Brevet FR2414026A1 — publié le 19790803

La présente invention concerne un procédé de traitement des boues d'égout. Le traitement des eaux résiduaires et des eaux d'égouts est effectué de manière courante d3ns la plupart des villes da manière à éviter les épidémies et è réduire la pollution dans les rivières et les lacs. Dans lds procédés connus, une partie des substances organiques nuisibles est décomposée en substances non polluantes comme l'eau et le dioxyde de carbone, mais des matériaux inorganiques comme les phosphates, les sulfates et les métaux ne peuvent être éliminés que par précipitation sous forme de complexes ou de composés insolubles. De plus, une quantité considérable de matières organiques n'est pas décomposée et doit etre éliminée avant le rejet des eaux résiduaires.Cet excès de matières organiques et les précipités inorganiques sont généralement décantés, souvent par addition d'autres agents chimiques, et séparés de l'eau surnageante propre sous la forme de "boues d'égout", ce terme générique désignant de nombreux matériaux solides mélangés à de l'eau, sous une forme suffisamment liquide pour entre pompée ou manipulée d'une autre manière comme un fluide. De grandes quantités de ces boues d'égout sont produites quotidiennement par les nombreuses usines municipales de traitement des eaux résiduaires, qui fonctionnent en continu, et le rejet de ces boues est un problème majeur. Ce problème est aggravé par plusieurs propriétés des boues d'égout, qui contiennent paf exemple des organismes pathogènes, dégagent une odeur déplaisante, contiennent de grandes quantités d'eau, de fortes concentrations en métaux lourds, et présentent une composition variable. On a proposé diverses techniques de traitement, pour le rejet, en particulier la transformation en engrais par différents procédés, l'oxydation et l'incinération, mais la très grande majorité des boues est rejetée à la surface des terres agricoles ou dans des fosses. On a montré que le sol n'assimile qu'une quantité limitée de boues, ce qui fait que de nouvelles zones de rejet doivent continuellement entre aménagées, ce qui aggrave le problème des rejets et augmente les frais de transport.De plus, des agents nutritifs des organismes végétaux comme l'azote et le phosphore contenus dans les boues ne peuvent être appliqués qu'en quantités limitées pour une bonne croissance des récoltes, et la présence d'organismes pathogènes et de métaux lourds en fortes concentrations dans les boues conduit å des risques pour la santé publique en raison de l'assimilation de tels produits par les récoltes. La teneur excessive en eau peut également inhiber la germination des graines. Ces problèmes se posent essentiellement à court terme dans la nature, et le sol finit par assimiler les boues et par devenir fertile, non pathogène et non toxique. L'invention propose un procédé de transformation rapide des boues d'égout en un matériau inoffensif, non pathogène, non toxique, pouvant entre stocké, semblable d un soi ordinaire, pouvant servir de "charge" pour le sol, ou de couche superficielle de sol. Par le passé, le rejet des boues d'égout sur les terres comptait sur la lente assimilation naturelle par le sol existant, dans des conditions normales, c'est-à-dire à un pH d'environ 5 à environ 8, et des essais visant à convertir les boues en engrais ou en matériaux inertes avant de les répandre sur les terres agricoles ou de les utiliser comme charge ont fait appel à la chaleur ou à l'oxydation en compost pour éliminer l'excès d'eau, a la pasteurisation et au séchage du produit. De tels procédés sont longs, nécessitent des surfaces importantes, et peuvent demander des quantités considérables d'énergie thermique et des appareillages importants. Les chercheurs n'ont pas réalisé que le processus naturel de l'assimilation des boues d'égout par le sol peut être effectué de manière beaucoup plus rapide et beaucoup plus efficace par réglage du pH de la boue. La demanderesse a maintenant découvert selon l1invention que, par addition de certains matériaux peu coOteux, facilement disponibles, on peut effectuer plus rapidement l'élimination de l'eau, -la détoxification et la purification, sans utiliser une grande quantité de chaleur ni un appareillage important. Selon l'invention, on règle le pH du produit de manière à favoriser la formation de silicates stables inertes, analogues aux minéraux naturels. Le procédé selon l'invention comprend tout d'abord le traitement des boues d'égout contenant de l'eau, avant élimination de l'eau par une solution acide d'un sel -ferreux, par exemple une liqueur résiduaire de décapage des aciers jusqut ce que le pa tombe au-dessous d'environ 4. On ajoute alors une'base de métal alcalino-terreux", de préférence la chaux# éteinte, pour élever le pH jusqu'a au moins environ 10, après quoi on ajoute un composé de silice comme le sable, les sédiments, l'argile ou