Brevet FR2786763A1 — publié le 20000609

Procédé et installation de traitement des boues provenant des installations d'épuration biologique des eaux. L'invention concerne le domaine du traitement biologique des effluents en vue de leur épuration, telles que notamment, mais non exclusivement les eaux usées urbaines ou industrielles. Plus précisément, l'invention concerne le traitement des boues issues du traitement biologique de ces effluents. De tels procédés de traitement biologique consistent à mettre en contact l'effluent à épurer avec une biomasse permettant de dégrader la pollution contenue dans celui-ci. La mise en oeuvre de tels traitements conduit à une augmentation progressive de la quantité de biomasse et à la nécessité d'évacuer la biomasse en excès. Cette biomasse en excès est ci-après désignée par les termes "boues en excès". Un des problèmes importants suscités par le traitement biologique des effluents est constitué par les quantités sans cesse croissantes de ces boues en excès. Diverses solutions techniques ont été imaginées pour réduire ces quantités. Parmi ces techniques, on peut notamment citer l'incinération, le séchage, l'oxydation par voie humide, le traitement chimique et biologique afin d'obtenir des produits valorisables en agriculture, la digestion c'est-à-dire essentiellement la méthanisation (ou digestion anaérobie mésophile) ou encore la stabilisation aérobie thermophile. Ces techniques permettent de réduire le volume des boues en excès en dégradant une partie des matières volatiles qu'elles contiennent jusqu'à des valeurs de 45 à 55 % de la valeur initiale des boues. Outre la réduction de ces matières volatiles, certains de ces procédés tels que la méthanisation ou la stabilisation aérobie thermophile permettent également de stabiliser et d'hygiéniser les boues en excès. Il a déjà été proposé dans l'état de la technique d'accroître l'efficacité de la digestion des boues en faisant subir à celles-ci une étape de traitement préliminaire. A titre de traitement préliminaire il a ainsi été proposé de faire subir auxdites boues un broyage mécanique en amont d'un digesteur anaérobie ou encore un traitement par ultra-sons. Ces traitements préliminaires permettent de réduire le temps de séjour des boues dans les digesteurs tout en maintenant une réduction des matières volatiles de la boue importante. Toutefois, de tels pré-traitements ne permettent pas de supprimer complètement la production de boue en excès. De plus, ils nécessitent la mise en oeuvre de dispositifs relativement coûteux. L'objectif de la présente invention est de proposer un procédé de traitement des boues en excès provenant du traitement biologique des effluents permettant le cas échéant de supprimer complètement la production de boues en excès. Ces différents objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui concerne un procédé de traitement des boues en excès provenant des installations d'épuration biologique d'effluents comprenant une étape de digestion, caractérisé en ce qu'il comprend un étape préliminaire d'oxydation par voie humide desdites boues en excès et une étape consistant à récuper au moins une partie des boues provenant de ladite étape de digestion pour leur faire subir une étape de séparation en une phase liquide et une phase solide, au moins une partie de ladite phase solide étant renvoyée vers ladite étape d'oxydation par voie humide. On notera que dans le cas de la présente description on entend le terme "digestion" comme visant tout procédé connu de l'homme de l'art de dégradation des boues par une biomasse qui réalise la dégradation des molécules organiques en méthane, en gaz carbonique et en NH3 et comme incluant notamment la méthanisation, menée en anaérobiose à une température d'environ 55 C et la stabilisation aérobie thermophile menée à une température d'environ 35 C. Le principe de l'invention consiste donc à faire subir aux boues à la fois un pré-traitement et un post-traitement d'oxydation par voie humide, c'est-à-dire un traitement d'oxydation à chaud et sous pression, cette OVH étant pratiqués à la fois en amont et en aval de l'étape de digestion. On s'est en effet aperçu que, de façon surprenante, un tel pré-post- fl TIIriT traitement des boues en excès par une oxydation en voie humide en combinaison avec une digestion biologique de celles-ci, permettait de réduire considérablement le volume des boues et pouvait même permettre, le cas échéant la suppression totale de ces boues. Un tel résultant constitue un avantage considérable par rapport à l'état de la technique. Le procédé selon l'invention permet de d'oxyder une quantité à peu près équivalente de boues à celle qui est générée lors de la phase de digestion des boues. Ce procédé propose de recirculer par l'unité d'oxydation par voie humide une quantité de biomasse supérieure ou égale à la quantité de boues en excès d'un procédé classique. Un tel traitement d'oxydation par voie humide