Brevet FR2779975A1 — publié le 19991224

La présente invention concerne un procédé de séchage et de granulation de boues provenant notamment de stations d'épuration d'eaux résiduaires. On connaît bien la technique du séchage thermique des boues provenant des stations d'épuration d'eaux résiduaires: il existe différentes technologies permettant d'obtenir un produit fini dont la siccité finale est égale ou supérieure à 85 %. Les boues séchées ont des destinations variables en fonction de leurs propriétés et de leur lieu de provenance. Ces destinations finales sont généralement: une réutilisation en agriculture, la mise en décharge et la valorisation énergétique par incinération classique, gazéification ou oxydation par voie humide. Ainsi qu'on le sait, chaque filière de destination présente ses propres contraintes. L'une de ces contraintes demeure cependant constante, il s'agit de la granulométrie qui influence les conditions de manutention et de stockage des produits organiques séchés. Il importe en effet que ces produits séchés présentent un profil granulométrique adapté à leur utilisation et notamment qu'ils puissent être considérés comme dépourvus de poussières. Or, les boues issues des stations de traitement d'eaux résiduaires présentent des compositions et des structures qui dépendent à la fois des zones d'habitation, du mode de vie dans ces dernières et des principes retenus pour le traitement des eaux résiduaires. C'est la raison pour laquelle les boues séchées thermiquement se présentent sous des formes hétéroclites qui dépendent de leurs caractéristiques initiales et des techniques qui sont mises en oeuvre pour réaliser leur séchage. Ces formes peuvent aller d'une poudre intégrale à un mélange constitué de fines particules et de produits partiellement granulés. D'une manière générale, la matière brute sortant d'une installation de séchage de boues ne présente pas les caractéristiques suffisantes pour une valorisation immédiate. Il est donc nécessaire de lui faire subir un post-traitement afin de mettre en forme le mélange hétérogène provenant de l'installation de séchage. 2 2779975 A l'heure actuelle, ce post-traitement consiste soit en une recirculation intensive des produits fins en tête de l'installation de séchage, ce qui nécessite un mélange intime avec les boues à sécher, soit en une mise en place d'une unité de pelletisation ou de briquettage, ce qui augmente les coûts de l'installation et les prix de revient des produits séchés finalement obtenus. La présente invention se propose d'apporter une solution aux problèmes du séchage des boues ne présentant pas les inconvénients des solutions connues rappelées ci-dessus et permettant d'obtenir des produits secs granulés qui sont particulièrement aptes aux diverses valorisations finales des boues séchées. 0o L'idée à la base de l'invention est de mettre en oeuvre un nouveau mode de granulation appliqué aux boues. On connaît en effet le pouvoir agglomérant de certaines substances. Ces techniques sont appliquées notamment dans l'industrie agro-alimentaire et dans l'industrie minérale. La présente invention se propose d'appliquer ces technologies à la mise en forme des boues séchées afin de permettre le calibrage de celles-ci et d'assurer leur écoulement sans poussières dans toutes les filières de valorisation qui ont été mentionnées cidessus. En conséquence, cette invention concerne un procédé de séchage et de granulation des boues provenant notamment de stations d'épuration d'eaux résiduaires caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à: a) sécher thermiquement les boues jusqu'à l'obtention d'une siccité comprise entre 90 et 95% environ; b) refroidir les boues séchées c) tamiser les boues séchées refroidies de manière à obtenir notamment une fraction granulométrique inférieure à 2 mm environ, dénommée fine, d) mettre en contact lesdites fines avec un mélange constitué d'eau et d'un agent liant de manière à agglomérer lesdites fines par réaction physico-chimique, et à produire des granulés et; e) réintroduire les fines ainsi granulées dans l'étape de séchage dans des conditions permettant de réaliser leur grossissement et leur durcissement. Ainsi qu'on le comprend, le procédé objet de la présente invention associe au séchage des boues, une boucle de granulation avec adjonction d'agents liants dans la partie des boues séchées constituée des fines