Brevet FR2491909A1 — publié le 19820416

La présente invention est relative aux procédés d'épuration d'eaux usées et a notamment pour objet un procédé de conditionnement de boues d'égouts. L'invention trouve une application avantageuse, notamment, dans le traitement des boues d'eaux ménagères et des eaux résiduaires des usines de pâte et papier, des laiteries, des combinats de viande et d'autres entreprises de l'industrie alimentaire. Le terme "conditionnement de boues" signifie de nos jours un type de traitement au cours duquel se produit une modification de leur structure et de la forme des liaisons de l'eau, ce qui assure une amélioration en ce qui concerne la facilité de déshydratation de la boue. Les conditions du traitement exercent une influence sur le rendement des déshydrateurs, la pureté de l'eau séparée et l'humidité des boues déshydratées. Le conditioanement des boues consiste essentiellement en un traitement thermique ou avec des réactifs, le choix du type de traitement étant dicté par les propriétés des boues et les conditions locales. Le plus souvent, on effectue le conditionnement en traitant les boues avec des réactifs, ce qui permet de déshydrater la plupart des boues des égouts. Pour ce type de traitement, on utilise des composés inorganiques et organiques appelés respectivement "coagulants" et "floculants". On c onnait bien les procédés de traitement de boues d'égouts à l'aide de réactifs inorganiques, ou coagulants (voir, par exemple, A.I. Jukov, I.L. Mongait, I.D. Rodziller Métoy otchistk i proizvodstvennykh stotchnykh vod" - Méthodes d'épuration des eaux usées industrielles, URSS, Moscou, éd. Strolzdat, 1977, p.180). Ledit procédé consiste à introduire dans la boue à traiter des solutions à 10 ,' de sel de fer, de sel d'aluminium et de chaux. L'agent coagulant le plus efficace est le chlorure ferrique associé habituellement à de la chaux. La quantité de chlorure ferrique est en moyenne de 5 à 8 %, celle de chaux, de 15 à 30 % (par rapport à la substance sèche contenue dans la boue à traiter). Lors d'un tel traitement il se produit une coagulation, c'est-à-dire une agrégation de particules finement divisées et de particules colloldales et la formation de gros flocons accompagnée d'une rupture des couches solvatisées et d'un changement des formes de liaisons de l'eaux Ce procédé est assez efficace, mais il est trop cotteux et difficile à réaliser, puisqu'il nécessite d'importantes quantités de réactifs, qui sont, par surcroft, en déficience et fortement corrosifs. Un certain avantage par rapport au procédé indiqué ci-dessus est présenté par le procédé de conditionnement de boues à l'aide de réactifs organiques, ou floculants (voir, par exemple, A.I. Jukov, I.L. Mongait, I.D.Rodziller "Métody otchistki proizvodstrennykh stotchnykh vod" - Méthodes d'épuration des eaux usées industrielles, URSS, Moscou, éd. Stro#zdat, 1977, p.181). Ce procédé consiste à introduire dans la boue à traiter des solutions de floculants à une concentration de 0,01 à 0,5 % par rapport à la partie active. On utilise pour cela des agents floculants cationiques, anioniques et non ioniques. Le choix du type d'agent floculant dépend de la composition des eaux usées.Ainsi, pour le traitement de boues contenant une quantité importante de substances organiques (teneur en cendres de 25 à 50 %), on n'utilise d'habitude que des floculants cationiques, et pour le traitement de boues ayant une concentration intermédiadre de matières organiques(teneur en cendres de 55 à 65 %), on emploie des floculants cationiques et anioniques pris en combinaison et l'on utilise de préférence des floculants anioniques pour des boues contenant une faible quantité de substances organiques (teneur en cendres de 65 