Brevet FR2541670A1 — publié le 19840831

l 2541670 La présente invention concerne un procédé d'épaissis- sement de boues digérées, et des boues digérées épaissies par ce procédé. On sait que les boues digérées se consolident moins facilement que les boues fraiches Ces dernières seront généralement consolidées dans des bassins de décantation primaires conventionnels pour fournir des boues contenant entre 4 et 6 % de solides séchés Ce degré de consolidation est obtenu en une durée de décantation considérablement inférieure à une journée, la digestion anaérobie de telles boues fralches a pour conséquence le fait que jusqu'à 50 pour cent des matières organiques sont rendues solubles ou libérées sous forme de gaz de digestion Des boues digé- rées typiques ne renferment que 2,5 % de solides séchés après 20 jours dans un digesteur primaire. Il est fréquent que le digesteur primaire soit raccor- dé en série avec un bassin d'épaississement ou de "diges- tion" secondaire, dans lequel les boues peuvent 9 tre lais- sées pendant encore 10 à 60 jours Traditionnellement, ce digesteur secondaire est similaire au digesteur primaire, bien qu'il ne soit ni chauffé, ni mélangé, comme le diges- teur primaire Dans le digesteur secondaire a lieu la con- centration par gravité des solides des boues digérées, et la décantation des liqueurs surnageantes Ceci diminue le volume des boues necessitant un traitement ultérieur et une évacuation Une réduction des solides et une production de gaz très faibles ont lieu dans le digesteur secondaire. Malheureusement, de nombreux digesteurs secondaires se sont avérés être de mauvais épaississeurss engendrant des boues diluées et des liqueurs surnageantes de grande résis- tance La cause principale de ce problème est que, dans la plupart des cas, les boues digérées de faton anaérobie ne se décantent pas facilement Deux facteurs principaux contri- buent à ce phénomène: ( 1) Evolution permanente des ga: pendant le processus 2 2541670 de digestion, des quantités considérables de gaz de digestion, contenant typiquement 70 % de méthane et % de dioxyde de carbone, sont engendrées Lorsque des boues digérées fraîches sont pompées dans de grands bassins d'épaississement, les boues sont encore chau- des et peuvent prolonger le processus de digestion, pour engendrer des gaz de digestion pendant de nom- breuses semaines Ceci a pour conséquence un accrois- sement des perturbations dues aux bulles de gaz, qui empêche toute consolidation sensible, jusqu'à ce que les gaz cessent d'être engendrés. ( 2) Perturbations par micro-bulles: le contenu du bassin de digestion primaire devient sursaturé de gaz, mé- thane et dioxyde de carbone Lorsque ces boues sont transférées dans le bassin de digestion secondaire, les gaz sortent de la solution pour former de petites bulles Ces micro-bulles s'attachent aux particules de boue et engendrent une force de flottabi Lité qui entrave la décantation jusqu'à ce que les bulles viennent en coalescence et s'élèvent jusqu'à la surface de la boue. La conséquence d'une évolution prolongée des gaz, en particulier dans les épaississeurs secondaires, profonds et d'un volume importants est l'empêchement de toute séparation des liqueurs surnageantes et des boues pen- dant des périodes allant jusqu'à 30 jours Même après que les dégagements gazeux aient cessé, la décantation est encore très lente dans les épaississeurs secondai- res profonds (l Om), à cause de l'effet prononcé de l'entrave par micro-bulles. Les inconvénients de ce défaut de consolidation, ou d'épaississement, de ces boues digérées apparaîtront en considérant leur manipulation et leur volume. La quantité des boues de vidange évacuée annuellement dans le Royaume-Uni s'élève à environ 35 millions de tonnes nettes, dont environ 50 % sont digérés Le problème de la 3 2541670 ' consolidation des 18 millions de mètres cubes de boues liquides engendrées par une digestion anaérobie avant l'évacuation finale sur terre ou dans la mer est donc d'une grande importance. La consolidation ou l'épaississement de toutes les boues digérées jusqu'à au moins 5 % pourrait diminuer le volume annuel des boues évacuées dans le Rpyaume-Uni de à 9 millions