Brevet FR2694550A1 — publié le 19940211

INSTALLATION POUR LE SECHAGE ET LA STABILISATION DE BOUES ET PROCEDE MIS EN OEUVRE PAR LADITE INSTALLATION. La présente invention concerne une installation pour le séchage et la stabilisation de boues. De telles installations sont mises en oeuvre pour le traitement de boues provenant de stations d'épuration, ou pour le traitement de résidus organiques fermentescibles contenant beaucoup d'eau, tels que des lisiers ou des résidus d'élevage. Dans les stations d'épuration biologique, les boues proviennent des procédés de traitement des eaux, en vue de l'élimination de la pollution organique dissoute des effluents. Les stations d'épuration, d'une capacité correspondant à 10000 équivalents-habitants, disposent habituellement de moyens de pressage mécanique, pour augmenter le taux de matière sèche dans les boues, jusqu'à ce qu'il atteigne 20 à 30 %. Après pressage mécanique, on procède dans l'art ~ antérieur à un séchage des boues par autofermentation en phase solide et aérobie, dans une installation décrite dans la demande de brevet français n0 87 OS 860 du demandeur. Cette installation comporte: - une première enceinte de réaction comportant une arrivée d'air chaud et sec - une seconde cuve de réaction comportant une arrivée d'air chaud dans la partie inférieure et une évacuation de gaz de fermentation dans la partie supérieure, ainsi qu'un mélangeur pour homogénéiser les matériaux introduits dans ladite cuve ; - un échangeur de chaleur assurant le réchauffage de l'air chaud introduit dans les cuves de réaction, grâce aux gaz de fermentation provenant de la première cuve de réaction. Une telle installation présente toutefois certains inconvénients. Tout d'abord, le fonctionnement d'une telle installation implique un mélange initial de boues à traiter et de boues recyclées sèches en proportion telles que le mélange soit réalisé à 50 % de matière sèche. De ce fait, la quantité de matière recyclée est importante et réduit le rendement de l'installation. Par ailleurs, ce rendement faible implique la réalisation de cuves de grande dimension. Les hauteurs de bou-es traversées par l'air chaud sont de ce fait importantes, et conduisent à une consommation électrique élevée. Pour remédier à ces inconvénients et pour proposer une installation de séchage et de fermentation des boues de meilleur rendement, d'un coût de fabrication moindre, la présente invention concerne plus particulièrement une installation caractérisée en ce que la première enceinte de réaction est constituée par N cuves de pré-fermentation comportant chacune au moins une arrivée d'air chaud dans la partie supérieure et une extraction d'air et d'eau dans la partie inférieure, la contenance de chacune desdites cuves de pré-fermentation étant sensiblement égale à 1/N fois le volume de la seconde cuve de réaction, N étant un nombre entier compris entre 2 et 10. L'installation comporte au minimum une cuve de pré-fermentation par jour de travail de l'appareil de pressage mécanique au cours d'une semaine. Si l'appareil de pressage mécanique travaille 3 jours par semaines, l'installation comportera au moins 3 cuves de pré-fermentation. Si la siccité des boues sortant de l'appareil de pressage est faible, ou si la station d'épuration équipée de l'installation selon l'invention est importante, le nombre de cuves de pré-fermentation sera supérieur au nombre minimum susmentionné. La deuxième cuve comporte un premier système d'aération inversé par rapport à celui des cuves de préfermentation, soit une arrivée d'air chaud dans la partie inférieur de la cuve et une extraction d'air dans la partie supérieure de la cuve, ainsi qu'un second système d'aération constitué par une arrivée d'air chaud et sec dans la moitié supérieure et une évacuation de gaz de fermentation dans la moitié inférieure. Les flux d'air correspondant à ces deux systèmes d'aération sont entrecroisés. Une cuve de pré-fermentation différente est mise en route chaque jour. Les boues d'une siccité d'environ 25 % provenant de l'appareil de pressage équipant par exemple la station d'épuration sont ensemencées par mélange à des boues recyclées, d'une siccité d'environ 80 à 90 % dans des proportions de 90 % / 10 % environ. L'air chaud est insufflé dans ladite cuve de pré-fermentation de haut en bas. Progressivement, la boue entre en fermentation et la température s'élève. L'air traversant la cuve entraîne de l'humidité, si bien que lorsque la boue sera transférée après quelques jours dans la seconde cuve, elle sera chaude et aura perdu une partie de son humidité. Les quantités de boues dans chacune des cuves de pré-fermentation sont réduites et permettent un traitement optimal, en raison