Brevet FR2832400A1 — publié le 20030523

Procédé et dispositif de traitement des boues hydrophiles par effet de turbulence hydraulique associée à une oxydation et des réactions chimiques par apport d'additifs. La présente invention concerne un dispositif de traitement des boues et de vases afin d'en permettre une réutilisation dans les filières des amendements de sol et des matériaux de construction. Ces produits sont traditionnellement déshydratés par évaporation, par centrifugation ou par filtration de sorte de séparer la fraction solide de la fraction liquide Par évaporation, il s'agit de chauffer les produits afin d'extraire leur phase liquide. Par filtration, il s'agit de séparer phases liquides et solides. La filtration est le principe de traitement le plus utilisé. Ces techniques sont les filtrations sous vide, filtrations sous pression en chambres étanches par filtres presses à plateaux chambrés, à plateaux membranes ou automatiques, ou encore filtres à bandes presseuses, presses à vis ou centrifugeuses. Dans leur mise en oeuvre, ces techniques ont un rendement assez faible du fait de la caractéristique physique de l'eau dans les produits à traiter. L'eau se trouve sous deux formes, libre ou piégée dans la structure solide. Le rendement de ces dispositifs est souvent amélioré par l'adjonction d'additifs floculant ou coagulants. L'efficacité de ces techniques d'évaporation et de filtration est limitée en raison de la texture des produits traités Les boues et vases sont des produits aux phases liquides et solides difficilement dissociables du fait de l'existence de matières colloïdales. Ces matières sont constituées de molécules de très petites tailles, inférieures au dixième de micron, très difficile à décanter dans l'eau et s'agglomérant en paquets hydrophiles au sein de la fraction solide Par cet effet de rétention d'eau, ces matières empêchent une déshydratation efficace des boues et vases qui demeurent ainsi des produits très humides, denses, sans porosité, à la valorisation délicate notamment dans le domaine agricole. Le procédé selon la présente invention a pour objectif de remédier au problème de séparation dans les boues et les vases grâce à une action forte sur la matière colloïdale. Issu d'études approfondies sur la texture de cette matière et d'une mise en perspective des potentialités de valorisation de ces produits, le procédé décrit ici est une suite de chocs mécaniques, d'oxydation et de réactions chimiques réalisés en continu au sein d'un appareil spécifique. Les boues et vases traitées par cet appareil sont fortement hydratées et fluides. Elles comportent au moins 70% d'eau. Le reste se compose de matières solides minérales et organiques dont une partie est la matière colloïdale. Les chocs mécaniques, l'oxydation et les réactions chimiques provoqués interviennent notamment directement sur la matière colloïdale en la cassant et en la faisant réagir avec un réactif afin de lui modifier la forme et de lui extraire l'eau structurelle. Cette matière, hydrophile à l'origine, rejoint grâce à ce traitement le reste de la fraction solide hydrophobe facilitant ainsi la dissociation des deux phases liquides et solides. Les produits traités sont des produits organiques hydrophiles à des taux de matière organique souvent supérieurs à 40% du total de la matière sèche tels que les boues de station d'épuration et les effluents de l'industrie agro alimentaire, brasseries, abattoirs, laiteries, conserveries, élevage, mais également des produits minéraux hydrophiles, dont la teneur en matière organique peut aussi passer 40%, telles que les vases de dragage de rivières, canaux, étangs, lacs, bassins de rétention, ports, ou encore les boues fibreuses de l'industrie papetière. Donné à titre d'exemple non limitatif d'une des formes de réalisation de l'objet de l'invention, la figure 1 est un dessin d'un appareil d'application du procédé. L'appareil est un caisson de forme parallélépipédique divisé en compartiments creux 6 séparés par des parois permettant le transfert 9 de matière d'un compartiment à l'autre et également munis au moins sur une de leur face d'un dispositif de ressorts 7 capable de provoquer une forte turbulence par des contrecourants à l'intérieur de chaque compartiment. Chaque compartiment creux est ouvert vers l'extérieur par l'intermédiaire d'au moins un