de mètres cubes Les coûts du transport des boues liquides pour leur évacuation étaient d'au moins 10 à 20 Francs par mètre cube en 1982, pour les opérations conventionnelles d'évacuation en mer et sur terre Des économies de transport annuelles de plusieurs dizaines de millions de Francs pourraient ainsi être réalisées si la cible des 5 % de solides était réellement atteinte dans tous les sites de boues du Royaume-Uni. Un objet de l'invention est la réalisation d'un épais- sissement relativement simple des boues digérées. Selon un aspect de l'invention on crée un procédé pour l'épaississement de boues digérées consistant à faire digé- rer les boues digérées destinées à être épaissies, à faire passer ensuite un gaz à travers les boues digérées, à une intensité comprise entre 0,1 et 5 unités de gaz pour une unité de boue, en volume et par heure. En faisant appel à l'invention, il est possible d'épais- air des boues digérées par gravité jusqu'à un contenu en solides compris entre 5 et 6 % avant les processus d'épuise- ment ultérieurs ou l'évacuation finale Le gaz élimine les gaz contenus dans les boues, qui empêchent ou entravent la tendance à l'épaississement par gravité. Le gaz utilisé dans le procédé peut être de l'air On dispose ainsi d'un agent relativement peu onéreux pour agi- ter les boues digérées avant leur épaississement par gravité. L'intensité d'aération peut être comprise entre 0,5 et 5 R d'air ramené à 200 C sous 1 bar/m 3 de boue/heure. Une telle intensité assure un procédé relativement peu 4 2541670; onéreux, et qui peut être contrôlé. L'intensité d'aération peut être de 1 volume d'air pour 1 volume de boue par heure, de préférence pendant une période d'environ 10 heures Une telle intensité d'aéra- tion pendant l'opération consistant à faire passer le gaz dans les boues digérées s'avère avantageuse. Le procédé peut comprendre l'opération consistant à interrompre le passage du gaz dans les boues digérées et à contrôler le p H des boues digérées pendant l'épaississement subséquent au passage des gaz, afin de contrôler le pro- cessus L'opération de contrôle du p H constitue une façon relativement simple d'assurer le contrôle du procédé. L'opération consistant à faire passer le gaz à travers les boues digérées peut être mise en oeuvre en utilisant un dispositif à venturi Un tel dispositif est de structure relativement simple, peut ôtre facilement installé ou abais- sé dans un bassin d'épaississement, et permet une agitation réelle des boues digérées D'une-autre manière, le gaz peut être amené à passer dans les boues en utilisant les tuyau- teries existantes du bassin, ou des aérateurs à grosses bulles ou à simple tuyau. Selon un second aspect de l'invention sont proposées des boues digérées épaissies en faisant appel au procédé défini ci-dessus. Un procédé selon l'invention est décrit ci-après, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, auxquels: Les fig 1 et 2 sont des vues en élévation latérales schématiques de deux bassins d 9 épaississement, montrant divers moyens pour pré-aérer les boues digérées qu'ils contiennent avant l'épaississement par gravité. Les fig 3 A, 3 B, 3 C et 3 D montrent l'effet d'une pré- aération sur la consolidation ou l'épaississement des boues digérées selon la présente invention dans un bassin d'épais- sissement tel que ceux des fig 1 et 2, après des périodes respectives de un, quatre, sept et quinze jours, en termes de p H, de contenu en solides et de température. La fig 4 est un graphique de l'épaississement de boues digérées selon l'invention, sous forme de % de volu- me de boues en fonction du nombre de jours, pour des boues digérées non aérées et pré-aérées, et La fig 5 est un graphique des variations de p H en fonction de la durée d'aération dans un procédé selon ltin- vention, pour diverses intensités d'aération, en utilisant une grille ou un dispositif à venturi pour faire passer de l'air à travers les boues digérées destinées à être épaissies. En référence aux dessins, sur lesquels des parties identiques sont désignées par des numéros de référence identiques, un digesteur secondaire, ou bassin d'épaissis- sement 1, qui est circulaire en plan, présente