Brevet FR2496084A1 — publié le 19820618

La présente invention concerne les procédés d'épuration d'eaux usées et a notamment pour objet un traitement de boues d'eaux usées. L'invention peut entre utilisée avec succès notamment pour traiter les boues des eaux ménagères, ainsi que les boues des eaux résiduaires des usines de patte et papier, de l'industrie de la viande, de la laiterie, de l'industrie alimentaire. Le traitement des boues et eaux usées comprend en général les étapes suivantes : condensation, concent# tion, stabilisation, conditionnement, déshydratation et soit utilisation, soit annthilation des boues traitées. L'étape de condensation des boues est en général une partie intégrante de tout schéma technologique de leur traitement. Le mode de condensation le plus simple et économique est la condensation ou concentration gravifique. La stabilisation des boues a pour but de prévenir leur putrescence. La méthode de stabilisation la plus connue consiste en une digestion anaérobie dans les digesteurs de boues. Pour assurer une déshydratation efficace des boues, on procède à une préparation préalable de ceiles-ci, ou conditionnement, qui vise à améliorer les propriétés des boues en ce qui concerne le rendement en eau, en modifiant leur structure et les formes de liaisons de 1'veau. Parmi les méthodes de conditionnement des boues, assez largement employées de nos jours, on peut citer leur traitement avec des réactifs et leur traitement thermique. Le procédé de conditionnement le plus connu est celui qui consiste à traiter la boue avec des réactifs.On utilise dans ce cas des composés inorganiques et organiques appelés respective- ment " coagulants " et " floculants ". En tant que coagulants on emploie le plus souvent des sels métalliques (sels de fer et d'aluminium) et des réactifs acides (chaux et acides).Ces réactifs sont utilisés en combinaison ou séparément en fonction de la composition de la boue et d'autres conditions. Quant aux floculants, on distingue des floculants cationiques, non ioniques et anioniques. Le plus souvent, afin de conditionner les boues, on effectue leur traitement avec des coagulants, suivi d'un traitement avec des floculants. La déshydratation ultérieure des boues est effectuée dans des conditions naturelles (sur des lits de séchage ou dans des étangs de boue) ou artificielles (au moyen de filtres à vide, de filtres-presses, dressoreuses, de vibrofiltres et de séparateurs) Les schémas technologiques de traitement des boues sont très variés, le choix d'un schéma particulier dépendant de plusieurs facteurs : propriétés des boues, leur quantité, conditions climatiques, terrains disponibles, etc. On connait, par exemple, le procédé de traitement de boues dreaux usées avec des floculants organiques (voir les demandes de brevet d~inventzon de la Grande-Bretagne N0 1460318 et N0 1460319# Ce procédé nécessite une quantité importante de floculants, la boue déshydratée a un haut degré d'humidité, ce qui oblige les stations d'épuration à augmenter les dépenses pour le traitement et l'utilisation des boues. Un procédé plus perfectionné de traitement des boues dsearui: usées est celui comprenant la condensation de la boue des décanteurs primaires et dela boue activée, le chauffage, le traitement de la boue avec des floculants organiques et la déshydratation mécanique ultérieure (voir la demande de brevet d'invention de la R.F.A. N 2103970). La consommation de floculants organiques selon ce procédé est quelque peu réduite par rapport au procédé précédent, par suite de la coagulation partielle de la boue lors du chauffage. Mais elle est tout de moeme assez grande. En outre, après déshydratation mécanique, la boue a un degré d'humidité relativement élevé. On a retenu comme prototype de l'invention le procédé de traitement de boues d'eaux usées selon la demande de brevet de la R.F.A. N0 2317673. Ce procédé comprend, dans l'ordre de succession des opérations la condensation de la boue, le conditionnement et la dé natation ultérieure de la boue. Le conditionnement est effectué de la manière suivante : on chauffe la boue condensée jusqutà une température de 70-1000C, on abaisse son pH jusqu'à une valeur de 3 à 6 en traitant la boue avec un agent coagulant, on neutralise la boue et on la traite avec un floculant. L'efficacité du procédé est un peu améliorée par rapport aux procédés indiqués plus haut. La consommation de floculants est également quelque peu réduite, ce qui s'explique par la température assez élevée de chauffage de la boue et l'utilisation de coagulants. Cependant, cette amélioration par rapport aux autres procédés est tout de meme peu sensible, tandis que la consommation de réactifs utilisés est extrtmement grande. Cela s'explique par le fait que la concentration de la boue après condensation est assez basse (environ 3,2 à 3,5,'), ce qui a un effet négatif sur toutes les autres opérations du procédé; notamment la consommation de réactifs (coagulants et floculants) luron utilise pour le conditionnement, et humidité de la boue déshydratée, sont élevées. Il faut noter que