Brevet FR2981061A1 — publié le 20130412

PROCEDE DE TRAITEMENT DES BOUES ET BOUES PURIFIEES OBTENUES SELON CE PROCEDE La présente invention a trait au procédé de traitement des boues et aux boues purifiées obtenues selon ce procédé. On connait différentes techniques de séparation liquide/solide pour concentrer les matières solides des suspensions de particules, notamment dans le cas des boues issues des stations de traitement des eaux usées. En général, lesdites matières solides des boues sont destinées à subir des traitements chimiques et/ou mécaniques, tels que le conditionnement et la déshydratation pour ensuite être réutilisées, notamment pour l'épandage agricole. On peut citer comme outils industriels permettant de déshydrater lesdites boues, les centrifugeuses, les filtres à bandes, les filtre-presses ou encore les filtres sous vide. Les techniques les plus courantes sont la centrifugation et la filtration sur filtre à bande ou sur filtre-presse. La technique de filtration sous vide est également bien connue même si son utilisation est beaucoup moins fréquente. On sait que ces techniques de déshydratation nécessitent une mise en oeuvre préalable, usuellement dénommée conditionnement des boues, au moyen de réactifs chimiques avant traitement. Pour l'essentiel, ces réactifs sont des coagulants et des floculants, qui permettent l'agrégation des particules fines en suspension ou en dispersion dans l'eau. Les plus utilisés sont les polymères car ils sont indispensables dans le cas de la centrifugation, le chlorure ferrique FeCI3 et la chaux. Parmi ces réactifs, la chaux est un des réactifs les plus utilisés pour le conditionnement des boues. Elle peut être utilisée en pré-chaulage ou en post-chaulage, c'est-à-dire avant la déshydratation ou après sur l'outil retenu. Usuellement, la chaux introduite dans le conditionnement des boues a trois fonctions : la floculation, l'hygiénisation et la minéralisation. Pour ce qui concerne l'hygiénisation, la chaux, sous forme pulvérulente ou liquide, est un réactif techniquement et économiquement optimisé et il n'existe pas à ce jour de produit alternatif utilisé dans cette application. Elle permet d'augmenter à la fois la température du milieu et sa basicité, et par conséquent elle provoque la destruction des micro-organismes. S'agissant de la floculation, il existe des alternatives à la chaux comme les polymères par exemple. Les quantités de chaux nécessaires pour optimiser la fonction de floculation dépendent des qualités mises en oeuvre mais sont dans la plupart des cas très inférieures aux quantités de chaux nécessaires à la fonction d'hygiénisation. Si la filière d'élimination impose une hygiénisation des boues, la fonction de floculation sera donc largement assurée par les quantités de chaux introduites pour l'hygiénisation et l'utilisation éventuelle d'un réactif alternatif n'a pas d'intérêt. Pour ce qui est de la minéralisation, outre son action bénéfique sur le procédé de traitement, elle permet une meilleure valorisation de la boue traitée notamment pour le chaulage des terres agricoles. Aussi, pour ce faire on augmente les quantités de chaux dans les procédés de traitement, et partant, les quantités de chaux sont très supérieures dans la plupart des cas aux quantités nécessaires pour l'hygiénisation. Par conséquent, le coût de traitement des boues est augmenté substantiellement. Aussi, un problème qui se pose est que vise à résoudre la présente convention est de fournir un procédé qui permette de diminuer le coût de traitement des boues tout en conservant leur possibilités de valorisation. Dans ce but, et selon un premier objet, la présente invention propose un procédé de traitement des boues comprenant les étapes suivantes : on fournit une boue présentant un taux de matières sèches déterminé et on fournit de la chaux sous forme de poudre et/ou de liquide pour traiter ladite boue ; on déshydrate ladite boue selon une étape de déshydratation, pour obtenir une boue présentant un taux de matières sèches supérieur audit taux de matières sèches déterminé. Selon invention, on fournit en outre du carbonate de calcium CaCO3 et on mélange ledit carbonate de calcium avec ladite chaux et ladite boue de manière homogène pour minéraliser ladite boue. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la mise en oeuvre de carbonate de calcium durant le traitement des boues de manière à pouvoir augmenter la minéralisation de la boue traitée à un coût avantageux. En effet, le carbonate de calcium est bien moins coûteux que la chaux, quelle que soit sa forme. La chaux est en effet obtenue par la calcination du carbonate de calcium lui-même. De la sorte, on obtient une boue traitée riche en calcium à un coût avantageux et qui permet d'amender les terres agricoles et augmenter leur taux calcique. En outre, la concentration finale en matières solides de la suspension est un facteur important qu'il convient d'optimiser pour au minimum deux raisons essentielles. La première pour réduire au maximum les tonnages de boues déshydratées à évacuer dans les différentes filières d'élimination. La seconde pour obtenir une structure des boues déshydratées la plus compatible possible avec toutes les manipulations ultérieures à la déshydratation, que ce soit le stockage, le chargement et déchargement, ou encore l'épandage. Par ailleurs, grâce au procédé conforme à l'invention, on optimise les performances techniques notamment dans le cas d'un pré-chaulage. En outre on évite d'introduire des réactifs chimiques supplémentaires et partant, leurs conséquences notamment dans le cas d'un post-chaulage ; et finalement on optimise le bilan économique du procédé de traitement. Selon la présente invention on peut également optimiser le bilan technique des procédés de déshydratation en utilisant un conditionnement mixte chaux et carbonate de calcium, la chaux assurant les fonctions d'hygiénisation et de floculation et le carbonate de calcium assurant les besoins complémentaires pour la fonction de minéralisation. Dans le cadre de la présente invention, la chaux, en fonction de ses caractéristiques, peut être utilisée soit sous forme de lait de chaux, soit sous forme de poudre. La chaux pourra être utilisée sous forme de poudre notamment dans le cas des chaux vives en post-chaulage ou dans le cas des chaux vives à réactivité retardée. Pour ce qui concerne les formulations chimiques, les chaux utilisées peuvent se présenter sous forme de chaux vive, CaO, ou sous forme de chaux éteinte Ca(OH)2. Des chaux dites magnésiennes peuvent également être utilisées. Pour ce qui concerne les caractéristiques physico-chimiques, les chaux vives se différencient dans le cadre de cette application, par la pureté et la teneur en CaO ; par la granulométrie ; par la réactivité ; et les chaux éteintes, par la granulométrie et par la densité. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention particulièrement avantageux, on mélange ledit carbonate de calcium avec ladite chaux et ladite boue avant l'étape de déshydratation de ladite boue. De la sorte, la viscosité du milieu du mélange est faible et par conséquent le carbonate de calcium est mélangé de manière homogène à la boue avec la chaux. Cela permet d'obtenir en fin de procédé de traitement, une boue traitée parfaitement homogène, aisément épandable directement sur les sols. Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, on mélange ledit carbonate de calcium avec ladite chaux et ladite boue après l'étape de déshydratation de ladite boue. Avantageusement, on mélange ledit carbonate de calcium avec ladite chaux et ladite boue selon une proportion en poids de chaux par rapport au carbonate de calcium comprise entre 20% et 70%, et préférentiellement entre 25 % et 40 % de manière à ce que la quantité de chaux soit suffisante pour assurer la floculation et l'hygiènisation, soit la destruction de micro-organismes. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, on fournit ledit carbonate de calcium sous forme pulvérulente, et le pourcentage de fines particules inférieures à 20 lim de carbonate de calcium pulvérulent est inférieur à 20 %, et de préférence inférieure à 5 % de manière à améliorer la filtration et la siccité des boues. Par ailleurs, selon une autre caractéristique avantageuse, on fournit en outre un sel métallique et on mélange ledit sel métallique à ladite boue. De la sorte, on améliore plus encore la floculation des particules en suspension. De préférence, le sel métallique est un sel de fer ferrique, par exemple un chlorure de fer FeCI3, ou un sel d'aluminium Al2(504)3, et/ou le chlorure basique d'aluminium. En outre, selon un autre objet, l'invention concerne une boue traitée obtenue conformément au procédé de traitement décrit ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la suite de la description à travers les exemples représentés ci-après. Ces exemples sont destinés à présenter la présente invention et ne peuvent en aucun cas être interprétés comme pouvant en limiter la portée. Le pré-chaulage, c'est-à-dire le chaulage avant déshydratation, est largement utilisé sur filtre-presse ou sur filtre sous vide, le plus souvent associé au chlorure de fer FeCI3. La chaux est le plus souvent introduite sous forme d'hydroxyde dans un lait de chaux. Des procédés à base de chaux vive introduite