Brevet FR2658807A1 — publié le 19910830

TRAITEMENT DES EAUX,DES BOUES ET DES DECHETS PAR REACTIFS MINERAUX RECYCLES 1 - OBJET DE L'INVENTION La présente invention concerne un nouveau procédé de traitement des eaux pota -bilisables et résiduaires, des boues et des déchets, par des substances miné -rajles naturelles, broyées ou traitées1 obtenues à partir des groupes de miné -raux désignés ci-après sous le nom de " réactifs minéraux", appartenant aux groupes geologiques suivants 2- LISTE DES GROUPES DE MINERAUX UTILISES DANS LE PRESENT PROCEDE Ce sont des silicates, silicoaluminates, aluminosilicates, hydratés ou non Groupe des Pyroxènes : silicates de formule générale R2(Si2#6) , R pouvant être représenté par les éléments suivants :Magnésium, Fer, Calcium, Manganèse, Aluminium, Sodium, Chrome, Lithium . Exemple : Enstatite, Hypersthène etc... Groupe des Amphiboles : silicates hydratés de formule générale (MM')xSi~8~22(pH) M et M' étants représentés par le Magnésium, Fer, Aluminium, Calcium,Sodium ou Lithium, à l'exception des Amiantes ( Crocidolite, Trémolite) . Exemple Anthophyllite, Grunérite, Hornblende, Glaucophane etc.... Groupe Wollastonite - Rhodonite : silicates hydratés ou non de Calcium, Manganès et Fer . Exemple : Wollastonite, Rosenhahnite, Rhodonite, Inésite etc... Groupe Antigorite - Kaolinite - Halloysite : silicates hydratés de formule générale : Mx(Si4#lO)(;bH)8 , à l'exception des amiantes du type Chrysotile Exemple : Antigorite, Cerolite, Népouite , etc... Groupe Andalousite - Topaze : exemple : Sillimanite, Cyanite ( = Disthène) etc.. Groupe des Phyllosilicates, aluminosilicates à structure feuilletée du type Micas , exemple : Biotite, Muscovite, variétés naturelles et expansées Groupe des Zeolithes : , aluminosilicates hydratés à structure fibreuse ou feuilletée Variétés fibreuses : Natrolite, Scolécite, Mésolite, Erionite Variétés feuilletées : Heulandite, Stilbite Toutes les espèces minérales précédentes sont utilisées soit seules soit mélan -gées entre elles de différentes façons pour obtenir des réactifs minéraux actifs présentant l'ensemble des propriétés physicochimiques intervenant dans le traitement des eaux, boues et déchets , décrites ci après 3- CARACTERISTIQUES PHYSICOCHIMIQUES DES REACTIFS MINERAUX UTILISES DANS LE PRESENT PROCEDE 3 - 1 .Structure finement divisée : en fibres, en feuillets, en pores ouverts ou fermés, d'où des surfaces spécifiques élevées et des propriétés d'adsorption vis à vis des grosses molécules organiques, huiles et graisses 3 - 2 . Présence de charges électriques positives , accessibles, se comportant comme des sites actifs, représentées par - des cathions monovalents : Na +, K +,Li + - des cathions divalents : Mg ++, Mn ++, Fe ++, Ca ++,Ba ++ - des cathions trivalents :Fe +++, Al +++, Cr +++ Ces charges positives leur conférent des potentiels Zéta élevés, d'où des propriétés de coagulation 3 - 3.Regroupement des charges positives : les particules polluantes chargées négativemenysont neutralisées par les cathions et forment des petits flocs élémentaires regroupés " ipso facto" autour des charges positives conférant aux réactifs minéraux utilisés des propriétés de floculation . Ces produits jouent donc le même rôle que celui des longues cnalnes de polymères de synthése traditionnellement utilisés dans les procédés classiques de traitement 3 - 4. Aptitude à drainer l'eau , et à relarguer l'eau interstitielle sous l'effet d'une faible pression : cette propriété est utilisée dans la production de boues de très haute siccité, voisine de 70% 3 - 5. Résistance à l'attrition, résultant d'excellentes propriétés mécaniques Cette propriété est utilisée dans le recyclage de ces réactifs minéraux 3 - 6.Résistance au feu , tous ces réacttifs présentent une bonne tenue en température, au delà de 800 OC. Dans le cas du traitement des eaux résiduaires des boues et des déchets, les réactifs se retrouvent chargés en matières orga -niques, huiles et graisses qui contribuent à des P.C.I. élevés, voisins de 2.000 . L'incinération provoque une régénération des réactifs minéraux qui récupèrent ainsi leur pouvoir épurateur et qui sont recyclés plusieurs fois. A chaque cycle il se produit une faible perte, voisine de 1 à 2 %, dûe à une perte d'eau liée, à une attrition partielle produisant de petites particules