tous les autres procédés connus de traitement des boues d'eaux usées ont les mimes inconvénients. La présente invention avait donc pour but de créer un procédé de traitement de boues d'eaux usées, comprenant une opération assurant une augmentation dela concentration de la boue condensée et par conséquent une amélioration de 1' efficacité du procédé et une réduction de la consommation des floculants utilisés. Le but ainsi posé est atteint du fait que le procédé de traitement de boues d'eaux usées, comprenant la condensation ou concentration de la boue, son conditionnemezt et sa déshydratation ultérieure, est caractérisé,suivant l'invention, en ce que, avant ladite condensation de la boue, on mesure son pH et onZa traite avec un coagulant pris en une quantité suffisante pour abaisser son pH jusqu'à une valeur de 2,5 à 5,0. Cette nouvelle opération permet d'augmenter le degré de concentration de la boue au cours de ladite con densation. Cela améliore l'efficacité des opérations suivantes du traitement et du procédé pris dans son ensemble et réduit la consommation de floculants utilisés pour le traitement des boues. Selon le procédé proposé, on mélange la boue de décanteurs primaires, ayant une concentration de 0,2 à 1,0%, avec de la boue activée en excès à concentration de 0,3 à 1,0". On mesure le pH de la boue et on la traite avec un coaguaant pris en quantité suffisante pour obtenir un pH dans l'intervalle de 2,5 à 5,0. Puis on effectue une condensation de la boue dans un appareil approprié. Il est à noter que si le processus technologique de traitement de la boue prévoit une digestion anaérobie après la condensaticn gravifique, on abaisse le pH de la boue jusqu'à une valeur de 4,0 à 5,0. Afin d'abaisser le pH de la boue, on peut utiliser la phase liquide obtenue lors de la déshydratation de la boue (filtrat ou fugat), l'acide sulfurique, l'acide chlorhydrique sous la forme d'un produit marchand ou de déchets de fabrication, ou bien des sels minéraux de métaux polyvalents tels que, par exemple, le chlorure ferrique, le sulfate ferrique, etc. Une fois la boue condensée, on effectue l'opération de conditionnement. A cette fin, la boue condensée est préalablement traitée avec un coagulm; En tant que coagulant on peut employer l'acide sulfurique, l'acide chlorydrique ou des sels inorganiques de métaux polyvalents, tels que, par exemple, le chlorure ferrique, le sulfate ferrique ou un autre sel analogue. Ensuite on chauffe la boue jusqu'à une température de 65 à 750C.La température de chauffage de la boue est déterminée par voie expérimentale. La boue chauffée est enfin traitée avec un floculant. Le conditionnement étant effectué de la manière décrite, il se produit une réduction de la consommation de chaleur de 12 à 3096 par rapport au procédé prototype connu, et ce, à cause de la concentration accrue de la boue à conditionner. Pour cette mame raison la dose nécessaire de floculant se trouve réduite dans une proportion de 3 à 10%. Le conditionnement étant terminé, on effectue la déshydratation de la boue. On utilise pour cette opération une presse à filtre, une centrifugeuse ou des lits ou aires de séchage des boues. Les opérations indiquées plus haut permettent d'augmenter la concentration du gâteau de filtration dans une proportion de 1,0 à 2,0,'. Ci-dessous sont donnés des exemples concrets mais non limitatifs de mise en oeuvre du procédé proposé de traitement de boues d'eaux usées. On a préparé pour ces expériences quatre portions égales de boue constituée par un mélange de boue primaire et de boue activée. Le rapport entre la boue primaire et la boue activée est égal à 1:1 ( calculé en substance sèche contenue dans la boue). La concentration est égale à 3 mg/l. Exemple le On mesure le pH d'une portion de boue. Il est égal à 6,5 On détermine la quantité de coagulant acide qui est nécessaire pour abaisser le pH à 2,5. Elle est égale à 65 kg par tonne. En tant que coagulant on utilise l'acide sulfurique. On traite la portion de boue avec la quantité indiquée de coagulant. Après ce traitement le pH est égal à 2,5. Ensuite on condense la portion de boue dans un appareil gravifique. La concentration de la boue condensée est égale à 5,8,' eEnsuite on effectue le conditionnement de la boue. A cette fin, on traite d'abord la boue avec un coagulant à raison de 5 kg par tonne. En tant que coagulant on utilise l'acide sulfurique.Puis on chauffe la boue jusqu'à la température de 700C et on introduit dans la boue ainsi chauffée un floculant à raison de 1,35 kg par tonne. On soumet la boue conditionnée à la déshydratatkn mécanique dans une centrifugeuse ou un filtre à vide. L'humidité de la boue ainsi déshydratée au moyen de la centrifugeuse est égale à 63,8*, celle de la boue déshydrate dans le filtre à vide, à 69%. Exemple 2. On détermine le pH d'une portion de boue. Il est égal à 6,5 . Puis on détermine la quantité de coagulant qui est nécessaire pour abaisser le pH à 3,7. Elle est de 45 kg par tonne. En tant que coagulant on emploie l'acide sulfurique. On traite la boue avec la quantité indiquée de