inactive la quasi totalité des bactéries, et oxyde une partie de la matière organique qui est transformée en acides gras volatiles. L'oxydation par voie humide est un traitement bien connu de l'homme de l'art consistant à mettre en contact sous pression et à chaud un effluent et un gaz oxydant. Dans le cas de la présente invention, cette étape d'oxydation par voie humide sera préférentiellement effectuée à une température comprise entre 50 et 280 C, à une pression préférentiellement comprise entre 5 et 100 bar et pendant une durée comprise entre 10 mnn et 180 mn. Afin de renforcer encore l'efficacité de cette étape on pourra prévoir, également préférentiellement, un ajustement préalable du pH des boues, à une valeur pouvant varier, selon les cas, de 1 à 11. Toujours dans le but d'accroître l'efficacité de l'étape d'oxydation par voie humide dans le cadre du procédé selon l'invention, cette étape sera avantageusement effectuée avec un rapport oxydant / demande chimique en oxygène (DCO) des boues non traitées compris en 0,2 et 1,5 environ. Selon une variante du procédé, on utilisera également avantageusement un catalyseur homogène dans le cadre de l'étape d'oxydation par voie humide pour augmenter l'efficacité d'abattement de la DCO, de la solubilisation de la DCO et de la réduction des matières en suspension (MES) des boues à traiter. Préférentiellement, ce catalyseur sera un métal choisi dans le groupe iT constitué par le manganèse, le fer, le cobalt, le nickel, le cuivre, le zinc et les mélanges et composés d'un ou plusieurs d'entre eux. D'une façon préférée entre toutes, ce catalyseur homogène sera un composé soluble de cuivre et/ou de zinc. Lorsque le procédé sera mis en oeuvre avec un stabilisateur aérobie fonctionnant en continu, le procédé selon l'invention comprendra avantageusement une étape consistant à recycler au moins une partie des gaz provenant de l'étape d'oxydation par voie humide vers l'étape de stabilisation aérobie. L'invention concerne également une installation spécialement conçue pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'amenée de boues reliés à au moins une unité d'oxydation par voie humide, des moyens de transfert des boues oxydées provenant de ladite unité d'oxydation par voie humide vers au moins un digesteur, des moyens de transfert d'au moins une partie des boues digérées provenant dudit digesteur vers une unité de séparation desdites boues digérées, des moyens d'évacuation de la phase liquide provenant de ladite unité de séparation et des moyens de recyclage d'au moins une partie de la phase solide provenant de ladite unité de séparation vers ladite unité d'oxydation par voie humide. Selon une variante intéressante de l'invention, l'installation comprend des moyens de recyclage d'au moins une partie des gaz provenant de ladite unité d'oxydation par voie humide vers ledit digesteur. 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 de celle-ci en référence à la figure unique qui représente schématiquement une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. i L'installation représentée à la figure 1 a été utilisée pour traiter des boues en excès provenant d'une installation des traitement biologique d'eaux usées selon le procédé dit des boues activées. Cette installation comprend des moyens d'amenée 1 des boues en excès provenant d'un tel traitement vers une unité d'oxydation par voie humide 2 i IIt F[ constituée par un autoclave. Cette unité d'oxydation par voie humide 2 est reliée par des moyens de transfert 3 à un digesteur 4 qui permettent d'amener à ce digesteur les boues oxydées provenant de l'unité d'OVH. Ce digesteur 2 est constitué par un stabilisateur aérobie thermophile fonctionnant à une température d'environ 35 C. L'installation comprend par ailleurs des moyens de transfert 5 permettant d'acheminer les boues digérées provenant du digesteur 4 vers une unité de séparation 6 constituée par un décanteur. Ce décanteur est pourvu de moyens d'évacuation 7 d'une phase liquide et de moyens de recyclage 8 de la phase solide vers l'unité d'OVH 2. Celle-ci comprend par ailleurs des moyens de recyclage 9 des gaz oxydants qu'elle met en oeuvre vers le digesteur 4. Dans le cadre de ce mode de réalisation de l'invention, les boues en excès ont été préalablement centrifugées à 4000 tours /mn pendant 10 mn de façon à récupérer un concentrat présentant une teneur en matière en suspension d'environ 20 g/litre. Une telle concentration, qui ne sera pas mise en oeuvre à l'échelle industrielle, permet d'obtenir une plus grande exothermie de la réaction d'oxydation par voie humide. Le concentrat obtenu a été introduit par les moyens d'amenée 1 dans l'unité d'OVH. Le surnageant a été mis de côté. De l'oxygène pur à une pression de 4 bar (à température ambiante) a été introduit dans cette unité 2, après avoir fermé celle-ci hermétiquement, de façon à - obtenir un rapport O2/DCO = à 0,8. La température d'oxydation a été fixée à C. Une