orifice circulaire 2 et 3 susceptible d'être connecté à un compresseur, une pompe ou autre appareil similaire. Le caisson est de forme allongée. Les sections extrêmes sont munies de dispositifs d'admission 1 des produits à traiter et de sortie 4 des produits traités. En partie basse, l'appareil est muni d'un dispositif de filtration permettant d'évacuer une partie de la phase liquide au cours de son cheminement dans le caisson. La filtration est assurée par une structure textile 8 occupant la surface d'au moins un compartiment. L'évacuation s'effectue par gravité sous l'appareil. En fonction des produits traités, cette évacuation gravitaire 5 est ouverte ou fermée aux écoulements. L'appareil est fabriqué en acier oxydable ce qui permet de profiter de l'action catalytique des ions Fe3+. L'appareil fonctionne sans limitation de débit par adaptation de ses dimensions Il est par exemple constitué d'un caisson creux de forme parallélépipédique caractérisée par une section transversale à l'écoulement de faible surface et d'une longueur parallèle à l'écoulement de grande dimension d'au moins 3 fois la longueur du côté le plus long de la section transversale à l'écoulement. Le procédé comporte deux phases, une phase où sont provoqués des chocs mécaniques et l'oxydation de la matière, et une phase où sont déclenchées des réactions chimiques grâce à l'adjonction d'additifs. Les deux phases sont consécutives. Le procédé fonctionne en continu sans phase de rétention. Les produits à traiter sont introduits dans l'appareil à une de ses extrémités. Ils y subissent une phase de forte turbulence provoquée par l'introduction d'air sous pression et alimentée par les compartiments constitutifs de l'appareil. Ces compartiments creux sont définis par des parois positionnées perpendiculairement à l'écoulement. Ces parois qui assurent l'écoulement des produits, sont également munies d'un système de ressorts alimentant des courants opposés de matière et par conséquent les chocs recherchés. Les contre-courants provoquent des chocs des constituants de la matière permettant ainsi de casser les amas colloïdaux et d'effectuer une auto-filtration du produit entre ses différentes fractions induisant un tamisage entre fractions liquides et solides. Ces effets facilitent ainsi la séparation des deux phases solides et liquides. L'aération forcée et turbulente apporte une forte oxydation de la matière. L'aération des produits a d'autre part pour effet de détruire les micro-organismes anaérobies susceptibles de s'être développés. Le produit passe d'un compartiment à l'autre en perdant de l'énergie et de l'eau. L'eau traverse une structure textile filtrante située en fond de chaque compartiment. Ces structures filtrantes communiquent pour permettre à l'eau de s'évacuer par un orifice situé en fond d'appareil. Le produit poursuit son cheminement, dans l'appareil, agité d'une turbulence et d'une pression de plus en plus faible. Profitant d'une chute relative de la pression à l'intérieur de l'appareil, des additifs liquides ou solides sont introduits. Ces additifs aux propriétés coagulantes, sont constitués de chlorure ferrique, de sulfate ferrique, de sulfate ferreux, de sulfate d'aluminium, de chloro sulfate de fer, de floculants polymères, de silicate de sodium, d'aluminate de sodium et de bases fortes, de chaux blutée, de chaux magnésienne, de chaux vive, de soude caustique et d'oxyde de magnésium. Ces additifs qui interviennent sur la matière solide baignent dans un milieu oxydé afin d'en modifier les structures macroscopiques et microscopiques. Coagulants et floculant créent les conditions électromagnétiques nécessaires à agglomérer les particules solides hydrophobes afin d'élever la granulation de la fraction solide. Bases fortes, coagulants et floculant interviennent comme réactifs chimiques et catalyseurs ioniques. Ces additifs produisent une réaction sur la matière organique et sur la matière colloïdale dont les structures macroscopiques ont été cassées au sein des compartiments précédents fortement aérés Accéléré par des conditions électromagnétiques favorables amenés par l'apport d'ions métalliques, des réactions d'acide base et d'oxydo-réduction s'établissent en faveur de l'oxydation et permettent ainsi la minéralisation d'une partie des structures ionisées de la matière organique et de la matière