de la multiplication des cuves de pré-fermentation. Selon un mode de réalisation avantageux, le nombre de cuves de pré-fermentation correspond sensiblement au nombre hebdomadaire de jours d'utilisation de l'installation. De préférence, la seconde cuve de réaction est constituée par une enceinte réalisée en un matériau isolé thermiquement, munie d'une vis d'extraction disposée dans la partie inférieure, ladite enceinte étant fermée à sa partie inférieure par un double-fond disposé sous la vis d'extraction, ledit double-fond étant constitué par un fond étanche et par une toile filtrante, des moyens d'injection d'air chaud et sec étant prévus entre le fond étanche et la toile filtrante. Avantageusement, l'espace compris entre le fond étanche et la toile filtrante est divisé en une pluralité de secteurs alimentés chacun par une arrivée d'air indépendante. Chacun des secteurs est relié au circuit d'air chaud et sec par une vanne commandée de façon indépendante, chacun des secteurs comportant en outre, un moyen de mesure de la pression d'air. De préférence, la seconde cuve présente à une hauteur supérieure aux 60 % de la hauteur totale, une pluralité de poutres horizontales transversales de section en forme de V renversé, présentant sur les surfaces inférieures des sorties d'air, reliées à une alimentation en air sec et chaud. La seconde cuve présente à une hauteur comprise entre 30 % et 60 % de la hauteur totale, des poutres transversales de section en forme de V renversé, présentant sur les surfaces inférieures, des orifices reliés à des moyens d'extraction des gaz de fermentation. L'invention concerne également un procédé de stabilisation et de séchage des boues, comportant les étapes suivantes: - introduction d'un mélange de boues pressées d'une siccité d'environ 25 % et de boues sèches dans un premier moyen de réaction comportant une arrivée d'air chaud et sec insufflation d'air chaud pendant la fermentation dans ladite première enceinte de réaction - extraction de la boue fermentée lorsque le degré de siccité atteint une valeur prédéterminée - introduction de boue séchée dans une seconde cuve de réaction comportant une arrivée d'air chaud dans la partie inférieure et une évacuation de gaz de fermentation dans la partie supérieure - extraction de la boue séchée lorsque son degré de siccité atteint une valeur prédéterminée - insufflation d'air chaud dans la partie supérieure du premier moyen de réaction. De préférence, les boues provenant de la première enceinte de réaction sont mélangées et complétées avec des boues séchées provenant de la seconde cuve de réaction, pour atteindre un degré de siccité d'environ 40 % avant introduction dans la partie supérieure de la seconde cuve de réaction. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux dessins où: - la figure 1 représente une vue schématique d'une installation conforme à l'invention. L'installation comporte une pluralité de cuves de pré-fermentation (1 à 5) ainsi qu'une cuve principale (6). La contenance de chacune des cinq cuves de pré-fermentation (1 à 5) correspond sensiblement à un cinquième de la contenance de la cuve principale (6). Le chargement d'une cuve de pré-fermentation (1) s'effectue à l'aide d'un mélangeur (7) alimenté par des boues provenant d'une presse mécanique, complétée par des boues séchées provenant de la cuve principale (6). La proportion des boues recyclées additionnées aux boues à faible degré de siccité est d'environ 10 %. Il est également possible d'alimenter les cuves de pré-fermentation (1 à 5) en continu, et d'apporter les boues séchées à intervalles réguliers. Lorsque la cuve de pré-fermentation (1) est chargée, elle est refermée et raccordée à un conduit (8) d'arrivée d'air chaud, ainsi qu'à un conduit (9) d'extraction des gaz de fermentation. L'alimentation en air chaud s'effectue par la partie supérieure de la cuve de pré-fermentation (1), et l'extraction des gaz de fermentation par la partie inférieure. L'alimentation par air chaud est réglée par des vannes (50 à 54). Progressivement, la boue entre en fermentation et la température s s'élève. L'air qui traverse la cuve de pré-fermentation entraîne de l'humidité. Après plusieurs jours, la boue destinée à être transférée dans la cuve principale (6) sera chaude et son degré de siccité aura fortement augmenté. Les boues provenant des cuves de préfermentation, dont le chargement est le plus ancien, sont transférées dans la cuve principale (6) par gravité, après passage dans un mélangeur (10) permettant éventuellement une adjonction de boues séchées pour ajuster le degré de siccité. Pour des installations de faible capacité, le mélangeur (10) et le mélangeur (7) peuvent être constitués par un