Brevet FR3005950A1 — publié le 20141128

PROCEDE ET INSTALLATION DE DESHYDRATATION POUSSEE D'UNE BOUE DE RESIDUS SALINS. La présente invention concerne un procédé de déshydratation poussée, par pressage, d'une boue de résidus salins, issus d'une production d'eau potable, ou d'un traitement d'eaux résiduaires urbaines ou industrielles. Le domaine de l'invention est la déshydratation d'une boue issue du traitement d'un effluent salin, dans le cas d'une production d'eau potable, ou d'un traitement d'eaux résiduaires urbaines ou industrielles. Cette invention peut s'appliquer , en particulier, aux installations de production d'eau potable utilisant un procédé de dessalement d'eau de mer. A l'heure où les préoccupations environnementales deviennent très importantes et où les économies d'énergie fossile sont recherchées, la déshydratation poussée de boue doit être considérée avec intérêt. Une déshydratation poussée est celle qui permet d'obtenir des siccités élevées, d'au moins 30% , et de réduire les coûts liés aux transports de boues déshydratées vers un Centre d'Enfouissement Technique, désigné par CET en abrégé. Dans un procédé de déshydratation d'une boue, le conditionnement de la boue avec un polyélectrolyte et la mise en oeuvre d'un pressage sont des étapes importantes pour obtenir une efficacité optimale du procédé. L'invention a pour but, surtout, de fournir un procédé qui permet d'assurer une déshydratation poussée et d'obtenir des siccités élevées, d'au moins 30%, bien que la boue provienne de résidus salins. La siccité de la boue à déshydrater, à l'entrée du pressage, est de l'ordre de quelques pourcents, généralement de 2 à 10% . Il est souhaitable, en outre que la consommation d'énergie soit limitée pour assurer la déshydratation. Selon l'invention, le procédé de déshydratation poussée, par pressage, de résidus salins issus d'une production d'eau potable, ou d'un traitement d'eaux résiduaires urbaines ou industrielles, est caractérisé en ce que les résidus salins sont introduits dans le cylindre d'une presse à piston, comportant des drains souples, la presse fonctionnant par fournée (c'est-à-dire en batch), et en ce que lors du pressage, le piston effectue des mouvements d'aller et retour et applique des pressions alternatives et variables sur la boue, tandis que les drains souples se déforment, le liquide exprimé du produit traversant la paroi des drains et étant évacué comme filtrat, tandis que les boues déshydratées demeurent à l'extérieur des drains et sont évacuées par ouverture de la presse. Un renouvellement des interfaces entre la boue et la paroi filtrante des drains a lieu au sein de la presse. La boue déshydratée sortant de la presse présente une siccité supérieure à 30%, de préférence supérieure à 35%. L'invention permet d'obtenir, malgré la présence de sels, une boue de résidus salins ayant une siccité élevée, supérieure à celle de l'ordre de 22% obtenue avec des centrifugeuses, avec une consommation d'énergie relativement faible. Il convient de noter la difficulté de trouver une destination pour une boue déshydratée concentrée en sels, en minimisant l'impact sur environnement. L'invention a également pour but de réduire la concentration en sels de la boue déshydratée. Pour cela, on modifie, lors du cycle de fonctionnement de la presse à piston, la qualité de la boue par l'introduction d'une quantité d'eau potable additionnée ou non d'un réactif fortement alcalin, en particulier à pH supérieur à 11, afin d'obtenir une boue déshydratée moins polluante pour l'environnement et/ou d'obtenir une composition du filtrat, issu de la déshydratation, dont le rejet en milieu naturel peut être envisagé. Avantageusement , le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on effectue une injection d'eau potable, pendant le cycle de déshydratation ou lors de la phase de remplissage en boue de la presse à piston, selon un dosage suffisamment élevé pour réduire la concentration en sels de la boue déshydratée tout en conservant une siccité élevée. L'injection d'eau potable peut être effectuée selon un volume compris entre 50% et 150% du volume des boues soumises à un cycle de déshydratation. Le volume d'eau est généralement injecté en plusieurs fractions, dont le total correspond au volume souhaité. De préférence, on effectue une injection d'eau potable, lors de la phase de remplissage en boue de la presse à piston, selon un dosage déterminé pour optimiser la floculation initiale d'une boue, avec un polyélectrolyte, par l'action intime du polymère sur les particules en suspension dans cette boue. Cette action du polymère est favorisée par l'action du piston de la presse. 3005 950 3 L'injection d'eau potable peut être effectuée selon un dosage compris entre 50% et 150% du volume des boues soumises à un cycle de déshydratation de la presse. 5 On peut effectuer une injection d'eau potable additionnée d'un réactif fortement alcalin, pendant le processus de déshydratation, selon un dosage suffisamment élevé, pour précipiter les métaux dans la boue déshydratée, et augmenter la siccité finale de la boue déshydratée à une valeur supérieure à 35%. 