colloïdale. L'effet de montée du potentiel hydrogène vers des valeurs très fortes, 10 à 12, a pour conséquence de détruire les micro-organismes aérobies susceptibles de s'être développés au sein des produits. La formation de conglomérats macroscopiques hydrophobes et de structures minérales microscopiques a également pour effet de réduire la densité de la fraction solide par apport de vide lacunaire poreux Grâce à l'intense brassage aérobie et l'addition des réactifs, la capacité d'échange entraîne l'absorption utile d'oxygène et l'oxydation des ions positifs et métalliques de manière irréversible concourrant à la stabilité désirée de la matière. Les molécules s'étant formées en état d'anoxie plus ou moins prolongé sont ainsi transformées en leur forme oxydée. L'ammoniac NH3 se transforme en nitrate N03, le sulfure d'hydrogène H2S se transforme en acide sulfureux H2S03. Le méthane CH4 se transforme en dioxyde de carbone C02 et en eau H2O. Le procédé n'émet aucune odeur nauséabonde. Le produit final ne présente lui non plus aucune odeur Les métaux communs et lourds se trouvant dans le produit à traiter sous forme ionisés, sont transformés en leurs oxydes. Les produits sortent de l'appareil par l'extrémité opposée à l'entrée. Avec le produit traité s'échappent de l'appareil les gaz strippés C02 et N03. Le produit traité est encore mélangé à l'eau qui se trouve maintenant majoritairement sous forme interstitielle. Sous cette forme, l'eau devient facile à extraire par évaporation, égouttage, centrifugation ou par pressage du produit Les produits obtenus après traitement peuvent être écoulés dans plusieurs filières. Dans la filière agricole, le produit devient un pré sol poreux apte à amender le complexe argilo humique des sols à condition que leurs faibles teneurs en métaux lourds, cuivre, zinc, plomb, cadmium, nickel, mercure ou sélénium le permettent. Dans la filière des matériaux de substitution, le produit, s'il est issu d'un produit initialement fortement minéralisé ou s'il l'est par le procédé, peut entrer dans les process industriels de fabrication de briques, parpaings ou autres matériaux de construction. Revendications. 1. Procédé de traitement en continu de boues et vases hydrophiles contenant au moins 70% d'eau et de la matière colloïdale caractérisé en ce que l'on soumet les boues et vases à des chocs, à une oxydation et à des réactions chimiques. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on soumet les produits à traiter à une forte turbulence et à une aération par introduction d'air sous pression. 3. Procédé selon les revendication 1 et 2, dans lequel on provoque des chocs et des courants opposés par l'action de ressorts (7) de façon à casser des amas colloïdaux. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel on apporte des additifs coagulants ou floculant de façon à élever la granulation des particules solides. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel on apporte des bases fortes, de façon à minéraliser la matière organique. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel on provoque une montée du pH à des valeurs allant de 10 à 12. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, qui comporte en outre une étape de déshydratation par évaporation, égouttage, centrifugation ou pressage. 8. Dispositif de traitement en continu de boues hydrophiles comportant au moins 70% d'eau, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un caisson creux traversé dans le sens de la longueur par le produit traité et muni d'au moins une entrée (1) du produit à traiter, d'au moins une sortie (4) du produit traité, d'au moins un orifice (2) d'introduction d'air sous pression, et d'au moins un orifice d'introduction d'un additif chimique. 9. Dispositif selon la revendication 8, qui est constitué d'au moins deux compartiments (6) creux reliés en série, afin de permettre le transfert de produits de l'un à l'autre, et dans au moins un compartiment desquels est provoquée une turbulence hydraulique par un dispositif de ressorts (7). 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le caisson creux est de forme parallélépipédique, présente une section transversale à l'écoulement de faible surface et une longueur parallèle à l'écoulement d'une dimension d'au moins trois fois la longueur du côté le plus long de la section transversale à l'écoulement.