particules, les granulés ainsi obtenus étant ensuite réintroduits en fin de zone de séchage afin de les faire grossir 3 2779975 et de les cuire pour leur conférer un durcissement adapté a la manutention, au stockage et à la valorisation finale. Selon la présente invention, ledit agent liant est ajouté soit en solution aqueuse, soit en tant que matériau solide avec de l'eau d'appoint ajoutée indépendamment. Selon une autre caractéristique de la présente invention, la proportion d'eau ajoutée est comprise entre environ 300 et 400 litres par tonne de fines et la proportion d'agent liant est comprise entre environ 25 et 50 kilos de matières sèches d'agent liant par tonne de fines. io Selon une autre caractéristique de la présent3 invention, ledit agent liant est choisi dans le groupe comprenant les lignosulfonates et leurs dérivés de type ammonium ou calcium, l'amidon et ses dérivés, la mélasse de canne à sucre, les dérivés protéiques d'origine végétale, les sirops de glucose issus de l'industrie agro- alimentaire. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après en référence à la figure unique du dessin annexé qui illustre de façon schématique un exemple de réalisation, non limitatif, d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention. Comme on le voit sur la figure, cette installation comprend un système de séchage 1 alimenté en boues humides provenant par exemple d'une station d'épuration d'eaux résiduaires. Ce sécheur 1 peut être par exemple un sécheur indirect à pales, notamment du type " Naratherm " permettant de sécher thermiquement la boue jusqu'à un degré de siccité finale de 90 à 95%. A la sortie du sécheur 1, la boue séchée est soumise à une étape de refroidissement. Dans l'exemple illustré par la figure, ce refroidissement est effectué par une thermovis 2, du type bi-vis à pales et auge, permettant de ramener la température de la boue séchée à une valeur comprise entre 35 et 40 C. La boue séchée et refroidie sortant de l'étape de refroidissement est ensuite soumise à un tamisage. Dans l'exemple représenté sur le dessin, on utilise dans ce but un tamis vibrant horizontal 3 à mailles comprises entre 2 et 6 mm. On obtient ainsi une fraction granulométrique supérieure à 6 rnm qui est émottée et recirculée sur le tamis, une fraction granulométrique comprise entre 2 et 6 mm constituant le produit final qui est stocké et valorisé et une fraction granulométrique inférieure à 2 4 2779975 mm, désignée fines qui selon l'invention est soumise a un processus d'agglomération ou de granulation. Dans ce but, les fines sont reprises par exemple par un système de transfert à vis (non représenté sur le dessin), afin d'alimenter un moyen de granulation 4, tel que par exemple un mélangeur à soc ou une assiette de granulation. Lors de cette étape de granulation, les fines sont mises au contact d'un mélange constitué d'eau et d'un agent liant 5. On assure ainsi un contact intime, grâce à un temps de séjour adapté, entre les fines et ledit mélange, I'eau et l'agent liant devant être ajoutés dans des proportions strictes en relation avec la nature des boues traitées. Par exemple, pour des boues issues d'un traitement d'eaux résiduaires urbaines comprenant une décantation primaire et un bassin d'aération biologique avec digestion anaérobie des boues produites, les fines doivent être conditionnées avec 310 I d'eau par tonne de fines et 25 kg. de matières solides d'agent liant par tonne de fines. Ainsi qu'on l'a précisé ci-dessus, les agents liants utilisés dans le procédé selon l'invention peuvent être de différente nature. On peut utiliser par exemple, les lignosulfonates et leurs dérivés de type ammonium ou calcium, I'amidon et ses dérivés, la mélasse de canne à sucre, les dérivés protéiques d'origine végétale et les sirops de glucose issus de l'industrie agro-alimentaire, cette énumération n'étant nullement exhaustive. Après granulation des fines réalisée dans le granulateur 4, ces dernières sont réintroduites dans le sécheur 1 afin d'effectuer leur grossissement et leur durcissement. On peut utiliser dans ce but, un système d'alimentation à vis 6 comme illustré sur la figure. Selon la présente invention, la réintroduction dans le sécheur 1 s'effectue juste à la fin de la présence de la phase plastique dans ce sécheur. A cet endroit existe un mélange intime entre les granulés issus de l'étape de granulation et