Brevet FR2737486A1 — publié le 19970207

Procédé et installation pour le traitement de boues. L'invention concerne le domaine de l'élimination des boues, notamment les boues du type issues de processus industriels ou de stations d'épuration d'eaux usées ou de stations de production d'eau potable. Les boues, et notamment celles issues des ateliers de déshydratation des stations de traitement d'eaux usées, ont généralement une teneur non négligeable en matières organiques difficilement biodégradables. Elles constituent donc une nuisance pour l'environnement, qu'il convient d'éliminer. De plus, du fait du nombre croissant d'installations d'épuration des eaux, il existe une quantité de plus en plus grande de boues à traiter. En France, la quantité de boues produite par les stations dépuration est d'environ un million de tonnes de matières sèches par an. Environ la moitié de ces boues est valorisée dans le domaine agricole tandis que 35 % sont stockés dans les décharges. Consécutivement à la mise en place de nouvelles normes auxquelles doivent répondre les eaux épurées la production des boues d'épurations est de plus en plus importante. Parallèlement, les dispositions réglementaires organisant le stockage et la valorisation agricole de celles-ci sont de plus en plus restrictives, compte-tenu du fait que de telles boues sont susceptibles de présenter des inconvénients pour l'environnement et la santé en raison de leur nature. Classio,uement, on a essentiellement tenté de traiter séparément les boues, indépendamment du processus de traitement des effluents. Ce traitement peut consister notamment en une aération prolongée, une digestion anaérobie, une stabilisation aérobie, ou un compostage. La dernière solution connue d'élimination des boues est toutefois l'incinération, qui aboutit à des déchets purement minéraux. Cette solution semble être celle qui se développe le plus actuellement. Afin de diminuer les coûts d'incinération de telles boues, cette opération est si possible effectuée dans un incinérateur à l'origine destiné à un autre usage comme l'incinération d'ordures ménagères, lorsqu'un tel incinérateur existe. L'un des principaux problèmes posé par l'incinération des boues résulte du fait que leur nature n'autorise généralement pas leur autocombustion. Il est donc nécessaire de leur faire subir un traitement préalable pour augmenter leur siccité. Cette opération est classiquement effectuée par centrifugation. Le but d'une telle opération est d'obtenir, à l'issue de l'étape de centrifugation un gâteau (boues déshydratées) le plus sec possible et un centrat le moins chargé possible en matière organique traduisant un "taux de capture" élevé. D'une manière générale, que ce soit dans le but d'incinérer ou non les boues il est de toute façon intéressant d'obtenir un gâteau le plus sec possible. Afin d'améliorer la siccité du gâteau, il est connu d'utiliser des polymères lors de ladite étape de centrifugation. Toutefois, un tel ajout de polymère ne suffit pas toujours à obtenir le but recherché, à savoir une siccité suffisante du gâteau pour permettre l'autocombustion de celui-ci lors de l'étape d'incinération. I1 a donc également été proposé dans l'état de la technique de réchauffer les boues avant de les centrifuger. Un tel réchauffage permet en effet de diminuer la viscosité des boues et ainsi d'améliorer la séparation liquide-solide lors de la centrifugation. La technique de l'art antérieur mettant en oeuvre un tel réchauffage de boues consiste à faire passer les boues dans une cuve munie de disques chauffés. Une telle technique présente de nombreux inconvénients. En premier lieu, les boues doivent être pompées dans la cuve munie de disques chauffants et y séjourner un temps suffisant pour permettre leur réchauffage. Ensuite, elle doivent de nouveau être pompées pour être amenées vers l'unité de centrifugation précédant l'incinération. Une telle rupture du pompage constitue un inconvénient puisqu'elle nécessite un apport d'énergie supplémentaire et conduit donc à une augmentation des coûts de traitement. Par ailleurs, une telle cuve présente un volume relativement important ce qui augmente de façon non négligeable l'emprise de l'installation. Or, il est naturellement souhaitable de disposer d'installations les plus compactes possibles. L'objectif de l'invention est de proposer un procédé de traitement de boues incluant un réchauffage des boues avant centrifugation ne présentant pas les inconvénients de la technique