à 70 %). La quantité d'agent floculant dépend du type de floculant choisi et constitue 0,05 à 0,4 ,' (rapporté à la substance sèche dans la boue). L'avantage de ce procédé comparativement au procédé décrit plus haut consiste en ce que les agents floculants employés pour le traitement des boues ne sont pas corrosifs, ce qui a une action bénéfique sur l'équipement utilisé. Cependant, ce procédé, tout comme le précédent, nécessite une quantité importante d'agents floculants organiques et la boue déshydratée a unbaut degré dthumi- dité (par exemple, la filtration ultérieure de la boue sous vide ne permet d'abaisser l'humidité que jusqu'à 85 ,'), d'où les dépenses accrues des stations d'épuration pour le post-traitement et l'utilisation des boues des égouts. On a retenu comme prototype de l'invention, le procédé de traitement de boues d'égouts comprenant le traitement des boues avec des agents minéraux et organiques (voir la demande de brevet français NO 2266534). Conformément au procédé mentionné, on réalise le traitement en faisant agir simultanément sur la boue un réactif minéral (chlorure ferrique, sulfate ferrique, chaux) et des floculants organiques. Le procédé permet de transformer la substance solide d'une suspension en une masse de particules pratiquement sphériques. Conformément à ce procédé, la qualité du conditionnement de la boue est contrôlée d'après la résistance spécifique à l'écoulement ou le pH du milieu. Toutefois le contre de la qualité du conditionnement selon la résistance spécifique à l'écoulement augmente la durée du processus. De plus, il n'y a pas de corrélation exacte entre cette caractéristique et le processus optimum . D'autre part, le pH du milieu est aussi à déconseiller pour l'examen, vu que pour différents agents coagulants et floculants, le processus optimum a lieu à différentes valeurs du pH sans qu'il existe une corrélation précise entre le pH et le processus optimum. Tout cela rend le conditionnement moins efficace et augmente la consommation des réactifs employés. Le but de la présente invention est de créer un nouveau procédé de conditionnement des boues d'eaux usées, selon lequel on réalise les opérations en contrôlant une certaine caractéristique de la boue à traiter et en la maintenant dans des intervalles appropriés de sorte -qu'on puisse augmenter l'efficacité du procédé et réduire la consommation des réactifs utilisés. Le but ainsi posé est atteintdu fait que le procédé de conditionnement de boues d'eaux usées, comprenant le traitement de la boue avec un sel métallique et un agent floculant organique, est caractérisé, suivant l'invention, en ce que, avant de traiter la boue avec le sel métallique, on mesure la valeur de la charge colloidale de la boue, puis on la traite avec le sel métallique pris en une quantité suffisante pour assurer une valeur de la charge colloïdale se trouvant dans l'intervalle de -3 à +3 eq-mg/l, on chauffe la boue à une température de 65 à 85 C, on mesure de nouveau la valeur de la charge collo#dale;; et l'on traite la boue avec l'agent floculant organique en utilisant un floculant cationique si la charge colloïdale après chauffage est de -3,0 à -0,1 eq-mg/l, un floculant non ionique si la charge colloïdale est-de -0,1 à +0,1 eq-mg/l, et un floculant anionique, si la charge colloidale est de +0,1 à +3,0 eq-mg/l. La réalisation des opérations de conditionnement de la boue conformément à la valeur de la charge colloïdale permet d'apprécier avec exactitude la qualité du processus et de l'effectuer dans des conditions optimales. Ainsi le maintien de la charge colloïdale dans l'intervalle de -3 à +3 eq-mg/l rend le processus de coagulation plus poussé, le sel métallique agissant dans desovditianzoptim Les. CA extRique parle fait Tout cela rend le procédé très efficace tout en réduisant la consommation des réactifs utilisés. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre Qe différents modes de réalisaton donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références au dessin unique non limitatif annexé qui représente la courbe de variation de la charge colloidale en fonction de la quantité de sel métallique utilisé pour le traitement de la boue. Conformément au procédé proposé, on mesure préalablement la valeur de la charge colloidale de la boue par un titrage colloïdal par exemple. Puis, en partant de la valeur mesurée de la charge collordale, on trouve sur le diagramme la quantité de sel métallique qui assure l'obtention d'une valeur se trouvant dans l'intervalle de - 3 à + 3 eq-mg/l. On utilise, en tant que sel métallique, le chlorure ferrique, le sulfate ferrique ou un autre sel analogue. Toutefois, il faut tenir compte de ce que, au besoin, le sel ferrique peut être employé en combinaison avec un réactif acide quelconque, par exemple avec de l'acide sulfurique, ou peut être complètement remplacé par un réactif acide. Il est absolument évident que , dans ce cas, on a besoin d'autres diagrammes de relation entre la charge colloïdale de la boue et la quantité de réactif utilisé pour son traitement pour trouver une quantité de réactif assurant l'obtention d'une valeur de la charge colloïdale située entre - 3 et +3 eq-mg#l, On introduit la quantité trouvée de sel métallique dans la boue et on mélange. Lorsque la valeur de la charge colloidale atteint - 3 à + 3 eq-mg/l, les forces attractives entre les particules co11oRdales commencent à dépasser les forces répulsives, de sorte qu'il s'opère une coagulation rapide. Ensuite, on chauffe la boue à une température de 65 à 850 C, ce qui rend le processus de coagulation de la bue sensiblement plus intense.On peut supposer qu'au cours du chauffage, le sel ferrique empêche la transformation du colloSdale en une solution. La température de chauffage de la boue est déterminée par voie expérimentale. Le chauffage de la boue étant terminé, on mesure de nouveau la valeur de la charge colloïdale et l'on effectue l'opération finale, la floculation. La floculation peut être réalisée soit avant le refroidissement de la boue , soit après son refroidissement à une température de 35 à 450C. Ce choix n'est dicté que par le type de ltéquipement que l'on emploie pour le traitement ultérieur et par la capabilité de 1' équipement de fonctionner à une température de 65 à 85 C. Ce type concret i #floculant est choisi en fonction de la valeur de la charge collodale. On utilise un floculant cationique pour une charge col lordale de - 3 å - 0,1 eq-mg/l. On préfère un agent floculant non ionique si la charge colloldale se trouve entre - 0,1 et + 0,1 eq-mg/l. Pour une charge collordale se trouvant dans l'intervalle de + 0,1 à + 3,0 eq-mg/l, on emploie un agent de floculation anionique. Chacun des floculants indiqués est le plus efficace dans l'intervalle correspondant de charges colloidales, ce qui rend le processus de floculation plus efficace et réduit la consommation de floculant. Ci-dessous sont donnés des exemples spécifiques mais non limitatifs illustrant la mise en oeuvre du procédé de conditionnement de boues d'eaux usées. On prend pour les expériences une boue digérée mésophilée ayant les caractéristiques de départ suivantes Temps d~taspiration capillaire, s 48 Résistance spécifique à l'écoulement, cmJg 2340 x îo10 Exemple 1. On mesure la valeur de la charge colloïdale d'une portion de boue digérée mésophilée. Elle est égale à - 12 eq-mg#I. Puis on trouve sur le diagramme mentionné de corrélation entre la variation de la charge colloïdale de la boue