les cendres volantes7 dans une quantité en volume pouvant atteindre environ deux fois le volume de la boue contenant de l'eau, et représentant de préférence environ 0,2 fois le volume de la boue.On ajoute alors une base de métal alcalino-terreux, anhydre, de préférence de la chaux éteinte, en quantité en volume représentant d'environ 0,05 à environ 0,2 fois le volume du composé silicique ajouté (de préférence environ 0,1 fois ce volume). Après chaque addition, on agite pour disperser les produits, et, après avoir effectué toutes les additions, on constate que le produit obtenu est une dispersion fine presque inodore, qui peut astre débarrassée de l'eau d'une manière classique, par exemple par filtration sous vide, centrifugation ou filtration naturelle sur des lits desdits matériaux. Le produit débarrassé de l'eau peut etre utilisé immédiatement comme charge ou peut astre stocké dans des zones de dégradation, mais on doit le laisser "vieillir" durant 3 à 6 mois avant de pouvoir l'utiliser comme couche superficielle de sol ou comme engrais à libération lente. Lorsque l'on ajoute une quantité relativement importante de composé silicique, par exemple un volume représentant au moins environ 1,5 fois le volume de la boue, il peut ne pas astre nécessaire d'éliminer l'eau du produit. Les principales réactions chimiques se déroulant dans le cadre du procédé selon l'invention sont les suivantes, bien que la demanderesse ne souhaite être limitée par aucune théorie 1) L'addition de la solution acide de fer ferreux provoque l'apps- rition de chélates avec les matériaux organiques présents. En d'autres termes, les substances polluantes de la boue sont réduites en une forme capable de réagir sur la base de métal alcalino-terreux pour produire un précipité. 2) La réaction sur ladite base produit des flocons d'un composé insoluble du fer, dans lequel les matériaux, organiques sont faiblement liés. Par exemple, lorsque la base de métal alcalino-terreux est la chaux, la desanderesse pense que l'on produit des flocons d'hydroxyde de fer. 3) Le composé silicique et la base anhydre de métal alcalino-terreux produisent une matrice de silicate à développement lent, dans laquelle sont incorporés des métaux lourds comme le cuivre, le chrome, le nickel, etc., le composé du fer, des matières organiques et des phosphates, ce qui forme des molécules de silicates complexes. Par exemple, lorsqu'on utilise la chaux, il se forme des molécules à haine longue à base de calcium et avec des inclusions d'oxydes métalliques de manière statistique, par exemple : CaO,8i02 > CaO, Si02 Fe203Si02, CaOP205 ... CuOSiO2, etc. 4) La solution fortement alcaline libère de l'ammoniac libre à partir des composés azotés de la boue, qui stérilise rapidement les matériaux pathogènes. Ainsi, le procédé selon l'invention permet de transformer rapidement des boues d'égout en un matériau inoffensif pouvant par exemple être utilisé comme charge, en utilisant des produits peu motteux et facilement disponibles. Ce procédé peut être mis en oeuvre dans les unités municipales existantes de traitement des produits d'égouts, avec des modifications mineures, et permet d'améliorer notablement l'élimination de lteau des boues dans l'unité de traitement, et le procédé selon llinvention incorpore des agents nutritifs comme les phosphates et les composés azotés dans la matrice du produit, ce qui réduit le "lessivage" et favorise la fertilisation. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. EXEMPLE 1 On prélève 500 mi de boue d'égouts avant déshydratation dans une usine de traitement d'eaux d'égouts et on les place dans un bol et on agite à faible vitesse On ajoute 90 mi de liqueur résiduaire de décapage pour abaisser le pH au-dessous de 4 et on ajoute ensuite 43 g de chaux anhydre pour élever le pH au-dessus de 10. On ajoute 100 mi de sable de plage et 10 mi de chaux anhydre et, lorsque le mélange a une consistance uniforme, on filtre le mélange sur un Buchner sous vide et on sépare 285 mi de filtrat limpide en 7 min. On abandonne le gâteau de filtration à l'atmosphère et, en deux mois, il présente à ltétat non tassé une résistance à la compression de plus de 49 kg/cm et pas d'odeur désagréable. EXEMPLE 2 On traite,comme décrit à l'exemple 1,500 mi de boue d'une autre usine de traitement d'eaux d'égouts en utilisant 90 mi de liqueur résiduaire de décapage pour réduire le pH, 30 g de chaux anhydre pour élever le pH, 100 mi de sable de plage et 10 mi de chaux anhydre. Par filtration, on obtient 195 mi de filtrat limpide en 20 min et, au bout de 37 jours, le gâteau de filtration sec présente, à l'état non tassé, une résistance à la compression de 47,6 kg/cm et n a pas d'odeur désagréable. EXEMPLE 3 Comme décrit à exemple 1, on traite 500 mi de boue d'une autre usine de traitement des eaux d'égouts en utilisant 70 mi de liqueur résiduaire de décapage pour abaisser le pH, 30 g