Brevet FR2418004A1 — publié le 19790921

La présente invention concerne un procédé pour transformer des boues renfermant des virus, bactéries et autres composés toxiques en un produit solide, friable, sans odeur et acceptable sur le plan écologique. Elle concerne également le produit obtenu par ce procédé ainsi que des applications de ce produit. Il est connu dans la technique que la chaux vive et la chaux éteinte permettent la solidification des boues usées, des boues organiques renfermant des résidus d'huile ou de pétrole et des limons marins lorsque ces matières sont mélangées autres chaux. Toutefois, jusqu'S présent, aucun dispositif n'a été mis en oeuvre pour mélanger mécaniquement des quantités me surées#d'oxyde de calcium à des matières visqueuses analogues a de l'alsphate lorsque celles-ci se trouvent dans un puisard ou bassin à boues pour réaliser leur solidification, la matière solidifiée présentant des composés métalliques toxiques, tels que des composés du cadmium, du chrome, de l'arsenic et du zinc, piégés ou inclus sous forme insoluble. De façon analogue, jusqu'à présent, on ne connaissait aucun procédé ou aucun dispositif permettant de soumettre de façon séquentielle des boues renfermant des hydrocarbures et éventuellement des limons marins ainsi que des boues usées ou autres boues toxiques renfermant une quantité importante d'eau à l'action de l'oxyde de calcium, à un taux donné et mesuré, dans un logement fermé; pour amorcer une réaction exothermique au cours de laquelle la température du mélange d'oxyde de calcium et de boues augmente avec le dégagement de quantités importantes de vapeur d'eau. La neutralisation, l'agglomération et l'échange de bases se produisent dans le logement fermé au fur et à mesure que la réaction exothermique se déroule, le pH dudit mélange de boues et d'oxyde de calcium s'élevant jusqu a une valeur d'au moins 12,4. Au fur et à mesure que l'oxyde de calcium se dissout dans les boues aqueuses, ces boues se déshydratent, ce qui provoque un accroissement de température, et les bactéries et virus présents dans lesdites boues sont détruits du fait de cet accroissement de température et du pH élevé du mélange de boues et d'oxyde de calcium ainsi obtenu. L'oxyde de calcium, lorsqu'il se dissout, conduit à la formation d'hydrates qui ont tendance à lier les particules solides des boues les unes aux autres pour former des agglomérats de particules. L'augmentation de pH préalablement mentionné a pour effet que les sels toxiques solubles des métaux indiqués ci-dessus sont transformés en composés insolubles.Le produit de réaction est évacué du logement fermé sous la forme de particules relativement dures et friables qui sont encore chaudes et fumantes (de vapeur d'eau) sensiblement inodores et dans lesquelles les métaux toxiques sont piégés sous forme insoluble. Le produit de réaction retient une importante quantité de l'eau initialement présente, ladite eau faisant partie intégrante dudit produit. Le produit de réaction peut être rendu compact et convient ainsi pour servir de remblais, d'assiettes ou infrastructures pour les routes et, s'il est neutralisé, il peut être utilisé dans l'agriculture et dans d'autres domaines. La présente invention a pour objet de créer un procédé et un dispositif qui, en combinaison avec de l'oxyde de calcium, peuvent être utilisés pour solidifier des boues provenant d'installations industrielles et d'autres boues domestiques, ainsi qu'éventuellement des limons marins, afin de transformer lesdites boues en substances solides acceptables sur le plan écologique. Conformément à l'invention, des boues aqueuses sont amenées de façon séquentielle ou discontinue à un dispositif pour y être mélangées avec de l'oxyde de calcium dans un logement fermé de façon à être transformées, par hydrolyse et saponification à température élevée, en un produit dur, friable et qui peut être rendu compact afin d'être utilisé comme infrastructure de-routes, comme remblai ou, lorsqu'il est neutralisé, dans le domaine de l'agriculture et à d'autres fins. Le dispositif de l'invention peut être monté sur une péniche ou barge pour recevoir du limon provenant d'une dragueuse et pour pouvoir amener le produit de réaction dans une barge voisine de la précédente. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, au dessin annexé. La fig. 1 est un schéma d'un mode de réalisation du dispositif de l'invention pour transformer des boues aqueuses en un produit solide et friable. La fig. 2 est un schéma du dispositif de l'invention monté sur une première péniche ou barge pour recevoir du limon d'une dragueuse et pour transformer ce limon en ledit produit qui est ensuite amené sur une seconde péniche ou barge. La fig. 3 est une vue schématique du dispositif de la fig. 2 disposé au voisinage d'un puisard ou bassin à boues et d'une benne preneuse prévue pour extraire des boues du puisard, de façon séquentielle ou discontinue, et pour amener ces boues dans la trémie du dispositif destiné à transformer lesdites boues, -l'aide d'oxyde de calcium, en un produit solide, friable et sensiblement inodore. La fig. 1 