agitation à l'intérieur du réacteur 2 d'environ 600 tr/mn a été mise en oeuvre. Une fois la température de 150 C atteinte, l'oxydation a été maintenue pendant 30 mn avec une agitation de 1200 tr/mn. La descente en température a ensuite été effectuée en maintenant l'agitation à 600 tr/mn. Lorsque la température est passée en dessous de 30 C, le réacteur 2 a été dégazé et ouvert. Les boues oxydées obtenues ont été remélangées avec le surnageant afin de retrouver le volume initial de boues. Ces boues ont été analysées et l'analyse correspondante a laissé apparaître que le pH de cellex-ci s'était abaissé de 7,5 à 5,5 et que leur teneur en matières en suspension (MS) s'était abaissée d'environ 50 %. On a constaté par ailleurs une augmentation de la DCO soluble d'un facteur 30 ainsi qu'une baisse de près de % de la DCO totale attestant de la minéralisation des boues dans l'unité 2. On a également observé une baisse de 10 % de la teneur en azote totale de ces boues. Ces boues ont ensuite été acheminées vers le digesteur 4 o elles ont subies une stabilisation aérobie thermophile classique, un biogaz étant récupéré en 10. Les boues digérées provenant de ce digesteur ont ensuite été évacuées par les moyens de transfert 5 vers le décanteur 6. Après décantation la phase solide a été envoyée dans l'unité d'OVH 2. Durant cet essai quelques extractions de boues à partir du digesteur 4 ont été effectuées grâce à des moyens d'extraction 11. Toutefois, le procédé selon l'invention a permos de réduire de manière significative de telles extractions par rapport à l'art antérieur. Le mode de réalisation ainsi décrit n'a pas pour objectif de réduire la portée de celle-ci. En conséquence, il pourra y être apporté de nombreuses modifications sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement des boues en excès provenant des installations d'épuration biologique d'effluents comprenant une étape de digestion, caractérisé en ce qu'il comprend un étape préliminaire d'oxydation par voie humide desdites boues en excès et une étape consistant à récuper au moins une partie des boues provenant de ladite étape de digestion pour leur faire subir une étape de séparation en une phase liquide et une phase solide, au moins une partie de ladite phase solide étant renvoyée vers ladite étape d'oxydation par voie humide. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite étape préliminaire d'oxydation par voie humide est effectuée à une température comprise entre 50 C et 280 C. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ladite étape préliminaire d'oxydation par voie humide est effectuée à une pression comprise entre 5 et 100 bar. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ladite étape préliminaire d'oxydation par voie humide est effectuée pendant une durée comprise entre 10 mn et 180 mn. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à ajuster le pH des boues avant de leur faire subir ladite oxydation par voie humide. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que ladite étape d'oxydation par voie humide est effectuée avec un rapport oxydant / demande chimique en oxygène (DCO) des boues non traitées compris entre 0,2 et 1,5 environ. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que ladite étape d'oxydation par voie humide est effectuée en présence d'au moins un catalyseur homogène. 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que ledit catalyseur est un métal choisi dans le groupe constitué par le manganèse, le fer, le cobalt, le [ 111 I r r nickel, le cuivre, le zinc et les mélanges et composés d'un ou plusieurs d'entre eux. 9. Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que ledit catalyseur est un composé soluble du cuivre et/ou du zinc. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que ladite étape de digestion est une étape aérobie thermophile et en ce qu'il comprend une étape de recyclage d'au moins une partie des gaz provenant de ladite étape d'oxydation par voie humide vers ladite étape de digestion. 1 1. Installation spécialement conçue pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'amenée (1) de boues reliés à au moins une unité d'oxydation par voie humide (2), des moyens de transfert (3) des boues oxydées provenant de ladite unité d'oxydation par voie humide (2) vers au moins un digesteur (4), des moyens de transfert (5) d'au moins une partie des boues digérées provenant dudit digesteur (4) vers une unité de séparation (6) desdites boues digérées, des moyens d'évacuation (7) de la phase liquide provenant de ladite unité de séparation (6) et des moyens de recyclage (8) d'au moins une partie de la phase solide provenant de ladite unité de séparation (6) vers ladite unité d'oxydation par voie humide (2). 1 2. Installation selon la revendication 11 caractérisée en ce qu'il comprend des moyens de recyclage (9) d'au moins une partie des gaz provenant de ladite unité d'oxydation par voie humide (2) vers ledit digesteur (4).