sous forme de poudre ont été développés en utilisant des chaux à réactivité retardée. Dans ce type d'application, la chaux est utilisée comme floculant pour améliorer la filtrabilité et comme agent d'hygiénisation en augmentant le pH à des valeurs supérieures à 12 ; et aussi comme agent de minéralisation pour augmenter les siccités des boues déshydratées. Les quantités de chaux introduite sont appréciées en pourcentage par rapport aux matières sèches contenues dans les boues brutes. Les siccités des boues déshydratées augmentent avec le pourcentage de chaux introduite avec un optimum technique et économique. Un défaut de chaux conduit à des performances de déshydratation dégradées, à des structures de boues déshydratées inadaptées aux filières d'élimination et à des tonnages de boues déshydratées en excès. Un excès de chaux n'apporte aucune amélioration des performances de déshydratation et des structures de boues et augmente les tonnages de boues produites. Le bilan économique est alors dégradé. La technique traditionnelle de chaulage dans un procédé de centrifugation est le post-chaulage. Le pré-chaulage est toutefois envisagé notamment sur des procédés utilisant des chaux à réactivité retardée. Dans ce type d'application, la chaux est utilisée comme agent d'hygiénisation en augmentant le pH à des valeurs supérieures à 12 ; et comme agent de minéralisation pour augmenter les siccités des boues déshydratées. Les quantités de chaux introduites sont optimisées en fonction d'un optimum technique et économique. Un défaut de chaux conduit à des performances de centrifugation dégradées et à une hygiénisation insuffisante. Un excès de chaux n'apporte aucune amélioration des performances de déshydratation et des structures de boues, augmente les tonnages de boues produites et dégrade le bilan économique. La chaux est également utilisée en post-chaulage notamment en aval d'une centrifugeuse. La chaux est alors essentiellement introduite pour l'hygiénisation des boues en particulier lorsque la filière d'élimination est l'épandage agricole. Dans la majorité des cas, l'addition de chaux conduit à une déstructuration des boues déshydratées avec pour résultat une structure pâteuse et hétérogène. Une addition complémentaire permet de retrouver une structure granuleuse mais cette solution conduit à des réactions et à des élévations de température incompatibles avec les matériels de malaxage utilisés ; par ailleurs cette solution est économiquement coûteuse. L'objet de la présente invention, selon une variante particulière de l'invention, propose la mise en oeuvre d'un conditionnement mixte de la boue, chaux et carbonate de calcium, en remplacement du conditionnement chaux habituel. L'addition des deux minéraux, chaud et carbonate de calcium, peut se faire par dosage des deux produits au moyen de deux équipements spécifiques mais plus avantageusement, par dosage du mélange des deux minéraux eux-mêmes pré-mélangés dans des proportions désirées. La mise en oeuvre des deux réactifs peut être réalisée sous forme liquide, notamment lorsque l'on met en oeuvre un lait de chaux, ou bien sous forme de poudre. La mise en oeuvre sous forme de poudre nécessite moins d'équipements et évite les problèmes de décantation. Quant à la mise en oeuvre sous forme de poudre, elle est utilisée dans tous les cas où elle peut se réaliser sans dégrader la fonction de floculation. Tous les types de chaux peuvent être utilisés pour autant qu'ils soient déjà reconnus comme compatibles avec l'application concernée, et tous les types de carbonate de calcium peuvent être utilisés. La granulométrie est choisie d'une part pour éviter la décantation dans les boues conditionnées, la granulométrie maximale admissible étant d'autant plus élevée que les boues sont concentrées, et d'autre part pour éviter la ségrégation entre la chaux et le carbonate de calcium lorsque les deux constituants sont introduits en mélange. L'élimination des fines particules, par exemple celles inférieures à 2011m, dans le carbonate de calcium permet dans certains cas d'améliorer la filtrabilité et les siccités des boues déshydratées. Le pourcentage de chaux dans la somme des deux minéraux introduits dépend du pouvoir floculant de la chaux utilisée. Ce pourcentage sera d'autant plus faible que le pouvoir floculant sera élevé. De préférence, le pourcentage de chaux est compris entre 25% et 50 % en poids par rapport au carbonate de calcium. La quantité totale de minéral introduit, chaux et carbonate de calcium, dépend des résultats attendus aux niveaux des performances techniques du procédé de déshydratation, de la qualité de structure des boues déshydratées et