mentionnée ci-dessus. En particulier, un objectif de l'invention est de proposer un tel procédé permettant un réchauffage des boues avant centrifugation sans rupture de pompage de celles-ci vers L'unité de centrifugation. Egalement un objectif de l'invention est de décrire un tel procédé pouvant être mise en oeuvre dans un espace réduit. Encore un objectif de l'invention est de présenter un tel procédé n'engendrant pas une diminution du taux de capture lors de l'étape de centrifugation, et permettant dans la plupart des cas une augmentation intéressante de ce taux de capture. Enfin, un objectif de l'invention est aussi de proposer une installation pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Ces différents objectifs, ainsi que d'autres qui apparaitront par la suite sont atteints grâce à l'invention qui concerne un procédé de traitement de boues incluant une étape préliminaire consistant à réchauffer lesdites boues suivie d'une étape de centrifugation desdites boues réchauffées, caractérisé en ce que ladite étape préliminaire est réalisée par injection en ligne de vapeur d'eau directement dans lesdites boues sans rupture de pompage de celles-ci, ladite étape préliminaire permettant d'augmenter le taux de siccité dudit gâteau. Préférentiellement le procédé selon l'invenition comprend une étape d'incinération du gâteau issu de ladite étape de centrifugation. L'étape préliminaire de chauffage des boues permet ainsi d'autoriser l'autocombustion du gâteau lors de ladite étape d'incinération. L'invention propose donc de réchauffer les boues avant centrifugation en introduisant directement dans celles-ci de la vapeur d'eau. Une telle approche pour le réchauffage des boues est nouvelle et originale en ce sens qu'il n'était pas évident, pour l'homme du métier, d'injecter de la vapeur d'eau dans des boues destinées ensuite à être déshydratées tout en espérant une amélioration de cette déshydratation. De plus, l'homme du métier est de toute façon peut enclin à mélanger vapeur d'eau et boue puisque, selon ses connaissances générales, I'absence d'homogénéité d'un tel mélange était susceptible de conduire à des problèmes divers tels que notamment des problèmes de corrosion. Par ailleurs, il a été constaté que d'une façon surprenante, la mise en oeuvre d'une injection de vapeur directement dans les boues permettait non seulement d'augmenter la siccité des boues déshydratées par centrifugation mais également d'améliorer le taux de capture du centrat provenant de cette centrifugation, c'est-à-dire de diminuer le taux de matières sèches de ce centrat, et donc de rendre plus aisé son traitement ultérieur. Préférentiellement, ladite étape préliminaire est effectuée de façon à réchauffer lesdites boues à une température inférieure ou égale à environ 60"C, encore plus préférentiellement inférieure à 50"C. En tout état de cause, le chauffage des boues sera effectué de façon à éviter l'hydrolyse de ces boues qui conduirait à une impossibilité de les déshydrater efficacement lors de l'étape de centrifugation. Egalement préférentiellement, ladite étape de centrifugation est effectuée en présence d'au moins un polymère anionique. I1 a en effet été constaté une synergie entre l'ajout d'un tel polymère et le traitement à la vapeur d'eau permettant d'accroitre encore la siccité des boues et le taux de capture. Avantageusement, la vapeur d'eau utilisée lors de ladite étape préliminaire est produite au moins en partie en utilisant la chaleur des fumées provenant de ladite étape d'incinération. Ainsi, le procédé selon l'invention présentera un coût de mise en oeuvre réduit. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre d'un tel procédé, ladite installation comprenant des moyens de centrifugation desdites boues caractérisée en ce qu'elle comprend, en amont desdits moyens de centrifugation, des moyens d'injection en ligne de vapeur d'eau directement dans lesdites boues. Préférentiellement, lesdits moyens d'injection en ligne de vapeur d'eau comprennent un éjecteur installé sur la canalisation d'amenée desdites boues vers lesdits moyens de centrifugation. Préférentiellement, I'installation comprend au moins un four d'incinération du gâteau obtenu à la sortie desdits moyens de centrifugation. Selon une variante intéressante, ledit four d'incinération est un four également utilisé pour incinérer d'autres déchets. Un tel four d'incinération pourra être par exemple constitué par un incinérateur d'ordures ménagères. Avantageusement, ladite