passant à travers le dispositif filtrant 4 - AVANTAGES DU PROCEDE PARREACTIFS MINERAUX RECYCLES PAR RAPPORT AUX PROCEDES TRADITIONNELS 4 - 1. Simplicité : un réactif unique et recyclé traite à la fois l'eau et les boues 4 - 2. Compacité : le temps de séjour est trés court, quelques minutes suffisent pour accomplir le cycle complet, le génie civil est très réduit, les investisse -ments sont , à égale capacité, nettement inférieurs à ceux des installations traditionnelles, aussi bien dans le cycle de d'eau que celui des boues et autre déchets .Dans les stations classiques physicochimiques le temps de séjour est d'environ 2 heures au minimum, et dans les stations classiques biologiques la durée totale du traitement est souvent supérieure à 8 heures 4 - 3. Rendements épuratoires élevés, par rapport aux procédés physicochimiques traditionnels utilisant des réactifs chimiques solubles non recyclés tels que chlorures et sulfates de fer ou d'aluminium qui ne possédent que les propriétés de coagulation et de floculation. En effet les réactifs minéraux utilisés ici sont insolubles et possédent une propriété supplémentaire d'adsorption qui per -met d'éliminer une partie de la pollution soluble . Dans l'élimination des matières organiques le rendement passe ainsi de 60 à 75 % pour des effluents domestiques typiques , et pour les matières en suspension le rendement passe de 70 à 85 %. 4 - 4. Economie de réactifs : les réactifs classiques solubles sont perdus avec les boues, les réactifs minéraux sont recyclables plusieurs fois , en géné -ral 50 fois, ce qui permet d'abaisser sensiblement les prix de fonctionnement 4 - 5. Economies d'énergie Réduction de la consommation électrique au niveau du cycle de l'eau, qui est très simple et très rapide, ainsi que dans la déshydratation des boues qui est très performante même avec des moyens rustiques Economie d'énergie thermique dans l'incinération des boues, la siccité étant voisine de 70 %, alors qu'elle dépasse rarement 30 % dans les procédés tradi -tionnels 4 - 6. Sécurité de fonctionnement : le procédé décrit ici présente les mêmes avantages que les procédés physicochimiques traditionnels, à savoir 1 'insensi- -bilité aux toxiques et aux variations de charge .Dans ce dernier cas ( sta -tions balnéaires et de montagne) saconception sous forme de modules est parti -culièrement bien adaptée par la mise en route instantannée d'unités supplémen -taires en cas d'augmentation rapide de population à desservir 4 - 7. Suppression du problème de l'évacuation des boues : en effet le présent procédé ne produit pas de boues: la pollution est rejetée sous forme de gaz, oxydes de carbone, oxydes d'azote et vapeur d'eau, après désodorisation à 800 OC Dans le cas des traitements traditionnels physicochimiques l'adjonction obliga -toire d'adjuvants tels que polymères et de chaux produit des boues très basique difficiles à évacuer, notamment en agriculture . Dans les procédés classiques biologiques les boues sont souvent mal déshydratées, pâteuses ou même liquides/ et présentent des problémes pour l'épandage agricole qui est encore le moyen le 4 - 7. Meilleures possibilités d'intégration en site urbain résultant de la compacité de la filière, de l'absence de boues et d'odeurs . Il faut souligner à ce sujet que les rendements d'épuration obtenus par ce procédé seront d'autan meilleurs que les installations seront réalisées à proximité des points de rejel au cours du cheminement des effluents dans les réseaux, il se produit toujours une dissolution supplémentaire de la pollution particulaire , ce qui est défavorable pour tous les procédés physicochimiques en général .Le procédé décrit ici s'adapte aussi particulièrement bien aux situations difficiles créées par l'absence de pente, et dans le cas de rejet en milieu récepteur sensible, un traitement complémentaire obligatoirement biologique pour atteindre la pollution résiduelle dissoute sera dimensionné sur seulement 25 % de la pollution initial ce qui est plus économique 5 - MISE EN OEUVRE ET APPLICATIONS DU PROCEDE "REACTIFS MINERAUX RECYCLES" 1 Phase : dispersion des réactifs dans de l'eau pure ou traitéevde façon à constituer une suspension concentrée de 50 à 100 g/l. généralement, pompable injectable et dosable, appelée "prémélange ".Cette préparawtion se fait par simple agitation mécanique, mais sans mouvement de rotation pour éviter la for -mation d'agglomérats tels que des pelotes par exemple dans le cas de réactifs fibreux 2 Phase : dispersion du prémélange dans les eaux ou les boues à traiter pour atteindre des concentrations finales de 1% environ Le temps de contactpréactifs / effluent à traitez est maintenu pendant quelques minutes, 2 à 3 généralement 3 #Phase : passage de l'ensemble ( réactifs chargés en matières polluantes + eau traitée ) sur des tamis à mailles de 50 à 100 microns de façon à retenir le; réactifs dont l'agglomération produit des boues pelletables dont la siccité est voisine de 25 % .. 