et la quantité de chlorure ferrique, la dose de chlorure ferrique qui est nécessaire pour abaisser la charge colloïdale à - 3 eq-mg/l. Cette dose est égale à 2,5 kg par mètre cube de boue. On introduit ladite quantité de chlorure ferrique dans la boue et on mélange. Ensuite on chauffe la boue à la température de 75 C et l'on mesure de nouveau sa charge colloidale. Elle est égale à - 2 eq-mg/l. On introduit dans la boue chauffée un floculant cationique en proportion de 0,1 % rapportée à la matière sèche dans la boue. Toutes ces #ces opérations de conditionnement étant terminées, la boue présente les caractéristiques suivantes pH . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. . 6,15 . . . . 6, I 5 Temps d'aspiration capillaire, s . . . . . . . 7 à 8 Résistance spécifique à l' écoulement, cm/g . . . 25 x 100 Besoin chimique d'oxygène pour le filtrat, mg/l 605 Tenter du filtrat en substances en suspension, mg/l . . .. . .. . . . . . . , . . . . . . . . 49 Humidité de la boue : déshydratée par filtration sous vide, 5' . . . . . . . . . . . . 72 déshydratée sur un lit de séchage pendant 5 jours, % . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75, 5 Exemple 2. On détermine la valeur de la charge colloidale d'une portion de boue digérée mésopbilée qui est égale à celle de l'exemple 1. La charge colloïdale est égale à - 12 eq-mg/l. On détermine, comme dans l'exemple 1, la quantité de chlorure ferrique qui est nécessaire pour abaisser la charge colloldale 0 eq-mg/l. Elle est de 3,0 kg par mètre cube de boue. On introduit cette quantité de chlorure ferrique dans la boue et on mélange. On chauffe la boue à la température de 750C et l'on mesure encore une fois la charge colloldale, qui est égale à +0,5 eq-mg/l. Ceci fait, on introduit dans la boue 0,1 % de floculant non ionique rapporté à la matière sèche de la boue. Toutes les opérations de conditionnement étant terminées, la boue à les caractéristiques suivantes pH .. . . . . . .. . . .. . . . . . . . . . 5, 90 Temps d'aspiration capillaire, s . . . . . . 7 à 8 Résistance spécifique à l'écoulement, cm/g 24 x 1010 Besoin chimique d'oxygène pour le filtrat mg/l . . . . . . . . . . O e o O o O C O . 600 Teneur du filtrat en substances en suspension, mg/l . . . . . . . . . . . . 45 Humidité de la boue déshydratée par filtration sous Ade, % 71 déshydratée sur un lit de séchage pendant 5 jours, 5' . . C e . e t O e . 75 Exemple 3. On mesure la valeur de la charge colloïdale d'une portion de boue digérée mésophilée qui est égale à celle de l'exemple 1. La charge colloïdale est de - 12 eq-mg/l. Puis on détermine, comme dans l'exemple 1, la quantité de chlorure ferrique suffisante pour porter la charge colloïdale à + 3 eq-mg/l. Elle est égale à 3,5 kg par mètre cube de boue. On introduit cette quantité de chlorure ferrique dans la boue et on mélange. Puis on chauffe la boue à la température de 750C et l'on mesure encore une fois la charge colloïdale, Elle est égale à + 2 eq-mg/l0 On introduit dans la boue un floculant anionique en proportion de 0,1 % par rapport à la matière sèche de la boue. Toutes les opérations de conditionnement étant terminées, la boue présente les caractéristiques suivantes pH e e . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5s 65 Temps d'aspiration capillaire, s . . . .#. . 7 à 8 Résistance spécifique à l'écoulement, cm/g 25 x 1010 Besoin chimique d'oxygène pour le filtrat, mgll . . . . . . . . . . . . . . @ . . . . 0 610 Teneur du filtrat en substances en suspension, mg/l . . . . . . . . . . . . . . 47 Humidité de la boue déshydratée par filtration sous vide, % 71 déshydratée sur un lit de séchage pendant 5 jours, % .@ . . . . .. . . 