Brevet FR2564821A1 — publié le 19851129

L'invention est relative à un procédé de déshydratation de boues, ainsi qu'à une installation mettant en oeuvre ce procédé. Elle est également relative à un dispositif de filtration des boues. Elle trouvera son application dans le domaine du traitement des eaux usées, plus particulièrement pour le traitement des boues d-'origine urbaine qui sont recueillies dans les stations d'épuration de petite et moyenne dimensions. Les eaux usées provenant de petite et moyenne collectivités sont généralement traitées dans de mini-stations d'épuration dans lesquelles elles subissent un cycle comprenant successivement une phase d'oxygénation, une phase de floculation, puis une phase de décantation physique des boues et de reprise des eaux épurées. La concentration des boues ainsi décantées étant de l'ordre de 12 a 30 g/litre, on recueille donc des boues tres liquides qui, en principe doivent être rejetées dans une station d'épuration urbaine, ou elles seront ultérerrent traitées et éliminées suivant des procédés connus. Par conséquent, actuellement, la vidange des boues dans les mini-stations d'épuration nécessite l'intervention de vidangeurs qui pompent les boues liquides de la station pour les acheminer vers leur lieu de traitement ultérieur. Ces boues très liquides sont difficilement épandables sur les champs car, d'une part, ceux-ci sont assez peu disponibles, notamment en hiver à cause des intempéries et au printemps et en été à cause des cultures, et d'autre part les risques de pollution des nappes d'eau souterraines sont très importants étant donné que ces boues liquides se comportent pratiquement conime des eaux de ruissellement. Il serait donc nécessaire de les répandre sur de grandes surfaces. On comprend ainsi l'obligation faite aux vidangeurs de rejeter ces boues liquides dans des stations urbaines équipées pour traiter ces déchets. Toutefois, le transport de boues très liquides est une solution économique très onéreuse, puisque dans un litre de boue transportée, il peut n'y avoir que 1,2 % de matière solide et 98,8 % d'eau.Or, lorsque l'on sait que pour une station d'épuration d'une capacité de 1.000 équivalent habitants, la production de boue journalière est de 4,5 m3, on se rencontre que le volume des boues liquides à transporter est considérable. Le but principal de la présente invention est de proposer un procédé de déshydratation des boues qui permet de réduire les volumes a tranporter. Pour cela, on se propose de concentrer les boues liquides dès leur point de prélèvement, de façon à remplir les bennes qui assurent le transport non pas avec un produit à l'état liquide mais avec des boues dans un état relativement visqueux qui peuvent être déjà manipulées à la pelle. Pratiquement, on déverse dans la benne non pas des boues d'une concentration de 12 litre, mais des boues d'une concentration de 80 g/litre, ce qui permet d'obtenir un produit final dont la concentration est comprise entre 120 et 150 g/litre, ce qui se traduit par une réduction considérable des volumes à transporter. Le produit final obtenu étant pelletable, il pourra facilement être déchargé au bord des champs sans risque de pollution des nappes phréatiques, et il pourra constituer un excellent fertilisant pouvant être épandu ultérieurement sur l#es champs. Actuellement, il n'existe pas de dispositif de filtration qui permette de concentrer rapidement des boues à de très faibles concentrations. En particulier, les bennes filtrantes ont un débit de filtration des boues de l'ordre de 4 m3/heure, ce qui n'est pas compatible avec les volumes de boues à traiter qui sont de l'ordre de 100 m3 pour une station d'épuration d'une capacité de 1.000 équivalent habitants. Un autre but de laprésente invention est de proposer une installation de déshydratation des boues, mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, qui permet de traiter les boues très liquides dans un laps de temps acceptable. Pour cela, l'installation comporte deux dispositifs de filtration différents, dont le premier peut traiter les boues à un débit nettement supérieur, de l'ordre de 15 m3/heure. Etant donné que ce premier dispositif de filtration concentre les boues de 12 à 80 g/litre, le débit de boue à sa sortie est de l'ordre de 2,5 m3/heure, ce qui est compatible avec le débit normal de fonctionnement d'une benne filtrante. De plus, l'alimentation d'une benne fil trante avec un dispositif à concentration rapide des boues permet d'améliorer le palier de fonctionnement de la benne, puisqu'en fin d'opération, on obtient des concentrations de l'ordre de 150 g/litre alors qu'une-benne utilisée isolément procure des boues a une concen tration de 120 g/litre. Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif de filtration qui permet de concentrer rapidement des boues de faible concentration. Pour cela, l'invention propose un dispositif de filtration par centrifugation et gravitation, constitué par une surface filtrante cylindrique, mobile en rotation autour d'un axe ho rizontal tel que l'alimentation en boue soit centrale, et l'évacuation des eaux exprimées soit périphérique. Pour la filtration des boues denses d'origine minérale, il est connu d'employer des dispositifs de filtration avec des tambours rotatifs, dans lesquels l'arrivée des boues se fait par l'extérieur du tambour et l'évacuation des eaux exprimées par la partie centrale. Ces dispositifs sont très désavantageux dans le cas des boues urbaines qui n'ont pas la même consistance et qui sont plus liquides, et ils nécessitent des dispositifs de raclage pour récupérer les boues qui se sont déposées sur la surface externe du tambour. D'autres buts et avantages de la présente invention, apparaitront au cours de la description qui va suivre, qui n'est donnée qu'a titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. Le procédé de déshydratation de boues, notamment de boues obtenues par décantation dans les stations d'épuration, dans lequel on pompe les boues hors de la station en vue de les acheminer vers leur lieu d'élimination, est caractérisé en ce que l'on réalise successîvement deux filtrations différentes des boues pour les rendre pelletables, une filtration centrifuge et gravitaire pour concentrer rapidement les boues suivie d'une filtration gravitaire. L'installation de déshydratation de boues, mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, comprenant notamment des moyens de pompage des boues et une benne pour stocker et transporter les boues, est caractérisée par le fait qu'elle présente des moyens de filtration centrifuge et gravitaire des boues qui permettent de déverser les boues concentrées dans la benne et des moyens de filtration gravi tai re inte grés aux parois de la benne. Le dispositif de filtration, notamment destiné à déshydrater des boues très liquides, est caractérisé par le fait qu'il présente une surface filtrante cylindrique, mobile en rotation autour d'un axe legèrement incliné par rapport a l'horizontale, telle que l'alimentation en boue soit centrale et l'évacuation des eaux exprimées soit péripherique. L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère a la description ci-dessous ainsi qu'aux dessins en annexe qui en font partie intégrante. La figure 1 illustre un mode préférentiel de réalisation d'une installation de déshydratation de boues selon l'invention. La figure 2 illustre en perspective un mode de réalisation du dispositif de filtration selon l'invention. Le procédé selon l'invention vise plus particulièrement la déshydratation des boues très liquides, qui se sont accumulées par decantation dans les petites et moyennes stations d'épuration. Dans ce procédé, on commence par extraire les boues par pompage hors de la station d'épuration en vue de les acheminer vers leur lieu d'élimination définitive, par exemple, constituées par un champs. Selon l'invention, on réalise successivement deux filtrations différentes des boues pour les rendre pelletables, d'une part une première filtration utilisant des effets de centrifugation et de gravitation pour concentrer rapidement les boues et les amener a un état quasivisqueux, et d'autre part, une seconde filtration par gravitation. Ainsi, dans la première filtration qui est réalisée en continu, les boues passent d'une concentration de 12 g/litre a 80 g/litre, et dans la seconde filtration, elles passent quasi -i nstantanément d'une concentration de 80 g/litre a 100 g/litre pour atteindre une concentration comprise entre 140 et 150 g/litre au bout de quelques heures. Le procédé selon l'invention avec une première filtration particulièrement énergique permet de concentrer rapidement les boues étant donné que la formation des flocons est activée par les effets dynamiques dus à la centrifugation. Ces effets dynamiques ont également des conséquences sur la seconde filtration puisqu'ils permettent d'améliorer le palier de fonctionnement de la seconde filtration. Par ailleurs, la première filtration énergique peut absorber un débit de boue relativement important, de l'ordre de 15 m3/heure, alors que la seconde filtration n'accepte qu'un débit de boue de l'ordre de 4 à 5 m3/heure, ce qui permet de traiter les boues d'une station d'épuration produisant 100 m3 dans un temps acceptable. Dans le procédé selon l'invention, la première filtration est réalisée sur le lieu même de pompage des boues de façon a remplir la benne permettant de transporter les boues avec la quantité maximale de particules solides. Cela -permet également d'évacuer les eaux exprimées au cours de la première filtration vers la station d'épuration en vue de les recycler. Pour faciliter et accélérer la concentration des particules solides contenues dans les boues liquides, on injecte dans les boues des agents floculants au cours de l'opération de pompage. Ces agents floculants pourront être constitués par exemple par des poly-électrolytes qui tendent à augmenter la polarité des particules en suspension ce qui facilite leur agglutination et accélère la décantation des boues. Il conviendra de mélanger intimement ces agents floculants avec les boues pendant un temps suffisamment prolongé de façon à obtenir une décantation convenable. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des boues dont la concentration est comprise entre 140 et 150 g/litre, soit environ 10 à 12 fois la concentration des boues extraites de la station d'épuration, qui sont pelletables, et qui peuvent être déchargées au bord des champs en vue de leur épandage ultérieur. De plus, ces boues pourront être malaxées avec des déchets végétaux pour obtenir naturellement en quelques mois un composte extrêmement fertile. L'installation de déshydratation illustrée à la figure 1 comporte notamment une unité de pompage 1 comprenant essentiellement une pompe 2 à débit variable dont le type sera facilement déterminé par l'Homme de métier, cette unité de pompage 1 pouvant être reliée à la station d'épuration au moyen d'un flexible 3. L'installation comportera avantageusement une unité de floculation 4, constituée essentiellement par un réservoir contenant les poly-électrolytes dans lequel plonge une canne aspirante reli-ée à une pompe doseuse qui mélange une quantité déterminée de poly-électrolytes avec de l'eau. Ensuite, le mélange d'eau et de poly-électrolyte est introduit dans un hydrolyseur 5 pour réaliser le mélange intime entre les deux composants.L'hydr##iseur pourra être constitué par exemple par une cuve dans laquelle est disposé un malaxeur mobile en rotation qui permet d'homogénéiser la solution d'agents floculants.Ensuite, les agents floculants sont acheminés vers l'entrée de l'unité de pompage au moyen d'un flexible 7, de telle sorte que la pompe 2 aspire le me lange constitué par les boues provenant de la station d'épuration et les agents floculants en provenance de l'hydrolyseur. L'action des agents floculants sur les boues sera d'autant plus élevée que les boues seront mélangées intimement avec les agents floculants, et que le temps de contact avec ces agents est élevé. On utilisera pour cela, de préférence, une pompe qui provoque un brassage énergique des boues. Après avoir passé dans l'unité de pompage et de floculation, les boues sont acheminées par la canalisation 8 vers les moyens qui assurent la filtration rapide par centrifugation et gravitation. Ces moyens seront avantageusement constitués par un tambour rotatif concentrateur 9 qui déverse les boues traitées dans la benne 10 qui comporte des moyens de filtration intégrés a ses parois. Le tambour rotatif concentrateur 9, illustré aux figures 1 et 2, est constitué essentiellement par une surface filtrante cylindrique 11, mobile en rotation autour d'un axe de rotation 12. La surface filtrante 11 est fixée a chacune de ses extrémités a une virole, respectivement 13 et 14, ces deux viroles étant reliées sur leur circonférence à l'aide de tubes 15 qui assurent le maintien et le positionnement de la surface filtrante 11. L'axe 12 du tambour sera légèrement incliné par rapport a l'horizontale pour autoriser l'évacuation par gravitation des boues se trouvant dans le tambour. Le tambour 9 est entraîné en rotation par l'intermédiaire d'un moto-réducteur 16 relié à l'axe du tambour par l'intermédiaire d'un accouplement élastique 17, et le tambour repose sur deux paires de galets, les galets 18 prenant appui sur la virole d'entrée 13, les galets 19 prenant appui sur la virole de sortie 14. Ces galets sont mobiles en rotation autour d'axes parallèles a l'axe 12, et ils sont maintenus par le châssis 20 qui supporte le tambour. Le tambour concentrateur est alimenté en boues par l'interïiié- diaire d'un orifice 21 relié a la canalisation 8 qui déverse les boues suivant une direction radiale, l'orifice 21 étant disposé au-dessous de l'axe de rotation 12 et a proximité du bord extérieur de la virole 13. Pour augmenter la durée de contact entre les agents floculants et les boues, la virole 13 présentera avantageusement intérieurement des chicanes 22, disposées en forme d'hélices pour dévier et empêcher l'écoulement trop rapide des boues vers la surface filtrante 11. Ces chicanes seront constituées par exemple par des morceaux de tôle disposées radialement et inclinées par rapport aux génératrices de la virole. Ensuite, les boues parviennent jusqu'a la surface filtrante de façon à former un boudin longitudinal qui roule sur lui-même dans la partie inférieure du tambour, sous l'action des forces centrifuges dues a la rotation du tambour. Le brassage continu des boues sur elles-mêmes favorise la floculation des particules solides et permet l'évacuation des eaux a travers la surface filtrante 11 vers un bac de réception 23, disposé au-dessous du tambour. La surface filtrante sera réalisée de préférence- en une toile en matière plastique, qui présente un bon comportement à la fatigue malgré les déformations, permanentes provoquées par la charge des boues qui se déplacent vis-à-vis de la surface filtrante mobile en rotation. La virole de sortie 14 sera munie d'un cône- de déversement 24 qui facilite l'évacuation des boues vers la benne 10. En outre, l'éva- cuation des boues vers l'arrière du tambour sera favorisée par l'inclinaison de l'axe 12, l'angle d'inclinaison pouvant être réglable pour tenir compte de la dénivellation de la surface sur laquelle est disposée l'installation de déshydratation. La vitesse de rotation du tambour pourra varier de 4 a 5 tours/minute, et le débit d'alimentation en boue pourra atteindre 15 m3/heure. Le bac de réception 23 sera muni d'un orifice pour évacuer par gravitation les eaux exprimées vers la station d'épuratiôn. Les parois ainsi que le fond de la benne 10 seront équipés d'armatures sur lesquelles seront disposées des toiles filtrantes analogues à celles des tambours concentrateurs. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, l'unité de pompage et de floculation ainsi que le tambour concentrateur et la benne sont placés sur un engin mobile, de préférence, sur une remorque 25 reliée a un tracteur 26, la benne 10 pouvant être inclinée vers l'arrière pour faciliter le déchargement des boues sur le lieu d'épandage. Les eaux exprimees dans la benne quasi-instantanément après le déchargement des boues sont évacuées vers la station d'épuration alors que les eaux exprimées dans la phase de décantation ultérieure seront récupérées dans un réservoir monte sur l'engin mobile. Les unités de pompage et de fioculation ainsi que le tambour concentrateur pourront également être disposés sur un châssis mobile, ce qui permet d'utiliser le dispositif de filtration dans des applications ne nécessitant pas la présence d'une benne filtrante. L'agencement ainsi que la structure des châssis supportant l'installation seront déterminés par l'Homme de l'Art suivant les règles habituelles. Pour palier à tout problème éventuel de nuisance, l'installation de déshydratation présentera avantageusement une unité de chloration 27 qui injecte du chlore dans les boues en sortie du tambour pour détruire les germes pathogènes, et une unité de désodorisation 28 qui empêche toute propagation éventuelle d'odeurs. Avec l'installation selon l'invention montée sur un engin mobile, on peut éliminer en une seule vacation entre 100 et 120 m3 de boue provenant d'une mini-station d'épuration, alors que l'utilisation des moyens habituels aurait nécessité entre 5 et 6 vacations. Le mode de réalisation qui vient d'être décrit n'est donné qu'a titre indicatif, et d'autres mises en oeuvre de la présente invention, a la portée de l'Homme de l'Art, pourraient être adoptées sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Procédé de déshydratation de boues, notamment de boues obtenues par décantation dans les stations d'épuration, dans lequel on pompe les boues hors de la station en vue de les acheminer vers leur lieu d'élimination, caractérisé en ce que l'on réalise successivement deux filtrations différentes des boues pour les rendre pelletables, une filtration centrifuge pour concentrer rapidement les boues suivie d'une filtration gravitaire. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réalise la filtration centrifuge sur le lieu de pompage des boues. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on injecte des agents floculants dans les boues au cours du pompage avant la filtration centrifuge. 4. Installation de déshydratation de boues, mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant notamment une unité de pompage (1) et une benne (10) pour stocker et transporter les boues, caractérisée par le fait qu'elle présente des moyens de filtration centrifuge de boues qui déversent les boues concentrées dans la benne (10) et des moyens de filtration gravi tai re intégrés aux parois de la benne (10). 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle comporte une unité de floculation (4) présentant des moyens pour injecter les agents floculants dans les boues a l'entrée de l'unité de pompage (1). 6. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisée par le fait que les moyens de filtration centrifuge se présentent sous la forme d'une surface filtrante cylindrique (11), mobile en rotation telle que l'alimentation en boues soit centrale et 1 'évacuation des eaux exprimées soit périphérique. 7. Installation selon la revendication 6,caractérisée par le fait que l'axe de rotation (12) de la surface filtrante (11) est légèrement inclinée par rapport a l'horizontale pour autoriser l'evaw cuation des boues concentrées vers la benne (10). 8. Installation selon la revendication G, caractérisée par le fait que des chicanes (22) en forme d'hélices sont disposées en amont de la surface filtrante (11) pour augmenter le temps d'activité des agents floculants. 9. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisée par le fait que l'unité de oomoage (1), l'unité de floculation (4), les moyens de filtration centrifuge et la benne t10) sont disposés sur un engin mobile. 10-. Dispositif de filtration de boues, notamment de boues obtenues par décantation dans les stations d'épuration, utilisable pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant notamment une surface filtrante (11) sur laquelle s'écoulent les boues a traiter, caractérisé par le fait que la surface filtrante est cylindrique, mobile en rotation autour d'un axe (12) légèrement incliné par rapport à l'horizontale, telle que l'alimentation en boues soit centrale et l'é- vacuation des eaux exprimées soit périphérique. 11. Dispositif selon la revendication 10, utilisable pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la surface filtrante (11) est fixée à ses extrémités sur des viroles (13) et (14), les deux viroles étant reliées entre-elles sur leur périphérie à l'aide de tiges (15) qui maintiennent en position la surface filtrante (11). 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, utilisable pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il présente des chicanes (22) en forme d'hélices disposées en amont de la surface filtrante pour détourner d'écoulement des boues.