illustre schématiquement un mode de réalisation du dispositif de l'invention, désigné dans son ensemble par la référence B, dispositif qui comprend un bàti 100 présentant des extrémités avant 102 et arrière 104, un dessus 106 et un fond 108. Le bâti 100 est disposé sur une base 110 qui peut être soit fixe, soit montée sur des patins, des rails ou des roues (non représentés) pour pouvoir assurer le déplacement dudit dispositif si nécessaire. Comme illustré à la fig. 3, le dispositif B a été ainsi déplacé pour être amené au voisinage d'un bassin à boues ou puisard 14. La bâti 100 présente une forme telle qu'il délimite un logement fermé allongé sensiblement horizontal qui, à son extrémité arrière, communique avec deux trémies 112 et 114 s'étendant vers le haut, mais ce logement peut être vertical si on le désire. La première trémie 112 est prévue pour recevoir les boues 116 que l'on désire traiter. Les boues 116 sont amenées à la première trémie 112 par des organes connus 118 tels que des pompes, des transporteurs du type à vis ou convoyeurs à vis sans fin, des bennes preneuses ou analogues. La seconde trémie 114 est prévue pour recevoir l'oxyde de calcium 120 amené par des organes connus 122 depuis d'autres trémies ou analogues (non représentées). Deux vannes réglables 112a et 114a sont respectivement montées sur les deux trémies 112 et 114 de façon à pouvoir contrôler le débit des boues 116 et de l'oxyde de calcium 120 tombant par gravité à l'extrémité arrière du logement fermé. Si on le désire, les boues 116 et respectivement l'oxyde de calcium 120 peuvent être amenés aux trémies 112 et respectivement 114 par des organes connus tels que des transporteurs à vis sans fin (non représentés). Un arbre allongé 126 est monté longitudinalement dans le logement fermé et peut tourner dans des paliers avant 128 et respectivement arrière 130 qui occupent des positions fixes par rapport aux extrémités avant 102 et respectivement arrière 104 du bâti 100. L'arbre 126 présente un certain nombre de pales en forme d'hélice 132 espacées longitudinalement ou bien d'autres organes appropriés pour déplacer et agiter simultanément le mélange dans ledit logement fermé. Une source de puissance 134 entraine en rotation l'arbre 126 et ces pales ou hélices 132 au moyen d'organes de transmission connus 136. Lorsqu'il tourne, l'arbre 126 entrain un autre organe de transmission 135 également connu dans la technique qui a lui-même pour effet de faire tourner un second arbre horizontal 137. L'arbre 137 est monté dans un embrayage 138 pour entrai- ner un arbre vertical 140 plongeant dans la première trémie 112. Sur l'extrémité inférieure de l'arbre 140 sont montées des pales d'agitateur 142. La rotation des pales 142 assure un bon mélange des boues 116 avant que ces boues s'écoulent dans le logement fermé. La vapeur d'eau 144, qui est dégagée lorsque le dispositif B est en fonctionnement, est aspirée vers le haut par une ouverture 146 dans le b ti-100 sous l'effet d'un ventilateur de conception connue 148 entrainé par une source de puissance appropriée. Le courant d'air développé par cette turbine 148 et la vapeur d'eau 144 sont envoyés par un passage 150 dans un compartiment 152. L'air et la vapeur d'eau 144, lorsqu'ils traversent le compartiment 152, sont soumis à l'action de fins jets d'eau 154 délivrés par des buses ou pulvérisateurs 156. Des particules solides entraînées avec la vapeur d'eau 144 sont amenées à tomber, sous l'effet des jets d'eau 154, dans un bassin collecteur 158 qui constitue la partie inférieure du compartiment 152. La vapeur d'eau 144, après avoir été soumise aux jets d'eau 154, traverse un filtre 160 qui forme l'extrémité avant du compartiment 152, avant d'être envoyée à l'at mosphère. L'eau de pulvérisation qui tombe dans le bassin collecteur 158 est éliminée de ce bassin par une conduite de drainage 162 vers un réservoir approprié ou, si on le désire, l'eau s'écoulant dans la conduite 162 peut être filtrée par des moyens connus (non représentés) puis recyclée vers les buses de pulvérisation 156 par un dispositif de pompage d'un type courant, entraîné par une source de puissance appropriée. Les boues 116 que l'on désire transformer en un produit 164 présentent de préférence une teneur en eau n'excédant pas 75 % en poids. Si les boues renferment plus de 75 % en poids d'eau, elles doivent être, de préférence, traitées au préalable dans une trémie (non représentée) avec des agents épaississants, par exemple des cendres volantes ou escarbilles, que l'on y ajoute et mélange parfaitement, avant que ces boues soient envoyées dans la trémie 112. Les boues 116 qui renferment au moins 25 % de particules solides peuvent provenir d'installations industrielles ou être constituées par des boues domestiques et peuvent ainsi renfermer différentes substances telles que des mélanges d'hydrocarbures provenant de puisards à huiles ou pétrole, telles que des boues usées ou éventuellement du limon marin et analogue. Immédiatement après que les boues 116 et l'oxyde de calcium aient été amenés au contact l'un de l'autre, à la partie arrière du logement fermé délimité