4 Phase : déshydratation des boues par les moyens classiques : bandes pres -seuses, filtres-presses, presseuses-convoyeuses à vis ou à piston, laminoirs. 5 0. Phase : incinération des boues dans le cas des eaux résiduaires contenant des matières organiques, séparation des réactifs minéraux d'avec les matières en suspension dans le cas des eaux potabilisables 6 P Phase : récupération#des réactifs par simple arrosage et brossage du suppor filtrant, généralement une toile en acier inox 7 phase : dispersion des réactifs ainsi récupérés dans de l'eau pour recons -tituer un prémélange avec adjonction de réactifs neufs à la dose d'environ 1 ou 2 %, pour compenser les pertes dues à l'incinération et au tamisage Domaines d'application -Construction de nouvelles stations d'épuration d'eaux usées pour toutes tailles de collectivités .Pour de petites agglomérations (500 à 2000 Habitants) la mise en oeuvre la mieux adaptée consiste à déposer les boues deshydratées en couche mince sur le support filtrant de façon à obtenir des bilans thermiques particulièrement favorables . Une autre solution consiste à regrouper les boues deshydratées pour les incinérer dans une installation commune d'incinération -Construction de nouvelles usines de traitement d'eauXpotabilisables, de traitement de boues ou de déchets divers-Adjonction de réactifs minéraux recyclés dans les ouvrages de stations devenues insuffisantes Adjonction de réactifs minéraux recyclés dans des centrales de traitement de déchets réputés difficiles tels que les boues liquides ou payeuses, les boues d'aération prolongée et de bulking ( boues filamenteuses), les résidus de trai -tement thermique des boues, les lisiers REVENDICATIONS REVENDICATION 1 : Procédé d'épuration par voie physicoctiaique des eaux, des déchets, et des boues liquides caractérisé en ce que l'élimination des matières polluantes est effectuée grâce à des réactifs minéraux solides, exception faite des amiantesqcontenant une forte densité de sites accessibles et actifs de coagulatgion sous forme de cathioens métalliques a valence multiple, double ou triple REVENDICATION 2 Pucédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les réactifs se présentent sous forme finement divisée (fibres, feui llets,ou poudre) ou poreuse, sont insolubles,et résistent au feu et à l'attrition. REVENDICATION 3 Procédé suivant les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les réactifs sont des silicoaluminates naturels ou synthétiques appartenant aux groupes des Pyrox#nes1Amphiboles, Wollastonites, Antigorites, Andalousites,Phyllosilicates, Zeolithes REVENDICATION 4 Procédé suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les réactifslaprès avoir séparé l'eau des matières polluantes sous l'action combinée de la coagulation, de la floculation et de l'adsorptiontrestent fixes à celles-cisçus forme de boues résiduaires REVENDICATION 5 Procédé suivant la revendication 4 caractérisé en ce que les boues résiduaires obtenues sont ensuite séparées de l'eau traitée par tamisage . REVENDICATION 6 : Procédé suivant la revendication 5 caractérisé en ce que les boues résiduaires récupérées après tamisage sont ensuite déshydratées par simple compression sans adjonction de réactifs additionnels REVENDICATION 7 Procédé suivant la revendication 6 caractérisé en ce que les réactifs utilisés en début de traitement Sont régénérés par l'incinérationdes boues résiduaires déshydratées entrainant la combustion des matière polluantes,y compris les huiles et les graisses adsorbées sur ces réactifs REVENDICATION 8 : Prcédé suivant la revendication 7 caractérisé en ce que les réactifs régénéréssant recyclés en tête de la filière de traitement