10 L'invention est également relative à une installation pour la mise en oeuvre d'un procédé tel que défini précédemment, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour introduire les résidus salins dans le cylindre d'une presse à piston comportant des drains souples, des moyens pour faire effectuer par le piston des mouvements d'aller et retour et pour appliquer des pressions 15 alternatives et variables sur la boue, tandis que les drains souples se déforment, des moyens pour évacuer le liquide exprimé traversant la paroi des drains et des moyens d'ouverture de la presse pour évacuer les boues déshydratées. 20 L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit avec référence aux dessins annexés, mais qui n'est nullement limitatif. Sur ces dessins : 25 Fig. 1 est un schéma d'une installation de déshydratation poussée par presse à piston, selon l'invention. Fig. 2 à 4 illustrent les trois phases du cycle de déshydratation de la presse à piston. 30 Fig. 5 est un schéma du système d'injection d'eau dans la pompe à piston, additionnée ou non d'un réactif fortement alcalin, et Fig. 6 est un schéma d'une installation de dessalement d'eau de mer par 35 osmose inverse. Les boues traitées par le procédé de l'invention peuvent présenter une salinité comprise entre 5g/L, correspondant à des eaux saumâtres, et 50g/L. Comme visible sur Fig. 1, les boues de résidus salins, de préférence épaissies à une siccité de 2 à 10% , arrivent par une conduite 10 qui comporte un branchement 11 a pour une injection éventuelle de polymère, un branchement 11 b pour une injection éventuelle de réactif complémentaire, et un branchement 11c pour une injection d'eau de lavage. La conduite 10 est raccordée, en aval desdits branchements au canal d'entrée 12c d'une presse 12 à piston 12d. La presse 12 comporte un cylindre 12a dont une extrémité, située sur la gauche selon Fig. 1- Fig.4, est fermée de manière étanche par une plaque 12b, qui peut en être écartée suivant la direction axiale comme illustré sur Fig. 4. Le produit à presser est introduit dans le cylindre 12a par le canal d'entrée 12c prévu au centre de la plaque 12b. A distance de la plaque 12b le piston 12d, soumis à une pression hydraulique ou pneumatique, peut coulisser de manière étanche dans le cylindre 12 pour exercer un pressage des produits introduits dans le cylindre 12. Des éléments de drainage, ou drains 12e, formés par des gaines flexibles en matière perméable au liquide mais imperméable à l'égard des solides, sont fixés à une contre-plaque 12f écartée de la plaque 12b, mais liée à celle-ci. Chaque drain 12e comporte un passage intérieur qui débouche dans une ouverture 12g associée, prévue dans la contre-plaque 12f. Les ouvertures 12g communiquent avec une chambre 12h, comprise entre la contre-plaque 12f et la plaque 12b. La chambre 12h recueille le liquide, essentiellement de l'eau, constituant le filtrat évacué vers l'extérieur. A l'opposé de la contre-plaque 12f , les drains 12e sont liés au piston 12d. Les drains 12e s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe géométrique du cylindre 12a lorsque le piston est éloigné au maximum de la plaque 12b. Lors du pressage, le piston 12d effectue des mouvements d'aller et retour suivant la direction de l'axe du cylindre 12a, tandis que la plaque 12b est maintenue contre l'extrémité du cylindre 12a. Les drains souples 12e se déforment ; le liquide exprimé du produit traverse la paroi des drains 12e et est évacué de la chambre 12h. Lors de l'opération de pressage, le cylindre 12a, le piston 12d et les plaques 12b, 12f sont en outre entraînés en rotation autour de l'axe géométrique du cylindre 12a. Lorsque le pressage est terminé, une évacuation de la boue pressée Bd est effectuée comme illustré sur Fig. 4. La plaque 12b est décalée pour permettre l'ouverture de la chambre ; le piston 12d est amené à l'extrémité du cylindre 12a tournée vers la plaque 12b. La matière pressée Bd s'échappe par gravité dans l'espace ainsi libéré tandis que les drains 12e prennent une configuration en V. Le procédé fonctionne par fournées, c'est-à-dire « en batch », suivant trois phases : - alimentation en boue de la presse, comme illustré sur Fig.2, - pressage et morcellement, comme illustré sur Fig.3, - et vidange de la boue déshydratée Bd, comme illustré sur Fig.4. Généralement, plusieurs phases d'alimentation et de pressage sont effectuées avant une phase de vidange. Le schéma de Fig.5 illustre un circuit d'injection d'une solution de lavage de la presse à piston 12, représentée dans une position retournée gauche/droite par rapport aux Fig.1 - 4. Une solution de lavage, à base d'eau potable, est contenue dans un réservoir 13 . Une conduite 14, sur laquelle est installée une pompe 15, est raccordée à la conduite 10 d'alimentation de la presse 12.La mise en marche de la pompe 15 permet d'injecter de l'eau dans la presse 12. Une conduite 16 alimente le réservoir 13 en eau potable, tandis qu'une conduite 17 permet d'injecter dans le réservoir 13 un réactif alcalin pompé dans un réservoir 18. Une injection d'eau potable dans la presse 12 en mouvement, pendant