, à une vitesse de 0,18 tour/mn. La vitesse a atteint ensuite 0,7 tour/mn à partir du début de extraction. le remplissage du thermodécanteur S'est effectué en deux heures, pour un volume de 1375 litres; l'extraction de boue a été effectuée 3 heures 30 après le début du remplissage. La boue provenait d'une station d'épuration et titrait 5,5% de matières sèches. Après traitement, la siccité était en moyenne de 27%, le surnageant ne contenant que 1,2% de matières sèches. Au cours d'un autre essai, les conditions étaient les suivantes - température de la boue à la sortie de l'échangeur : 1800C; - température en haut du thermodécanteur (phase vapeur) : 1800C. L'équipage mobile tournait aux memes vitesses. les temps de remplissage et d'extraction étaient identiques à l'exemple précédent. La boue à traiter était une boue fraîche provenant d'une station d'épuration, contenant 6,710 de matières sèches. Après traitement, la boue épaissie titrait 31,4% de siccité. Suivant l'enseignement de la demande FR 2 327 201, il est évidemment possible de mettre en communication l'espace supérieur du réacteur 6, rempli de vapeur, avec la partie du circuit de boue située à l'amont de l'échangeur 4, pour accélérer la circulation de la boue. -- REVENI~CATIONS 1 - Procédé pour la cuisson, la décantation et l'épaississement, à l'intérieur d'une enceinte close, d'une boue d'égout introdu#ite sous pression à une température au moins égale à 1600 environ, de préférence de 1800 environ, caractérisé en ce que dans l'enceinte close (13), de forme générale cylindrique à axe vertical, on épaissit la boue en la soumettant à une agitation légère, on déplace radialement la boue épaissie, à la partie basse de l'enceinte, vers l'axe (20) de cette dernière, d'où on la reprend pour l'extraire de l'enceinte. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'agitation légère est créée par 11effet d'éléments filiformes (27) enfoncés dans la masse de boue et animés d'un mouvement lent, de préférence circulaire. 3 - Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, à la partie basse de l'enceinte, on collecte la boue épaissie dans un réceptacle central (17), d'où on la reprend en lui imprimant un mouvement centrifuge lent qui la fait sortir radialement ou tangentiellement. 4 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pression de l'enceinte est d'environ 10 à 12 bars. 5 - Appareil de cuisson,de décantation et d'épaississement de boue d'égout pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, comportant une cuve close ayant la forme générale d'un volume de révolution à axe vertical, qui comprend une tubulure d'entrée pour l'admission de la boue à traiter et deux tubulures de sortie pour l'extraction > respectivement du liquide surnageant et de la boue épaissie, caractérisé en ce que, à l'intérieur de la cuve (13), qui est cylindrique, est monté rotatif un arbre (20) disposé suivant l'axe de la cuve et qui supporte, à proximité de l'admission de la boue à traiter, au moins un bras supérieur radial (26) auquel sont suspendues des tiges verticales (27) espacées radialement, qui constituent une herse pour l'agitation lente de la boue et, à proximité du fond de cuve (15), un certain nombre de racleurs (29) espacés radialement, qui déplacent la boue épaissie,radialement vers l'arbre rotatif, pour alimenter la tubulure de sortie (8a) située au-dessous du fond. 6 - Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que, à l'intérieur d'un réceptacle cylindrique central (17), formant puits à boue, qui prolonge vers le bas le fond de cuve (î5), est disposée au moins une pale (32, 33) fixée sur l'arbre (20), qui imprime un mouvement centrifuge à la boue épaissie et la fait sortir par la tubulure (8a) montée dans la paroi du réceptacle (17). 7 - Appareil suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la tubulure d'admission (18) s'étend radialement à l'intérieur de la cuve et alimente une boute (21) tournant solidairement avec l'arbre (20), et pourvue d'une tubulure (23) par laquelle la boue se déverse dans la cuve. 8 - Appareil suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la boite (21), de forme générale cylindrique, est surmontée d'un couvercle fixe (19) monté autour de l'arbre, communiquant avec la tubulure d'admission (18), et par rapport auquel la boite tourne par l'intermédiaire d'un Joint glissant (22). 9 - Appareil suivant l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les racleurs (29) du fond de cuve ont la forme de pales. 10 - Appareil suivant l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les racleurs (29) du fond de cuve sont répartis sur deux bras radiaux (28) disposés dans le prolongement ltun de l'autre, par exemple à raison de deux racleurs sur chaque bras radial. 11 - Appareil suivant l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les racleurs (29) du fond de cuve sont répartis sur quatre bras radiaux (28) disposés en croix, par exemple à raison d'un racleur par bras radial. 12 - Appareil suivant l'une des revendications 5 à 11, caractérisé en ce que dans le puits à boue (17) sont fixées sur l'arbre (20) deux pales (32, 33) en forme de volute, qui balaient respectivement un volume cylindrique interne entourant l'arbre et un volume annulaire compris entre le volume interne et la parti cylindrique du réceptacle (17). 13 - Appareil suivant l'une des revendications 5 à 12, caractérisé en ce que la vitesse de l'arbre (20) est inférieure à un tour par minute.