un fond incline, une paroi latérale et un sommet ouvert (fig 1 et 2) Un tuyau d'alimentation 2 pour boues digérées repose en permanence le long du fond conique Une série de tuyaux 3 d'entrée de gaz -s'étend à travers la paroi latérale. Les boues digérées entrent dans le bassin 1 par le tuyau 2. Elles sont ensuite aérées par passage d'air dans tout le volume de boue 4 S à partir des tuyaux 3 (fig 1). La disposition de la fig 2 est similaire à celle re- présentée sur la fig 1, excepté le fait que le gaz d'aéra- tion est amené à passer dans les boues 4 par l'intermédiaire du tuyau 2, à travers lequel les boues avaient été initia- lement amenées dans le bassin 1 Dans une autre forme de réalisation (non représentée), l'air d'aération est amené à passer à travers les boues digérées à partir d'un aéra- teur a venturi immergé (non représenté) muni d'une pompe à boue centrifuge intégrée, lequel aérateur à venturi est situé dans, ou à proximité du fond du bassin Dans une autre forme de réalisation, également non représentée, l'air d'aération est amené à passer dans les boues digérées à partir d'un aérateur à grosses bulles, tel qu'une grille située sur, ou à proximité du fond du bassin 1 La grille 6 2541670 est constituée d'un tubage flexible perforé de 25 mm de diamètre Ou encore un simple tuyau peut être utilisé pour amener l'air dans le bassin et pré-aérer les boues digérées qu'il contient avant la décantation, afin de favoriser cette décantation Toutes ces formes de réalisation de préaération des boues digérées ont procuré une meilleure décantation, jusqu'à au moins 5 % de contenu en solides, comme le montre ce qui suit. Deux digesteurs primaires, ayant chacun une capacité de 2300 m 3, ont quotidiennement fourni des boues à six épaississeurs ou bassins secondaires ouverts en leur sommet, tels que les bassins 1, ayant chacun une profondeur au centre de 12 m et une capacité de 1750 m 3 Le diamètre des épaississeurs était de 15 m et ils présentaient un fond conique, avec des parois latérales de 8 m munies de tuyaux de 100 mm, pour l'évacuation des matières surnageantes La profondeur moyenne des boues dans ces épaississeurs 1 était prise égale à 10 m La manière de faire conventionnelle était de remplir par dosage chaque épaississeur à l'aide de 2,5 % de boues digérées fraîches, sur une période de 10 jours, et de laisser décanter pendant 50 jours, pour la consolidation et la récupération des matières surnageantes, puis d'évacuer les boues épaissies, sur terre, à l'aide de camions routiers à citerne Une réduction du volume de boue inférieure à 25 % a été obtenue par ce mode d'opération, comme le montre la ligne A de la fig 4 o Le fait d'aérer les boues digérées situées dans les bassins par un procédé selon l'invention, après remplissage par dosage, a permis l'obtention d'une consolidation de 50 % en 10 jours, comme le montre la ligne B de la fig 4. Comme premier essai, une aération du contenu de l'é- paississeur 1 par très grosses bulles a été effectuée en fournissant également 1500 m 3 à 20 C pour 1 bar/m 3 d'air à 0,8 bar à un tuyau de décantation des matières surnageantes de 100 mm situé à 6 m au=dessous de la surface des eaux. 7 2541670 Ceci a permis une aération d'une intensité de 0,9 m 3 d'air/m 3 de boue/heure Le remplissage de l'épaississeur par dosage de boues digérées fraîches à 2,5 % de solides séchés, d'un p H égal à 7,5, a pris 9 jours La température moyenne des boues au début de l'aération était de 25 C. Après 14 heures d'aération, le p H des boues s'était élevé à 8,1, avec une variation de la température moyenne infé- rieure à-0,5 C La décantation subséquente a engendré 51 % de matières surnageantes après 14 jours Cet essai a été répété deux mois plus tard 1 dans un bassin identique, avec un débit d'aération de 1,2 m 3 d'air à 20 e C sous 1 bar m 3 de boue/heure Le p H des boues s'est élevé de 6,9 à 8, 1 en 16 heures, avec encore une variation négligeable de la température de la boue Le résultat de la décantation a été pratiquement identique, 51 % de matières surnageantes étant obtenus 11 jours après la fin de l'aération La lig e Rld&la fig 4 est une combinaison des résultats de ces deux expériences. Les fig 