la phase remplissage en boue, permet de parfaire le processus de floculation de la boue à l'aide d'un polymère, en optimisant l'action électrochimique du polyélectrolyte sur les particules en suspension dans la boue, ce qui améliore la séparation liquide / solide et la siccité de la boue résultant de la déshydratation. L'injection d'eau potable permet de réduire la concentration en sels de la boue après déshydratation. Les sels sont passés dans le filtrat .Le rejet du filtrat en milieu naturel, notamment en mer, peut être envisagé, en accord avec la législation environnementale en vigueur. Des essais comparatifs ont été effectués : - déshydratation sans lavage; - déshydratation avec lavage à l'eau potable en fin de phase de remplissage - déshydratation avec lavage à l'eau potable avec réactif fortement alcalin (pH supérieur ou égal à 11) en fin de phase de remplissage. La quantité de boues admise dans la presse à piston est exprimée en Kg MS 5 (kilogrammes de matières sèches). Le volume de boues peut être déduit de la teneur en MS de la boue, qui est de l'ordre de 35g/L, soit un volume de boues d'environ 350 L pour 12.2 Kg MS. Les résultats obtenus sont les suivants : Mode opératoire de l'essai Quantité de boue admise dans la presse (KgMS) Quantité d'eau potable Siccité de la boue déshydratée (%) Conductivité électrique (mS/cm) de la boue après déshydratation injectée (litres) Déshydratation sans lavage mise en oeuvre 12.2 0 36.8 > 10 Déshydratation avec lavage à l'eau potable en fin de la phase de remplissage 12.2 400 40.3 > 5 Déshydratation avec lavage à l'eau potable avec réactif fortement alcalin en fin de la phase de remplissage 14.62 500 48 Applications industrielles Le procédé de déshydratation poussée et son dispositif de lavage selon l'invention peuvent s'appliquer lorsque le rejet en mer de déchet concentré en sels est prohibé ou réglementé et que l'exutoire d'une boue issue d'un traitement d'effluent salin est un CET (Centre d'enfouissement Technique) dont la classe dépendra de la salinité du produit admis. La siccité élevée réduira significativement la production de GES (gaz à effet de serre) issus du transport routier de la boue jusqu'au CET lorsque celui-ci est éloigné de l'usine de traitement produisant un résidu concentré en sels. REVENDICATIONS1. Procédé de déshydratation poussée, par pressage, de résidus salins issus d'une production d'eau potable, ou d'un traitement d'eaux résiduaires urbaines ou industrielles, caractérisé en ce que les résidus salins sont introduits dans le cylindre (12a) d'une presse à piston (12) comportant des drains souples (12e), la presse fonctionnant par fournée, et en ce que lors du pressage, le piston effectue des mouvements d'aller et retour et applique des pressions alternatives et variables sur la boue, tandis que les drains souples se déforment, le liquide exprimé du produit traversant la paroi des drains et étant évacué comme filtrat, tandis que les boues déshydratées demeurent à l'extérieur des drains et sont évacuées par ouverture de la presse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boue produite 15 sortant de la presse présente une siccité supérieure à 30% , de préférence supérieure à 35%. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on effectue une injection d'eau potable, pendant le cycle de déshydratation ou lors de la 20 phase de remplissage en boue de la presse à piston, selon un dosage suffisamment élevé, pour réduire la concentration en sels de la boue déshydratée tout en conservant une siccité élevée. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'injection d'eau 25 potable est effectuée selon un volume compris entre 50% et 150% du volume des boues soumises à un cycle de déshydratation. 5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on effectue une injection d'eau potable, lors de la phase de remplissage en boue de la 30 presse à piston, selon un dosage déterminé pour optimiser la floculation initiale d'une boue, avec un polyélectrolyte, par l'action intime du polymère sur les particules en suspension dans cette boue. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'injection d'eau 35 potable est effectué selon un dosage compris entre 50% et 150% en volume des boues soumises à un cycle de déshydratation de la presse. 7. Procédé selon la revendication 3 ou 5, caractérisé en ce que l'on effectuel'injection d'eau potable additionnée d'un réactif fortement alcalin, pendant le processus de déshydratation, selon un dosage suffisamment élevé, pour précipiter les métaux dans la boue déshydratée, augmentant la siccité finale de la boue déshydratée. 8. Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour introduire les résidus salins dans le cylindre d'une presse à piston comportant des drains souples, des moyens pour faire effectuer par le piston des mouvements d'aller et retour et pour appliquer des pressions alternatives et variables sur la boue, tandis que les drains souples se déforment, des moyens pour évacuer le liquide exprimé traversant la paroi des drains et des moyens d'ouverture de la presse pour évacuer les boues déshydratées.15