installation comprend des moyens de récupération de la chaleur produite par lesdites fumées provenant du four d'incinération et des moyens d'amenée d'eau pour produire au moins une partie de la vapeur d'eau nécessaire au réchauffage des boues. Préférentiellement l'installation inclut des moyens de mesure de la température desdites boues auxquels sont asservis lesdits moyens d'injection en ligne de vapeur d'eau. La température de réchauffage des boues pourra ainsi être optimisée de façon à observer une siccité suffisante des boues pour permettre leur autocombustion lors de l'étape d'incinération tout en injectant le minimum de vapeur d'eau dans lesdites boues. L'invention, ainsi que les différents avantages qu'elle présente, seront plus facilement compris grâce à la description qui va suivre d'un mode non limitatif de réalisation, en références aux dessins dans lesquels - la figure 1 représente de façon schématique une installation pour l'incinération de boues conforme à la présente invention; - la figure 2 est un graphique traduisant l'influence du procédé sur la siccité du gâteau obtenu à la sortie des moyens de centrifugation de l'installation représentée à la figure 1, lors d'une première série d'essais - la figure 3 est un graphique traduisant l'influence du procédé sur la siccité du gâteau et sur le taux de capture du centrat obtenus à la sortie des moyens de centrifugation de l'installation représentée à la figure 1, lors d'une seconde série d'essais. En référence à la figure 1, l'installation comprend essentiellement des moyens de centrifugation 1, des moyens d'incinération 2 et des moyens 3 d'injection de vapeur directement dans les boues amenées vers les moyens de centrifugation 1. Plus précisément, les boues épaissies à incinérer sont pompées grâce à une pompe 9 par une canalisation 10 alimentant les moyens de centrifugation 1. Les moyens 3 d'injection de vapeur d'eau sont constitués par un injecteur 4 directement installé sur la canalisation 10, cet injecteur permettant de réchauffer en continu les boues transitant dans la canalisation 10. Les boues réchauffées arrivent ensuite au niveau des moyens de centrifugation où elles sont additionnées d'un polymère anionique distribué grâce à une unité de distribution 11 spécialement prévue à cet effet. A la sortie des moyens de centrifugation 1, le centrat est évacué en 12 vers une unité de traitement (non représentée) tandis que les boues déshydratées (gâteau) sont envoyées dans un réservoir tampon 14 par une canalisation 13. A leur sortie du bassin tampon les boues déshydratées sont dirigées par une canalisation 16 vers un four mixte 5 où elles sont incinérées. Les cendres résultant de cette incinération sont évacuées en 17. Les fumées provenant du four sont dirigées vers une unité de préchauffage d'air 15 munie d'une arrivée d'air 18. Une partie de l'air préchauffé est renvoyée vers le four 5 par une canalisation 19 tandis qu'une autre partie est utilisée pour produire de la vapeur d'eau grâce à des moyens 6 de récupération de la chaleur par ailleurs pourvus de moyens d'amenée d'eau 7. La vapeur produite grâce aux moyens 6 est acheminée jusqu'aux moyens 3 d'injection de vapeur par une canalisation 20. Enfin, on notera que des moyens 8 de mesure de la température des boues sont branchés sur la canalisation 10, à l'entrée des moyens de centrifugation. Ces moyens de mesure permettent, en fonction de la température des boues préchauffées, d'agir sur une vanne 21 pour doser la quantité de vapeur d'eau injectée par l'injecteur 4. L'installation représentée à la figure 1 a été testée de façon à étudier l'influence de la température de réchauffage des boues sur la siccité des boues déshydratées obtenues à la sortie des moyens de centrifugation 1 et l'influence de cette même température sur le taux de capture du centrat également obtenu à la sortie de ces moyens de centrifugation. Les résultats obtenus sont montrés à la figure 2 et à la figure 3. Dans une première série d'essais la centrifugation a été effectuée en présence d'un polymère anionique X. Les résultats obtenus sont montrés à la figure 1 sur la courbe A. Dans une seconde série d'essais la centrifugation a été effectuée en présence d'un autre polymère anionique Y. Les résultats obtenus sont montrés à la figure 1 sur la courbe B. Comme on peut le voir sur la courbe A, les boues présentaient dans la première série d'essais une température initiale correspondant à la température ambiante d'environ 22 "C