du bilan économique. La substitution à quantité égale de la chaux au mélange chaux et carbonate de calcium permet d'obtenir des résultats techniques au minimum équivalents avec une optimisation du bilan économique. La substitution de la chaux à une quantité deux à trois fois supérieure de mélange chaux et carbonate de calcium permet d'améliorer les performances techniques de la déshydratation et les structures des boues déshydratées sans dégrader le bilan économique. Les minéraux pris séparément ou le mélange des deux sont introduits en lieu et place et dans les mêmes conditions que la chaux dans le conditionnement traditionnel. Le mélange permet ou facilite l'introduction de chaux sous forme de poudre lorsque la qualité de chaux utilisée n'est pas appropriée à ce type d'introduction. Les réactifs complémentaires de conditionnement sont introduits à l'identique. C'est en particulier le cas pour le chlorure ferrique FeCI3 qui est couramment introduit en amont du conditionnement chaux. Le procédé objet de l'invention est applicable pour tout traitement de boues, et en particulier : les boues de station d'épuration d'eaux usées urbaines ou industrielles ; les boues minérales de dragage ; les déchets agricoles tels que les lisiers ; ou encore les boues de décantation comme obtenues dans les centrales à bétons. Le procédé peut également être mis en oeuvre sur tout type d'outil de déshydratation, et en particulier : sur filtre-presse à plateaux, sur filtre-presse à bande, sur filtre sous vide, dans l'une centrifugeuse, un décanteur ou un épaississeur. Exemple 1 : filtration sous vide d'une boue biologique Une boue biologique, 500 ml à une concentration de 12 g/I de matières sèches, issue d'une station urbaine avec aération prolongée est conditionnée par du chlorure ferrique FeCI3 au taux de 11% en poids par rapport au poids de matières sèches. La boue conditionnée par du chlorure ferrique est ensuite conditionnée par de la chaux ou par un mélange chaux et carbonate de calcium en poudre. La boue conditionnée est filtrée sur filtre à vide avec un vide de 0,35 bar. Les vitesses de filtration sont mesurées avec l'apparition de la première fissuration du gâteau. Les siccités sont mesurées sur les gâteaux après séchage en étuve pendant 24 heures à 105 °C. Résultats pour un conditionnement à 40 % des matières sèches La chaux utilisée est une chaux vive, dont la granulométrie est inférieure à 200 lm, et présentant 92 % de CaO libre. Son T60 est à 220 secondes. Le carbonate de calcium utilisé est un carbonate de calcium de granulométrie inférieure à 150 lim séché avec humidité inférieure à 0,5%. Les boues sont conditionnées à 40% en poids des matières sèches selon trois modes de mise en oeuvre. Un premier avec de la chaux à 100 %, un deuxième avec un mélange équipondéral de chaux et de carbonate de calcium et un troisième avec un mélange de 25 % de chaux en poids et 75 % en poids de carbonate de calcium. Les résultats de temps de filtration en seconde et de siccité en pourcentages sont données dans le tableau I suivant : chaux mélange 50/50 mélange 25/75 Tps de filt. (s) 73 71 72 Siccité (%) 25,2 25,8 25,5 Les résultats obtenus avec les mélanges chaux et carbonate de calcium sont au minimum équivalents à ceux obtenus avec la chaux seule dans les mêmes conditions opératoires et avec le même taux de conditionnement. Résultats pour un conditionnement à 80 % des matières sèches Les boues sont conditionnées à 80% en poids des matières sèches selon un mode de mise en oeuvre équivalent au précédent. Soit, un premier avec de la chaux à 100 %, un deuxième avec un mélange équipondéral de chaux et de carbonate de calcium et un troisième avec un mélange de 25 % de chaux en poids et 75 % en poids de carbonate de calcium. Les résultats sont consignés dans le tableau 11 suivant : chaux mélange 50/50 mélange 25/75 Tps de filt. (s) 62 56 55 Siccité (%) 30,1 32,4 32,9 Les résultats obtenus avec les mélanges chaux et carbonate de calcium sont supérieurs à ceux obtenus avec la chaux seule dans les mêmes conditions opératoires et avec le même taux de conditionnement. Exemple 2 : filtration sur filtre-presse d'une boue biologique Les boues conditionnées dans les mêmes conditions que pour l'exemple 1, sont filtrées sur une cellule de filtration de laboratoire avec montée en pression de 1 bar toute les 45 secondes jusqu'à 11 bars. La filtration est arrêtée lorsque que le débit de filtrat est inférieur à un équivalent 10I/m2. Tableau III des résultats pour un conditionnement à 40 % des matières sèches chaux mélange 50/50 mélange 25/75 Tps de filt. (mn) 41 40 40 Siccité (%) 34,2 35,1 34,8 Les résultats obtenus avec les