de chaux anhydre pour élever le pH, 100 mi de sable de plage et 10 mi de chaux anhydre. Par filtration, on obtient 300 mi de filtrat limpide en Smn et, après 37 jours, le gateau de filtration sec présente une résistance à la compression à l'état non tassé de 24,5 kg/cm et n'a pas d'odeur désa gréable. Ces exemples montrent que diverses boues d'égouts peuvent être traitées selon l'invention et transformées en quelques semaines en une masse dure semblable à de la terre. EXEMPLE 4 On filtre sans traitement la boue traitée à l'exemple 1. Après 30min de filtration sous vide, on n'obtient que 140 mi de filtrat limpide et le gâteau de filtration n'est pas encore totalement déshydraté. Ceci démontre que le procédé de l'invention améliore sensiblement la vitesse de déshydratation de la boue. EXEMPLE 5 On traite la boue traitée à l'exemple 1 en utilisant le mode opératoire décrit dans Cet exemple en utilisant le même volume de divers composés siliciques au lieu de sable de plage. Les résultats obtenus sont les suivants Composé silicique Résistance à la Durée de filtration compression Sédiment d'égouts 31,5 d'égouts 35kg/cmd'égouts ruraux en 2 mois Cendre volante sèche de 49 être utilisés,mais que la cendre volante sèche est préférée pour obtenir plus rapidement un solide de structure correcte. EXEMPLE 6 On traite la boue traitée à l'exemple 1 en utilisant le mode opératoire de l'exemple 1, mais en ajoutant 750 ml de cendre volante comme composé silicique au lieu du sable de plage. On ne filtre pas le gâteau résultant,mais on le laisse reposer à l'atmosphère et il présente, en 14 jours, une résistance à la 2 compression, à l'état non tassé, de 49 kg/cm Cet exemple montre comment l'on peut augmenter la quantité de composé silicique jusqu'à 1,5 fois le volume de boue, avec des résultats satisfaisants. EXEMPLE 7 On broie 20 g de g teau durci de l'exemple 2 et on le traite avec 100 ml d'eau déminéralisée en agitant pendant 1 h, en laissant reposer pendant 2 semaines, en agitant pendant encore 1 h et en filtrant pour obtenir une solution limpide. Cette solution donne à l'analyse les résultats suivants Al 0,44 ppm P l,O ppm Ba 0,07 ppm Si 5,6 ppm Ca 583 ppm Ti 0,006 ppm Ou O0Z02 ppm V 0,06 ppm Fe 2,1 ppm As N.D. K 43 ppm Cd N.D. Mg 94 ppm Co N.D. Mn 0,05 ppm Ni N.D. Na 50 ppm Mo N.D. N.D. = non décelable. Cet exemple montre que les substances chimiques polluantes et les métaux lourds, tels que Cu, Fe, Mn, V, Cd, Co, Ni et Mo, sont tous bien au-dessous des limites acceptables et que seul le phosphore est un peu entratné. En effet, la liqueur de lixiviation n'est pas plus contaminée qu'une eau minérale dure normale. EXEMPLE 8 On broie un certain nombre d'échantillons du gâteau de filtration de l'exemple 1 et on les place dans un récipient. Après une semaine d'exposition à l'air libre, on sème dans le mélange broyé des graines de gazon et le gazon pousse jusqu'à une hauteur de 2,5 cm en 5 jours, 5 cm en 28 jours, sans addition d'aucune substance ni arrosage, sauf par les précipitations naturelles. Ceci démontre que la boue traitée constitue une excellente couche superficielle de sol. Il est entendu que l'invention n'est pas limitée au mode mise en oeuvre préféré décrit ci-dessus et que l'homme de l'art peut y apporter diverses modifications sans toutefois s'écarter du cadre et de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour traiter des boues d'égouts en vue de produire une matière semblable au sol, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on ajoute une solution acide de sel ferreux pour réduire le pH de la boue au-dessous de 4, on ajoute une base alcal-ino-terreuse pour élever le pH à au moins environ 10, on ajoute un composé silicique en quantité pouvant aller jusqu'à environ deux fois le volume de la boue, on ajoute une base alcalino-terreuse anhydre en quantité d'environ 0,05 à 0,2 fois le volume du composé silicique ajouté; on traite, si nécessaire, pour séparer l'excès d'eau et on laisse mûrir le produit résultant en contact avec ltenvi- ronnement naturel pour former une matière semblable au sol. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ajoute le composé silicique en quantité d'environ 0,05 à 0,4 fois le volume de la boue. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ajoute le composé silicique en quantité d'environ 0,2 fois le volume de la boue et la base alcalino-terreuse anhydre en quantité d'environ 0,1 fois le volume du composé silicique. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé silicique est de la cendre volante sèche que l'on ajoute en quantité d'au moins environ 1,5 fois le volume de la boue et l'on ne déshydrate pas le mélange résultant après le traitement, 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution acide de sel de fer est une liqueur résiduaire de décapage, la base alcalino-terreuse est la chaux éteinte et le composé silicique est de la cendre volante.