et une siccité initiale relativement médiocre de 26,5 %. Dans le cadre de cette première série d'essai, il a été constaté que le réchauffage des boues par injection de vapeur permettait d'augmenter notablement ce taux de siccité, un pic étant observé pour une température de 40"C correspondant à un taux de siccité de presque 35 % permettant I'autocombustion des boues dans le four d'incinération. En référence à la figure B, le taux de siccité initial des boues était de 27,5 %. Dans ce cas également, il a été constaté que l'injection de vapeur dans les boues permettait d'améliorer de façon importante le taux de siccité des boues, celui-ci atteignant une valeur de 32 % pour un réchauffage à 50 "C. Dans une troisième série d'essais la centrifugation a été effectuée en présence de polymère Y et l'influence de la température de réchauffage sur la siccité des boues déshydratées et sur le taux de capture du centrat a été étudiée. Les résultats sont montrés à la figure 3. Comme on peut le voir sur la courbe C de la figure 3, les boues présentaient à la température ambiante (22"C) une siccité de 27 %. I1 a été de nouveau constaté que le réchauffage des boues permettaient d'améliorer cette siccité jusqu'à une valeur de 32 % correspondant à un réchauffage des boues à 50"C environ. Comme on peut le voir sur la courbe D, ce réchauffage à 50 "C a également permis d'améliorer le taux de capture qui, à la température ambiante n'était que de 98,40 %, jusqu'à une valeur de 99,65 %. L'installation décrite permet donc d'améliorer concomitamment la siccité du gâteau et le taux de capture du centrat obtenus à l'issue de la centrifugation Le mode de réalisation de l'invention ici décrit n'a pas pour objet de réduire la portée de l'invention. I1 pourra donc y être apporté de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de boues incluant une étape préliminaire consistant à réchauffer lesdites boues suivie d'une étape de centrifugation desdites boues réchauffées, caractérisé en ce que ladite étape préliminaire est réalisée par injection en ligne de vapeur d'eau directement dans lesdites boues sans rupture de pompage de celles-ci, ladite étape préliminaire permettant d'augmenter le taux de siccité dudit gâteau. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'incinération du gâteau issu de ladite étape de centrifugation. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ladite étape préliminaire est effectuée de façon à réchauffer lesdites boues à une température inférieure ou égale à environ 60"C. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que ladite étape préliminaire est effectuée de façon à réchauffer lesdites boues à une température inférieure ou égale à environ 50"C. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ladite étape de centrifugation est effectuée en présence d'au moins un polymère anionique. 6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que la vapeur d'eau utilisée lors de ladite étape préliminaire est produite au moins en partie en utilisant la chaleur des fumées provenant de ladite étape d'incinération. 7. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 6 comprenant des moyens de centrifugation 1 desdites boues caractérisée en ce qu'elle comprend, en amont desdits moyens de centrifugation 1, des moyens 3 d'injection en ligne de vapeur d'eau directement dans lesdites boues. 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que ledits moyens 3 d'injection en ligne de vapeur d'eau comprennent un éjecteur 4 installé sur la canalisation d'amenée desdites boues vers lesdits moyens de centrifugation 1. 9. Installation selon l'une des revendications 7 ou 8 caractériseé en ce qu'elle comprend au moins un four d'incinération 5 du gâteau obtenu à la sortie desdits moyens de centrifugation 1. 10. Installation selon la revendication 9 caractérisée en ce que ledit four 5 est un four également utilisé pour incinérer d'autres déchets. 11. Installation selon l'une des revendication 9 ou 10 caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens 6 de récupération de la chaleur produite par les fumées provenant des moyens d'incinération 2 et des moyens d'amenée d'eau 7 pour produire au moins une partie de la vapeur d'eau nécessaire au réchauffage des boues. 12. Installation selon l'une des revendications 7 à 1 1 caractérisée en ce qu'elle inclut des moyens de mesure 8 de la température desdites boues auxquels sont asservis lesdits moyens 3 d'injection en ligne de vapeur d'eau dans lesdites boues.