75,1 75,1 Etant donné que les différents types de boues présentent des caractéristiques différentes, il est évident que la corrélation montrée sur le diagramme sera aussi différente.Un diagramme approprié doit être établi pour chaque type de boue. Pour plus de clarté, on a réuni les résultats des expériences, réalisées conformément à la présente invention, dans le tableau 1. Outre cela, on a étudié l'influence da la température de chauffage sur l'efficacité du traitement de la boue. Ces données sont présentées dans le tableau 2. Comme on peut le voir, l'intervalle optimum de la température de chauffage s'étend de 65 à 85 C. Le procédé de conditionnement de boue d'eaux usées selon l'invention offre des avantages consistant en une augmentation de l'efficacité du processus et une réduction de la quantité de réactifs utilisés. Ces avantages sont illustrés par le tableau 3 présentant les données techniques du fonctionnement d'une station d'épuration d'une puissance de 120.000 m3 par jour mettant en oeuvre le procédé proposé et d'une station .analogue mettant en oeuvre le procédé selon le prototype. Tableau 1. Procédé de conditionnement Caractéristiques Procédé proposé Pro to Exem- Exem- Exem- type ple 1 ple 2 ple 3 2 2 3 4 5 Boue de départ Temps d'a spiration capillaire, s 48 48 48 48 Résistance spécifique à l'écoulement, cm/g 234Ox1O10 2340x100 2340x101 2340x101 Charge colloldale, eq-mg/l - 12 - 12 - 12 Consommation de chlorure ferrique, kg/m3 2,5 3,0 3,5 3,0 Charge colloldale, eq-mg/l - 3 O + 3 Température de chauf Dge de la boue, C 75 75 75 Charge collo#dale, eq-mg/l - 2 + 0,05 + 2 Dose de floculant, % 0,1 0,1 0,1 0,3 Boue conditionnée PH 6,15 5,90 5,65 5,90 Temps d'aspiration capillaire, s 7 - 8 7 - 8 7 - 8 7 - 8 Résistance spécifique à l'écoulement, cm/g 25x1010 24x1O10 25x1O10 25x1010 Besoin chimique d'oxygène pour le filtrat, mg/l 605 600 610 580 Teneur du filtrat en subatances en suspension, mg/l 49 45 47 75 Tableau 1 (suite). 1 2 3 4 5 Humidité de la boue -déshydratée par fil tration sous vide, % 72 71 71 71 -déshydratée sur un lit de séchage pen dant 5 jours, 96 75,5 75 75,1 85 Tableau 2. Température de chauf D fagne de la boue, OC 55 65 75 85 95 Temps d'aspiration capillaire de la boue conditionnée, s 16 9 8,5 8 8 Besoin chimique d'oxy gène pour le filtrat, mg/l 500 600 610 630 1080 Teneur du filtrat en substances en suspension, mg/l . 350 50 48 45 40 @ Humidité de la boue déshydratée, % 75 72 71 70 69 Tableau 3. Procédé de traitement Caractéristiques Procédé proposé Pro to Exem- Exem- Exem- type ple 1 ple 2 ple 3 Rendement de la station d'épuration, mille m3/j 120 120 120 120 Quantité de boue, rapportée aux matières sèches,t/j 20 20 20 20 Quantité de boue déshydratée, t/j 76 74 75 120 Consommation de floculant, kg/j 20 20 20 60 Consommation de chlorure ferrique, t/j 1,25 1,50 1,75 1,50 Consommation devapeur pour chauffage de la boue, t/j 77 77 77 Consommation de chaux, t/j - - - 3,0 REVENDICATION Procédé de conditionnement de boues d'eaux usées, du type comprenant le traitement de la boue avec un sel métallique et un agent floculant organique, caractérisé en ce qu'avant de traiter la boue avec le sel métallique, on mesure la charge colloSdale de la boue, on la traite ensuite avec le sel métallique pris en une quantité suffisante pour assurer une charge collordale se trouvant dans l'intervalle de -3 à +3 eq-mg/l, on chauffe la boue jusqu'à une température de 65 à 85 C, on mesure de nouveau la valeur de la charge collo#dale,etoetraite la boue avec l'agent floculant organique en utilisant un floculant cationique si la charge colloidale après chauffage est de -3,0 à -0,1 eq-mg/l, un floculant non ionique si la charge colloSdale est de -0,1 à +0,1 eq-mg/l,et un floculant anionique, si la charge collordale est de +0,1 à +3,0 eq-mg/l.