dispositif unique à plusieurs sorties. Les boues introduites dans la cuve (6) sont chaudes et évitent ainsi le refroidissement du contenu de la cuve et le ralentissement des réactions biologiques en cours. La cuve de réaction (6) est constituée par une enceinte de forme quelconque, par exemple cylindrique, dont le corps est constitué par un matériau isolant thermiquement, pour éviter le passage d'air préférentiel qui se produirait le long des surfaces intérieures en raison d'un décollement des boues, dû à des parois chaudes. La cuve de réaction (6) est posée sur des jauges de contrainte, délivrant un signal électrique permettant un suivi du bilan massique. La partie inférieure de la cuve de réaction (6) présente un double fond. Au dessus du fond (11) de la cuve, se trouve une toile filtrante (12) recouverte par une couche de sable (13). Une vis d'extraction (14) à double mouvement permet de retirer les boues séchées en fin de cycle. Une première alimentation en air chaud s'effectue par le fond de la cuve, par des arrivées d'air (15). L'arrivée d'air à une température d'environ 70 à 110 C environ est reliée à un répartiteur (16) par l'intermédiaire d'une vanne (17) permettant d'ajuster le débit d'air. Le répartiteur alimente une pluralité de secteurs concentriques de surface sensiblement identiques, délimités par des cloisons. Des vannes toutou-rien (18 à 22) sont prévues entre le répartiteur (16) et chacun des secteurs. Un manomètre de contrôle est installé dans chacun des secteurs et permet l'asservissement des vannes (18 à 22), afin d'ajuster l'aération en fonction de la qualité du séchage de la boue dans le secteur correspondant. Une deuxième veine d'air chaud (23) comportant une vanne (24), alimente la partie supérieure de la cuve de réaction (6) et l'ensemble des cuves de pré-fermentation (1 à 5). Le conduit d'air chaud aboutit à une grille formée par une série de poutres (25) transversales en forme de V, la base des poutres étant dirigée vers le bas et présentant des orifices pour la sortie de l'air chaud. L'extraction des gaz de fermentation s'effectue d'une part par un conduit (26) raccordé à la partie supérieure de la cuve de réaction (6), et d'autre part, par un conduit (27) aboutissant à la moitié inférieure de la cuve (6), par l'intermédiaire d'une série de poutres en V (28). Le conduit (26) aboutit à la conduite générale d'extraction des gaz de fermentation (9) . le conduit (27) aboutit à l'échangeur de chaleur (31) qu'il alimente en énergie à récupérer. Les boues séchées sont extraites de la cuve (6) à un degré de siccité d'environ 80 à 90 %, sont éventuellement homogénéisées dans un mélangeur (30) et sont en partie recyclées pour l'ensemencement des boues à faible degré de siccité introduites dans l'une des cuves de pré-fermentation ou pour ajuster le degré de siccité des boues provenant d'une des cuves de pré-fermentation, avant introduction dans la cuve de réaction (6), ou qui sont évacuées hors de la station d'épuration. Le mélangeur (30) peut être remplacé par un mélangeur à plusieurs sortie remplaçant également le mélangeur (7), dans le cas d'installations de faible capacité. Les gaz de fermentation à température élevée sont utilisés par un échangeur de chaleur (31) pour la mise en température de l'air chaud et sec utilisé par les cuves de l'installation, et qui alimente les différents conduits d'air chaud après passage dans un surpresseur (55). Les gaz de fermentation issus de l'échangeur de chaleur (31) sont aspirés et condensés par une pompe à anneau liquide (32) puis aboutissent à la conduite générale d'extraction des gaz de fermentation (9). Les gaz de fermentation sont aspirés sur la conduite générale d'extraction des gaz de fermentation (9) par un ventilateur d'exhaure et sont refoulés sous un tas de compost en fermentation, afin de lutter biologiquement contre les mauvaises odeurs. Les différentes vannes sont commandées par un calculateur recevant des signaux de pression, d'humidité et de débit d'air provenant des capteurs disposés dans les différents composants de l'installation, ainsi que des signaux d'horloge. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple non limitatif. Il est bien entendu que l'Homme du Métier sera à même de réaliser de nombreuses variantes. REVENDICATIONS 1 - Installation pour le séchage et la stabilisation de boues comportant - une première enceinte de réaction comportant une arrivée d'air chaud et sec en haut de la cuve et un départ d'air humide en bas de la cuve - une seconde cuve de réaction (6) comportant une arrivée d'air chaud dans la partie inférieure et une évacuation de gaz de fermentation dans la partie s-upérieure, - un mélangeur pour homogénéiser les matériaux introduits dans ladite cuve - un échangeur de chaleur assurant le réchauffage de l'air chaud introduit dans les cuves de réaction grâce aux gaz de fermentation provenant de la deuxième cuve de réaction, caractérisé en ce que ladite première enceinte de réaction est constituée par N cuves de préfermentation comportant chacune au moins une arrivée d'air chaud dans la partie supérieure et une extraction d'air dans la partie inférieure, la contenance de chacune desdites cuves de pré-fermentation étant sensiblement égale à 1/N fois le volume de la seconde cuve de réaction (6), N étant un nombre entier compris entre 2 et 10, la deuxième cuve de réaction (6) comportant en outre une arrivée d'air chaud et sec dans la moitié supérieure et une évacuation de gaz de fermentation dans la moitié inférieure. 2 - Installation pour le séchage et la stabilisation de boues selon la revendication 1, caractérisée en ce que le nombre de cuves de pré fermentation correspond sensiblement au nombre hebdomadaire de jours d'utilisation de l'installation. 3 - Installation pour le séchage et la stabilisation de boues selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la seconde cuve de réaction (6) est constituée par une enceinte réalisée en un matériau isolé thermiquement, munie d'une vis d'extraction disposée dans la partie inférieure, ladite enceinte étant fermée à sa partie inférieure par un double-fond disposé sous la vis d'extraction (14), ledit double-fond étant constitué par un fond étanche et par une toile filtrante, des moyens d'injection d'air chaud et sec étant prévus entre le fond étanche et la toile filtrante. 4 - Installation pour le séchage et la stabilisation de boues selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'espace compris entre le fond étanche et la toile filtrante est divisé en une pluralité de secteurs alimentés chacun par une arrivée d'air indépendante. 5 - Installation pour le séchage et la stabilisation de boues selon la revendication 4, caractérisée en ce que chacun des secteurs est relié au circuit d'air chaud et sec par une vanne commandée de façon indépendante, chacun des secteurs comportant en outre un moyen de mesure de la pression d'air. 6 - Installation pour le séchage et la stabilisation de boues selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la seconde cuve présente à une hauteur supérieure aux 60 % de la hauteur totale, une pluralité de poutres horizontales transversales de section en forme de V renversé, présentant sur les surfaces inférieures des sorties d'air, reliées à une alimentation en air sec et chaud. 7 - Installation pour le séchage et la stabilisation de boues selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la seconde cuve présente à une hauteur comprise entre 30 et 60 % de la hauteur totale des poutres transversales de section en forme de V renversés, présentant sur les surfaces inférieures des orifices reliés à des moyens d'extraction des gaz de fermentation. 8 - Installation pour le séchage et la stabilisation de boues selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la seconde cuve de réaction (6) repose sur des moyens de pesée. 9 - Procédé de stabilisation et de séchage des boues comportant les étapes suivantes: - introduction d'un mélange de boues pressées d'une siccité d'environ 25 % et de boues sèches dans un premier moyen de réaction, comportant une arrivée d'air chaud et sec et une sortie de gaz chauds et saturés d'humidité - insufflation d'air chaud pendant la fermentation dans ladite première enceinte de réaction - extraction de la boue fermentée lorsque le degré de siccité atteint une valeur prédéterminée - introduction dans une seconde cuve de réaction (6) comportant une arrivée d'air chaud dans la partie inférieure et une évacuation de gaz de fermentation dans la partie supérieure, c'est-à-dire dans le sens inverse de l'insufflation utilisé dans la première enceinte - extraction de la boue séchée lorsque son degré de siccité atteint une valeur prédéterminée caractérisé en ce que l'on insuffle de l'air chaud dans la partie supérieure du premier moyen de réaction et en ce que le mélange introduit dans le premier moyen de réaction comporte environ 10 e de boues provenant de la seconde cuve de réaction (6) et environ 90 % de boues pressée d'un degré de siccité d'environ 25 %. 10 - Procédé de stabilisation et de séchage des boues selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les boues provenant de la première enceinte de réaction sont mélangées et complétées avec des boues séchées provenant de la seconde cuve de réaction pour atteindre un degré de siccité d'environ 40 % avant introduction dans la partie supérieure de la seconde cuve de réaction.