les fines formées par la décompression de la phase plastique des boues séchées, lesdites fines permettant de réaliser le grossissement des granulés réintroduits par le système d'alimentation 6. Selon la présente invention, la température du sécheur 1 ainsi que le temps de séjour résiduel des granulés sont choisis de manière à assurer le durcissement et la cuisson des granulés, afin de les rendre aptes aux diverses valorisations finales des boues séchées. De préférence, selon la présente invention, la température du 2779975 produit dans le sécheur est comprise entre 100 et 110 C environ et le temps de séjour résiduel des granulés dans ce sécheur est de l'ordre de 45 a 90 minutes, voire davantage. Parmi les avantages apportés par le procédé objet de l'invention, vis à vis de la technique antérieure, on peut citer notamment les suivants: dans les procédés de séchage n'autorisant pas la présence de la phase plastique à l'intérieur du système de séchage, il faut réaliser une recirculation intensive des produits fins en tête de ce système pour mélanger les produits séchés avec la boue brute afin de recréer une siccité artificielle d'alimentation se situant au io delà de la zone de formation de la phase plastique. Ces procédés sont de ce fait très critiques et ils ne peuvent garantir en toutes circonstances des conditions de sécurité d'exploitation (risques d'explosion, de feux), inconvénients qui n'existent pas dans la mise en oeuvre du procédé, objet de l'invention; - dans les autres procédés connus de séchage des boues, il est nécessaire de prévoir une unité de pelletisation ou de briquettage à la sortie du système de séchage, ce qui se traduit par une augmentation des frais d'investissement et des coûts d'exploitation résultant d'une consommation d'énergie accrue et surtout de l'usure importante provoquée par le briquettage et i extrusion. Le procédé objet de l'invention ne présente pas bien entendu ces inconvénients étant donné qu'ils permettent de supprimer les moyens de briquettage ou de pelletisation. Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de mise en oeuvre décrits et/ou représentés ici mais qu'elle en englobe toutes les variantes qui entrent dans le cadre des revendications annexées. 6 2779975 REVENDICATIONS 1 - Procédé de séchage et de granulation de boues provenant notamment de stations d'épuration d'eaux résiduaires caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à: a) sécher thermiquement lesdites boues jusqu'à l'obtention d'une siccité comprise entre 90 et 95% environ; b) refroidir les boues séchées; c) tamiser les boues séchées refroidies de manière à obtenir notamment une 0o fraction granulométrique inférieure à 2 mm environ, dénommée fines; d) mettre en contact lesdites fines avec un mélange constitué d'eau et d'un agent liant de manière à agglomérer par réaction physico-chimique lesdites fines, et à produire des granulés et, e) réintroduire les fines ainsi granulées dans l'étape de séchage dans des conditions permettant de réaliser leur grossissement et leur durcissement. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit agent liant est choisi dans le groupe comprenant les lignosulfonates et leurs dérivés de type ammonium ou calcium, I'amidon et ses dérivés, la mélasse de canne à sucre, les dérivés protéiques d'origine végétale, les sirops de glucose issus de l'industrie agro- alimentaire. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit agent liant est ajouté en solution aqueuse. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit agent liant est ajouté en tant que matériau solide avec de l'eau d'appoint ajoutée indépendamment. - Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que la proportion d'eau ajoutée est comprise entre 300 et 400 I/t. de fines et la proportion d'agent liant est comprise entre 25 et 50 kg de matières sèches d'agent liant par tonne de fines. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la réintroduction des granulés dans l'étape de séchage est effectuée lors de la décompression à la fin de la phase plastique de ladite étape, afin de permettre le grossissement et le durcissement des granulés réintroduits. 7 2779975 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la température durant l'étape de séchage est comprise entre et 110 C environ et le temps de séjour résiduel des granulés dans cette étape est de l'ordre de 45 a 90 minutes.