mélanges chaux et carbonate de calcium sont au minimum équivalents à ceux obtenus avec la chaux seule dans les mêmes conditions opératoires et avec le même taux de conditionnement. Tableau IV des résultats pour un conditionnement à 80 % des matières 2 5 sèches chaux mélange 50/50 mélange 25/75 Tps de filt. (s) 38 35 32 Siccité (%) 36,4 38,5 40,2 Les résultats obtenus avec les mélanges chaux et carbonate de calcium sont supérieures à ceux obtenus avec la chaux seule dans les mêmes conditions opératoires et avec le même taux de conditionnement. Exemple 3 : Utilisation d'un carbonate de calcium sans fines particules Les boues sont conditionnées à l'identique de l'exemple 1 en utilisant un carbonate de calcium sans particule dont le diamètre est inférieur à 20 lim ci- après dénommé carbonate « défillérisé ». Tableau V des résultats pour un conditionnement à 40 % des matières sèches Mél 50 /50 Mél 50/50 Mél 25/75 Mél 25/75 carbonate carbonate carbonate carbonate défillérisé défillérisé Temps de 71 72 filtration (s) Siccité 25,8 25,5 (%) Tableau VI des résultats pour un conditionnement à 80 % des matières sèches Mél 50 /50 Mél 50/50 Mél 25/75 Mél 25/75 carbonate carbonate carbonate carbonate défillérisé défillérisé Temps de 56 53 55 53 filtration (s) Siccité 32,4 34,1 32,9 34,5 (0/0) Les résultats obtenus avec le carbonate de calcium « défillérisé » sont supérieurs à ceux obtenus avec le carbonate de calcium dans les mêmes conditions opératoires et avec le même taux de conditionnement. Exemple 4 : Post-chaulage sur centrifugeuse Des boues biologiques en aval d'une centrifugeuse, avec une siccité de 21,5% sont chaulées en vue d'un épandage agricole. Post-chaulage avec la chaux vive 2 0 Les boues sont post-chaulées dans un malaxeur à soc à un taux de 40 des matières sèches. La structure grenue des boues en sortie centrifugeuse se dégrade en une structure pâteuse grossière. L'introduction de chaux se traduit par une élévation de température hétérogène. Un taux de conditionnement plus élevé est difficilement envisageable pour des raisons techniques et économiques. Post-chaulage avec un mélange de 25 % en poids de chaux et de 75 % en poids de carbonate de calcium Les boues sont post-chaulées dans un malaxeur à soc à un taux de 40 % en poids. La structure grenue des boues en sortie centrifugeuse se dégrade comme dans le cas de la chaux vive. L'élévation de température est quatre fois moins forte et plus homogène. Les boues peuvent être post-chaulées jusqu'à 100 % des matières sèches sans dégrader le bilan économique. Les boues conservent dans ces conditions leur structure grenue avec une bonne aptitude au stockage avec un angle de talutage à 45°.15 REVENDICATIONS1. Procédé de traitement des boues comprenant les étapes suivantes : - on fournit une boue présentant un taux de matières sèches déterminé ; - on fournit de la chaux sous forme de poudre et/ou de liquide pour traiter ladite boue ; - on déshydrate ladite boue selon une étape de déshydratation, pour obtenir une boue présentant un taux de matières sèches supérieur audit taux de matières sèches déterminé ; caractérisé en ce que on fournit en outre du carbonate de calcium CaCO3 et en ce qu'on mélange ledit carbonate de calcium avec ladite chaux et ladite boue de manière homogène pour minéraliser ladite boue. 2. Procédé de traitement des boues selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mélange ledit carbonate de calcium avec ladite chaux et ladite boue avant l'étape de déshydratation de ladite boue. 3. Procédé de traitement des boues selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mélange ledit carbonate de calcium avec ladite chaux et ladite boue après l'étape de déshydratation de ladite boue. 4. Procédé de traitement des boues selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on mélange ledit carbonate de calcium avec ladite chaux et ladite boue selon une proportion en poids de chaux par rapport au carbonate de calcium comprise entre 20% et 70%. 5. Procédé de traitement des boues selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on fournit ledit carbonate de calcium sous forme pulvérulente, et en ce que le pourcentage de fines particules inférieures à 20 lim de carbonate de calcium pulvérulent est inférieur à 20 %. 6. Procédé de traitement des boues selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on mélange en outre un sel métallique à ladite boue. 3 0 7. Procédé de traitement des boues selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on mélange en outre un sel de fer ou d'aluminium à ladite boue. 8. Boue traitée obtenue conformément au procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 35