par le bâti 100, une réaction exothermique est amorcée, réaction de nature complexe qui comprend notamment, comme étapes, la neutralisation des boues, leur agglomération ainsi qu'une réaction d'échanges de bases. La chaleur de la réaction exothermique est telle qu'une quantité de chaleur importante est dégagée du mélange de boues et d'oxyde de calcium lorsque celui-ci est agité en faisant tourner les pales ou hélices 132. La dissolution de l'oxyde de calcium dans l'eau que renferment les boues se traduit par une déshydratation des boues et par un dégagement de vapeur d'eau. Simultanément à la déshydratation, le pH du mélange de boues et d'oxyde de calcium commence à augmenter pour atteindre une valeur d'au moins 12,4 et cette élévation de pH, ainsi que l'élévation de température due à la réaction exothermique, ont pour effet de détruire les bactéries et les virus présents dans les boues 116. Au fur et à mesure que la réaction exothermique se déroule, des hydrates se forment et ces hydrates se lient aux particules solides des boues pour donner un produit agglo métré, solide, friable et sensiblement inodore.Les sels solubles toxiques de métaux tels que des sels de cadmium, de chrome, d'arsenic, de plomb et de zinc, qui peuvent être présents dans les boues 116, sont transformés en composés insolubles lorsqu'ils sont soumis au pH élevé qui règne dans le logement fermé lorsque les boues et l'oxyde de calcium réagissent pour former le produit solide aggloméré 164. La longueur du logement fermé présente une certaine importance dans la mesure où elle détermine le débit auquel les boues 116 et l'oxyde de calcium sont amenés vers l'arrière dudit logement. La longueur de ce logement fermé doit être prévue en fonction de la vitesse à laquelle le mélange de boues et d'oxyde de calcium traverse ledit logement afin que la réaction exother moque soit sensiblement terminée avant que le produit 164 atteigne une ouverture 166 ménagée dans l'extrémité avant 102, ouverture 166 par laquelle ce produit 164 sort dudit logement. Lorsqu'il sort par cette ouverture 166, le produit 164 est chaud et fumant (de vapeur d'eau). Le produit chaud et fumant 164 est ensuite amené pour être empilé en un endroit approprié (non représenté) à l'aide de transporteurs connus (également non représentés). L'odeur désagréable des boues usées est sensiblement éliminée lors de ce traitement du fait que les bactéries, qui sont la cause de cette odeur, sont détruites, le pH élevé du produit obtenu constituant alors un milieu hostile pour la croissance ultérieure de nouvelles bactéries. Le produit de réaction 164 se présente sous la forme d'un agglomérat solide et fragile qui peut être rendu compact par pression et ainsi transformé en un matériau dense pouvant être utilisé pour former des remblais ou constituer une infrastructure de routes et, s'il est neutralisé par un acide, ce produit peut être utilisé dans le domaine de l'agriculture. A la fig. 2, le dispositif B est illustré monté sur une première barge ou péniche C qui est reliée, par des organes connus 170, à une seconde barge ou péniche D sur laquelle est monté un dispositif de draguage 172 qui plonge dans un cours ou une étendue d'eau 174 pour en éliminer les limons et autres produits organiques de rebut 176 provenant du fond 178. Le dispositif de draguage 172 illustré au dessin est sensiblement du type de celui fabriqué par la société italienne Pneuma spa. La matière draguée 176 est envoyée par une conduite appropriée 181 à la première trémie 112 du dispositif B monté sur la première barge ou péniche C. Le produit de réaction 164 est éliminé du dispositif B sur un transporteur 182 d'un type connu qui amène ledit produit 164 de la première barge C à une troisième barge E. A la fig. 3, le dispositif B est illustré disposé au voisinage d'un puisard ou bassin à boues 14, un ensemble à benne preneuse F étant prévu pour extraire de façon séquentielle ou discontinue les boues 116 du puisard 14 et pour amener lesdites boues dans la première trémie 112 du dispositif B de façon à les transformer en le produit 164 comme décrit dans ce qui précède. Toutefois, un dispositif de transport connu dans la technique tel qu'un transporteur à vis sans fin peut être également utilise su on le désire. Cette opération est poursuivie Jusqu'd ce qu'on ait extrait du puisard 14 une quantité désirée de boues 116. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation représenté et décrit en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REvEND#AT-IONS 1 - Procédé pour transformer en un produit solide, friable et sensiblement inodore des boues aqueuses renfermant des substances organiques, éventuellement des virus et des bactéries dégageant des odeurs désagréables ainsi que des composés solubles toxiques qui sont convertis en composés sensiblement insolubles dans un milieu alcalin, caractérisé en ce qu'il consiste à:: - amener de façon séquentielle ou discontinue lesdites boues suivant un premier débit, - amener de façon séquentielle ou discontinue de l'oxyde de calcium à un second débit dont la valeur, par rapport à celle du premier débit, est telle que, lorsque les boues et l'oxyde de calcium sont mélangés, il se produit une réaction exothermique au cours de laquelle lesdites boues et l'oxyde de calcium réagissent en dégageant de la vapeur d'eau pour former un produit solide, friable et sensiblement inodore qui présente un pH d'au moins 12 et dans lequel les bactéries et virus initialement présents dans les boues sont désactivés ou détruits sous l'action dudit pH et de la chaleur dégagée par ladite réaction exothermique, réaction au cours de laquelle lesdits composés toxiques solubles renfermés initialement dans lesdites boues sont transformés en composés sensiblement insolubles dans l'eau du fait du pH élevé du mélange de boues et d'oxyde de calcium, - prévoir un logement fermé allongé présentant deux extrémités, - diriger lesdites boues et l'oxyde de calcium, suivant les premier et second débits, vers la première extrémité dudit logement fermé, - mélanger et déplacer simultanément le mélange de boues et d'oxyde de calcium dans ledit logement fermé depuis sa pre mière extrémité vers sa seconde extrémité, à une vitesse de translation longitudinale telle que la réaction exothermique ait transformé le mélange en le produit de réaction avant que celui-ci ait atteint la seconde extrémité, - faire sortir la vapeur d'eau dégagée dudit logement fermé, et à - éliminer de façon séquentielle ou discontinue ledit produit de réaction de la seconde extrémité dudit logement fermé. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange est simultanément agité et déplacé longitudinalement dans ledit logement fermé en faisant tourner des organes rigides espacés longitudinalement, transversalement et an sulairement à l'intérieur dudit logement. 3 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste supplémentairement à ajouter un agent épaississant aux boues avant d'envoyer ces boues dans ledit logement, l'agent épaississant étant ajouté en quantités suffisantes pour que les boues renferment au moinc 75 % en poids de solides. 4 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le logement fermé présente une profondeur telle qu'un compartiment longitudinal est prévu dans le logement fermé pour que la vapeur d'eau puisse s'y accumuler et en ce que ce compartiment communique avec un passage à travers lequel la vapeur d'eau peut s'échapper vers l'extérieur dudit logement fermé. 5 - Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend supplémentairement le fait d'insuffler un courant d'air dans ledit passage, dans une direction sensiblement normale par rapport à celui-ci pour faire sortir la vapeur d'eau du compartiment. 6 - Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste supplémentairement à diriger le mélange d'air et de vapeur d'eau dans un jet d'eau pulvérisé afin d'enlever les particules de matières étrangères de la vapeur d'eau avant que cet air et que cette vapeur non condensée soient éliminés vers l'atmosphère. 7 - Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste supplémentairement à récupérer ledit jet de pulvérisation et la vapeur condensée et à les recycler de façon à réduire au minimum les pertes d'eau. 8 - Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste supplémentairement à filtrer ledit air et ladite vapeur d'eau après que ceux-ci aient été soumis à ladite pulvérisation afin d'enlever sensiblement toutes les particules entraînées de boues, d'oxyde de calcium et du produit de réaction, obtenu de la vapeur d'eau et de l'air avant que ceux-ci soient évacués vers l'atmosphère. 9 - Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'agent épaississant est constitué par des cendres volantes ou escarbilles. 10 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste supplémentairement à agiter les boues avant de les envoyer, suivant le premier débit, dans ledit logement fermé, pour obtenir une distribution sensiblement uniforme des particules solides de la boue dans l'eau formant l'une des phases de la boue. 11 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les boues sont constituées par des boues usées. 12 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la majeure partie des boues est constituée par des substances hydrocarbonées formées par des résidus du pétrole. 13 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la majeure partie des boues est d'origine marine. 14 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les boues renferment du limon marin. 15 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les boues proviennent du fond d'un cours d'eau ou d'une étendue d'eau et en ce qu'il est mis en oeuvre à la surface dudit cours d'eau ou de ladite étendue d'eau. 16 - Produit solide, friable et sensiblement inodore, obtenu par la mise en oeuvre du procédé de l'une des revendications 1 à 15. 17 - Application du produit de la revendication 16, une fois rendu compact, à la réalisation de remblais ou d'infrastructures de routes. 18 - Application du produit de la revendication 16, une fois neutralisé avec un acide, dans le domaine de l'agriculture. 19 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'une des revendications 1 à 15.