3 A à 3 D montrent en images les paramètres du processus de deécantation. L'interface entre les matières surnageantes 5 et les boues 4 obtenue à partir d'une durée d'un joursuivant l'aération était toujours bien définie en termes de contenu en solides, sans aucune apparition de stratification ou de boues flottantes (fig 3 A) La stabilité de cette interface a été contr 8 lée pendant 80 jours La qualité des matières surnageantes était satisfaisante, avec 0,3 % de solides, une demande d'oxygène biochimique (BOD) de 500 mg/l, 700 mg/l de NH 3-N et un p H de 8,1. Le p H des boues diminuait avec le temps, tombant en jours de 8,1 à 7,5 (fig 3 D) Ceci a été attribué au prolongement de l'activité des bactéries engendrant de l'acide Une fois que les matières surnageantes et les boues ont été séparées, aucune apparition de méthane n'a été observée, mame lorsque le p H des boues était ramené aux 8 254 td 70. limites normales de digestion La fig 5 représente une courbe du p H des boues digéréesen fonction de la durée d'aération, en utilisant des aérateurs à grille à grosses bulles et à venturi, les chiffres du graphique étant obte- nus à partir d'un essai sur demi-échelle Le graphique montre que, pour une intensité d'aération de 2 m 3 d'air/m 3 de boue/heure, il n'existe qu'une faible différence, une augmentation du p H d'une unité, à savoir de 7,2 à 8,2, étant obtenue pour les deux en quatre heures On comprendra qu'une augmentation du p H jusqu'à 8,2 peut être attribuée à la séparation du dioxyde de carbone dissous des boues digérées, lors de l'aération Ainsi, en contrôlant le p H des matières surnageantes des boues digérées à épaissir, il est possible de contrôler le processus Les boues consoli- dées ou épaissies avec un contenu en solides supérieur à % peuvent alors être dégagées, et des boues fraîches à traiter peuvent être amenées dans le bassin d'épaississement. L'invention permet de consolider ou d'épaissir des boues digérées de façon rapide, jusqu'à un contenu en soli- des supérieur à 5 %, de façon à ce que celles-ci puissent être ultérieurement traitées et manipulées assez facilement. 9 25416 Vi O REVENDICATIONS 1 Procédé d'épaississement de boues digérées, compre- nant l'opérationconsistant à amener des boues digérées à épaissir, caractérisé en ce qu'il consiste à faire ensuite passer un gaz à travers les boues digérées ( 4), à une intensité comprise entre 0,1 et 5 unités de gaz pour une unité de boue, en volume et par heure. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz est de l'air. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'intensité d'aération est comprise entre 0,5 et m 3 d'air ramené à 20 C sous 1 bar/m 3 de boue ( 4)/heure. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'intensité d'aération est de 1 volume d'air pour 1 volume de boue ( 4) par heure. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une intensité d'aération de 1 m 3 d'air ramené à 20 C sous 1 bar par m 3 de boue ( 4) par heure pendant une période d'environ 10 heures comprend l'opération consistant à faire passer de l'air dans les boues digérées ( 4). 6 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, ca- ractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à interrompre le passage de gaz à travers les boues digérées ( 4) et à contrôler le p H des boues digérées pendant l'épais- sissement subséquent au passage du gaz, afin de contrôler le processus. 7 Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'opération consistant à faire passer le gaz à travers les boues digérées ( 4) est mise en oeuvre en utilisant un dispositif à venturi. 8 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un bassin ( 1) destiné à recevoir et à maintenir en place des boues digérées ( 4), et des moyens à tuyaux ( 2, 3) agencés pour faire passer un gaz dans les boues digérées ( 4). o 254 t 10 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens à tuyaux ( 2, 3) comprennent un tuyau ( 2) par lequel les boues ( 4) sont amenées dans -le bassin ( 1). 10 Boues digérées, caractérisées en ce qu'elles sont obtenues par le procédé selon l'une des revendications 1 à 7, ou dans le dispositif selon l'une des revendica- tions 8 ou 9.