coagulant. Le pH de la portion de boue après traitement est égale à 3,7. On condense la boue dans un appareil gravifique. La concentration de la boue ainsi condensée est égale à 5,2%. Ensuite on effectue le conditionnement dela boue. A cette fin, on traite d'abord la boue avec un coagulant à raison de 25 kg par tonne. En tant que coagulant on utilise l'acide sulfurique. Puis on chauffe la boue jusqu'à une température de 79 oc et on introduit dans la boue chauffée un floculant à raison de 1,41 kg par tonne. On soumet la boue conditionnée à la déshydratation mécanique dans une centrifugeuse ou un filtre à vide. L'humidité de la boue déshydratée dans la centrifugeuse est égale à 64,2%, et celle de la boue déshydratée dans le filtre à vide, à 79,7%. Exemple 3. On mesure le pH d'une portion de boue. n est égal à 6,5. On détermine la quantité de coagulant qui est nécessaire pour abaisser le pH à 5,0. Elle est de 20 kg par tonne. Comme coagulant on emploie l'acide sulfurique. On traite la boue avec la quantité indiquée de coagulant. Le pH de la boue après traitement est égal à 5,0. Puis on condense la boue dans un appareil gravifique. La concentration de la boue après la condensation est de 4,4%. Ensuite on procède au conditionnement de la boue. D'abord on traite la boue avec un coagulant à raison de 50 kg par tonne. En tant que coagulant on emploie l'acide sulfurique. Puis on chauffe la boue jusqu'à une température de 700C. On ini#oduLt dans la boue chauffée un floculant à raison de 1,455 kg par tonne. On soumet la boue conditionnée à la déshydrataticri mécanique dans une centrifugeuse ou un filtre à vide. L'humidité de la boue déshydratée au moyen de la centrityt est égale à 65%, et celle de ala boue déshydratée au moyen du filtre à vide, à 70,1%. Exemple 4. On mesure le pH d'une portion de boue. Il est égal à 6,5. Cette fois, avant de condenser la boue, on ne la traite pas avec un coagulant comme dans les exemples précédents. Le pH étant mesuré, on condense la boue dans un appareil gravifique. La concentration de la boue après condensation est égale à 4,0%. Puis on réalise le conditionnement de la boue. On traite d'abord la boue avec un coagulant à raison de 70 kg par tonne. En tant que coagulant on utilise l'acide sulfurique. Puis on chauffe la boue à une température de 700C. On introduit dans la boue ainsi chaugfée un floculant à raison de 1,50 kg par tonne. On soumet la boue conditionnée à la déshydratation mécanique au moyen d'une centrifugeuse ou d'un filtre à vide.L'humidité de la boue après sa déshydratation dans la centrifugeuse est égale à 60%, celle de la boue déshydratée au moyen du filtre à vide est de 71%. Pour mieux illustrer le procédé proposé, on a réuni les données de ces expériences dans le tableau 1. Les avantages du procédé proposé de traitement de boues d'eaux usées consistent en une amélioration de son efficacité et une réduction de la consommation de floculants. Ces avantages sont illustrés dans le tableau 2, dans lequel sont réunis les données techniques de fonctionnement d'une station d'épuration à rendement de 2 millions de m3/j. Tableau 1. Procédé proposé Caractéristiques Exemple Exemple Exemple Exemple 1 2 3 4 1 2 3 4 5 Mélange non con densé de boues, concentration,g#L 3 3 3 3 pH 2,5 3,7 5,0 6,5 Concentration de substances en suspension contenues dans le liquide éva cué de l'appareil de condensation, mg/l 55 60 85 105 Concentration de la boue condensée, % 5,8 5,2 4,4 4,0 Consommation d'agent acide lors de la condensation, kg/t (rapporté à la substance sèche) 65 45 20 Consommation d'agent acide lors du conditionnement de la boue condensée, kg/t (rapporté à la substance sèche) 5 25 50 70 pH de la boue condensée 3,8 4,9 5,9 6,3 Tableau 1 (suite) Caractéristiques Procédé proposé Exemple Exemple Exemple Exemple I 1 2 3 4 1 2 3 4 5 Consommation relative d'énergie thermique pour le chauffage de la boue, % 70 77 88 100 Consommation de floculant,kg/t 1,35 1,41 1,455 1,50 Humidité de la boue déshydratée dans une centrifu geuse, % 63,8 64,2 65 66 un filtre à vide, % 69 69,7 70,1 71 Concentration de substances en suspension contenues dans la phase liquide après déshydratation,mg/l 48 46 50 50 Tableau 2. Le mtme procédé dans Procédé lequel est exclu le Caractéristiques traitement avec un proposé coagulant avant la condensation Rendement d'une station d'épuration, milliers m /j 2000 2000 Quantité de boues rapportée aux substances sèches, t/j 400 400 Quantité de boue déshydratée, t/j 1450 1560 Consommation de floculant, kg/j 570 600 Consommation d'acide sulfurique t/j 26,8 26,8 Consommation de gaz naturel pour le chauffage de la boue,m /j 384000 48000 Consommation de chaux, t/j 40 40 Nombre de centrifugeuses 10 12 REVENDICATION Procédé de traitement de boues d'eaux usées, du type comprenant la condensation de la boue, son condition nement et sa déshydratation ultérieure, caractérisé en ce qu'avant de condenser la boue, on mesure son pH et 5. qu'on la traite ensuite avec un coagulant que l'on introduit dans une proportion suffisante pour abaisser le pH jusqu'à une valeur de 2,5 à 5,0.