Brevet FR3015970A1 — publié le 20150703

Procédé de traitement des boues de nature thixotropique et contenant de la matière organique. 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui du traitement de boues contenant de la matière organique, telles que les boues issues de stations d'épuration mélangées ou non avec d'autres déchets ainsi que les boues provenant des procédés de production d'eau potable. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de traitement de boues contenant de la matière organique présentant une siccité élevée, en pratique comprise entre 15% et 50% en poids. Par « siccité des boues », on entend le pourcentage en poids de matière sèche qu'elles contiennent. En effet, les boues sont des fluides composés d'un mélange de matières organiques, de matières minérales et d'eau. La siccité des boues est calculée en établissant le rapport massique entre le poids de la matière sèche et le poids total des boues. Ces boues peuvent notamment être issues de procédés de potabilisation d'eau ou de procédés de traitement d'effluents domestiques ou industriels, notamment de l'industrie agroalimentaire. 2. Art antérieur Les procédés de traitement de telles boues mettent généralement en oeuvre une étape de traitement physique et/ou thermique et/ou physico-chimique de celles-ci, telle qu'un pompage, une déshydratation par séchage ou encore une combustion par incinération. Il a été observé depuis longtemps que la nature thixotropique des boues présentant une siccité élevée était un obstacle à l'optimisation de telles étapes de traitement. Ainsi, le pompage des boues, notamment celles issues des stations d'épuration, est depuis longtemps problématique car leur nature thixotropique en fait un fluide difficile à pomper au-delà de 15% de siccité. On observe ainsi, lors des opérations de pompage, des pertes de charge importantes impliquant, pour les contrer, une consommation énergétique élevée des pompes utilisées. Lors d'une étape de séchage, les boues connaissent une phase dite « phase plastique » puis une phase dite « phase de cisaillement » résultant de leur nature thixotropique évoluant lors de l'évaporation de l'eau, les rendant difficilement malléables et donc difficiles à manipuler du fait de leur viscosité élevée. Quelle que soit la technologie de sécheur utilisée, l'opération de séchage est de ce fait rendue difficile. L'incinération des boues est quant à elle mise en oeuvre dans des incinérateurs, le plus souvent à lit fluidisé, dans lesquels les boues sont délitées et mélangées. Toutefois, dans un incinérateur à lit fluidisé, la nature thixotropique des boues est un frein à la bonne dispersion des boues. Elle nécessite d'augmenter l'excès d'air pour augmenter le brassage du lit fluidisé et donc le délitement des boues. Intrinsèquement, cela augmente le temps nécessaire au mélange des boues avec l'air et donc augmente le temps de combustion des boues, limitant ainsi la charge des incinérateurs. Objectifs de l'invention L'invention a pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, un objectif de l'invention est de proposer un procédé de traitement des boues contenant de la matière organique présentant une siccité élevée, en pratique comprise entre 15% et 50% en poids, permettant de diminuer fortement la viscosité des boues. Un autre objectif est de mettre en oeuvre, dans au moins un mode de réalisation, un procédé de traitement de telles boues comprenant au moins une étape de pompage lors de laquelle les pertes de charge sont réduites et/ou la consommation énergétique des pompes est réduite. Un autre objectif de l'invention est de mettre en oeuvre, dans au moins un mode de réalisation, un procédé de traitement comprenant une étape de séchage optimisée et ce, quel que soit le type de sécheur utilisé. Un autre objectif de l'invention est de mettre en oeuvre, dans au moins un mode de réalisation, un procédé de traitement comprenant une étape d'incinération, au cours de laquelle la rapidité d'oxydation des boues, liée à la siccité des boues en entrée est améliorée. 3. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un procédé de traitement de boues contenant de la matière organique présentant une siccité comprise entre 15 et 50 % en poids, ledit procédé comprenant au moins une étape de traitement physique, thermique ou physicochimique desdites boues. Selon l'invention, un tel procédé comprend une étape préliminaire à ladite au moins une étape de traitement consistant à mixer lesdites boues, sans addition d'eau ou de vapeur d'eau, de façon à les déstructurer et donc à réduire leur viscosité mécaniquement de telle sorte que d'un fluide thixotropique les boues deviennent un fluide chargé, ceci en vue de faciliter leur traitement lors de ladite au moins une étape de traitement physique, thermique ou physico-chimique. Les inventeurs ont en effet constaté que, de façon surprenante, soumettre les boues à un mixage à haute vitesse, permettait de résoudre les différents problèmes techniques cités ci-dessus rencontrés lors du pompage, du séchage ou de l'incinération des boues. Cette étape préliminaire permet en pratique de modifier le profil rhéologique des boues. Ainsi les boues mixées selon l'invention montrent un profil rhéologique s'assimilant à celui d'un simple fluide chargé. Selon l'invention, ladite étape préliminaire consistant à mixer les boues est mise en oeuvre sans addition dans celles-ci d'eau ou de vapeur d'eau - ou de toute autre fluide qui contribuerait à la dilution des boues. L'intensité et la durée du mixage des boues selon l'invention seront choisies en fonction de la nature et/ou de l'origine de celles-ci. Dans un mode de réalisation de l'invention, ladite étape préliminaire consistant à mixer lesdites boues comprend l'introduction de celles-ci dans un mixeur comprenant une chambre cylindrique munies de pales rotatives, ayant une géométrie adaptées, montées sur un axe tournant à une vitesse de rotation supérieure à 500 tours/min et pouvant aller jusqu'à 4000 tours/min. Préférentiellement, ladite vitesse de rotation sera choisie entre 1000 tours/min 5 et 2000 tours/min. Dans un mode de réalisation, lesdites boues ont un temps de séjour dans ledit mixeur compris entre 1 seconde et 2 minutes. Dans un mode de réalisation de l'invention, ladite au moins une étape de traitement physique des boues est une étape de pompage. 10 La performance des procédés de traitement de boues de siccité élevée comprenant au moins une étape de traitement par pompage est, selon l'art antérieur, limitée par le fait que ces boues montrent le profil rhéologique d'un fluide thixotropique, correspondant à un état en phase plastique impliquant des contraintes de cisaillement élevées. Dans un tel état, le pompage est donc difficile, entraînant des 15 pertes de charge importantes et/ou une consommation énergétique importante des pompes assurant le pompage. Les inventeurs ont démontré qu'en mettant en oeuvre l'étape préliminaire selon la présente invention, il était possible d'obtenir des boues déstructurées, ayant le profil rhéologique d'un fluide chargé, et dont le traitement par pompage est facilité. 20 Selon une variante, le procédé selon l'invention comprend au moins deux étapes successives de séchage, une première étape de séchage mise en oeuvre avec un sécheur de type « en couche mince », suivie d'une deuxième étape mise en oeuvre avec un sécheur de type « bande ». On pourra toutefois envisager d'utiliser tout type de sécheur dans le cadre de la mise en oeuvre de la présente invention. 25 Les procédés de l'art antérieur pour le séchage des boues de siccité élevée montrent aussi une efficacité réduite du fait du profil rhéologique de telles boues. Ces boues sont, de par leur nature thixotropique, difficilement malléables, donc difficiles à étaler dans les sécheurs. Or, pour observer un bon transfert thermique dans les sécheurs, les boues doivent être bien étalées. Les inventeurs ont démontré qu'en 30 mettant en oeuvre l'étape préliminaire selon l'invention, il était possible d'obtenir des boues déstructurées, ayant le profil rhéologique d'un fluide chargé, et dont le séchage est facilité. Ce traitement optimisé s'adapte à tous les types de sécheurs de boues, y inclus les sécheurs de type « en couche mince » et de type « bande ». Suivant les technologies de séchage utilisées, différents avantages sont obtenus, y inclus une augmentation de la capacité de séchage des boues, une augmentation de la siccité finale des boues séchées, un étalement et séchage des boues améliorés, une diminution totale ou partielle du « back-mixing » (consistant à mélanger de la boue séchée avec la boue fraiche pour passer la phase plastique), une augmentation des rendements de production, une diminution de la consommation énergétique, et/ou l'obtention de boues plus malléables. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, ladite au moins une étape de traitement physico-chimique des boues est une étape d'incinération en lit fluidisé. La performance des procédés de traitement de boues de siccité élevée de l'art antérieur comprenant au moins une étape de traitement par incinération en litfluidisé est généralement réduite. Dans de tels incinérateurs, les boues à traiter se délitent et se mélangent sous l'action du lit fluidisé. Pour cela, il est parfois nécessaire d'augmenter l'excès d'air à l'intérieur de l'incinérateur afin de favoriser le brassage de la boue et donc son délitement. La charge de tels incinérateurs, ainsi que la limite de siccité des boues entrantes, sont dépendantes de la vitesse de combustion des boues et de la température de la voûte des incinérateurs, lesquelles sont dépendantes du facteur de délitement des boues. Les boues de siccité élevées, conduisent à un temps de délitement desdites boues long, ce qui augmente le temps nécessaire à leur combustion. Les inventeurs ont démontré qu'en mettant en oeuvre l'étape préliminaire de mixage des boues selon la présente invention, il était possible d'obtenir des boues déstructurées, ayant le profil rhéologique d'un fluide chargé, et dont le traitement par incinération est facilité. En effet, le délitement desdites boues déstructurées est facilité (autrement dit la vitesse de délitement est augmentée). Il s'en suit que le mélange du comburant avec le combustible est facilité, entraînant une accélération de la combustion, et in fine une optimisation de la charge à traiter. Dans un mode de réalisation de l'invention, ledit procédé comprend en outre une étape de chauffage des boues préalablement ou lors de ladite étape préliminaire. Un tel chauffage aide encore à la déstructuration des boues. 4. Description d'un mode de réalisation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de celle-ci, donnée à titre de simple exemple illustratif et non limitatif. Le procédé selon l'invention a été testé sur une installation de séchage dans laquelle les boues sont amenées par pompage, cette installation comprenant : une pompe, un sécheur de type couche mince ; un sécheur de type bande. A titre de boues à sécher, ont été utilisées des boues provenant de la station d'épuration de la ville de Thionville mettant en oeuvre une boue activée classique, lesdites boues à sécher présentant une siccité de 20 % en poids de matières sèches. Les boues à traiter ont été, selon l'invention, mixées avant d'être pompées vers l'installation de séchage. A titre comparatif, l'installation de séchage a été mise en oeuvre sur les mêmes boues non mixées. Le mixage des boues a été effectué dans un mixeur comprenant une chambre cylindrique munie de pales montées rotatives sur un axe. Une vitesse de rotation de 2000 tours/minute et un temps de séjour des boues dans la chambre de 2 à 4 20 secondes. Sans mixage préliminaire des boues, des boues présentant une siccité comprise entre 65 % et 70 % en poids ont été obtenues en sortie de l'installation de séchage. La charge de l'installation a du être limitée à 1,6 m3/h. La consommation électrique observée pour le sécheur de type couche mince a été de 16 KWh/h. 25 Avec mixage préliminaire des boues, des boues présentant une siccité de 93 % ont été obtenues en sortie de l'installation de séchage. La charge de l'installation a pu être montée à 2,0 m3/h. La consommation électrique observée pour le sécheur de type couche mince a été de 12 KWh/h pour la même durée de fonctionnement pour une charge de 1,6 m3/h et de 15 kWh/h pour une charge de 2 m3/h. 30 Le mixage des boues a donc permis une amélioration du séchage, à savoir l'obtention de boues séchées présentant une siccité augmentée de plus de de 20 %, tout en permettant, à même charge, une économie d'énergie de près de 25 %. L'impact positif de l'invention sur le pompage des boues a également pu être observé. Plus précisément, les pertes de charge dues au pompage ont été divisées par deux.5 REVENDICATIONS1. Procédé de traitement de boues contenant de la matière organique présentant une siccité comprise entre 15 et 50 % en poids, ledit procédé comprenant au moins une étape de traitement physique ou physicochimique desdites boues, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préliminaire à ladite au moins une étape de traitement consistant à mixer lesdites boues, sans addition d'eau ou de vapeur d'eau, de façon à les déstructurer et à abattre leur viscosité de telle sorte que d'un fluide thixotropique les boues deviennent un fluide chargé, ceci en vue de faciliter leur traitement lors de ladite au moins une étape de traitement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape préliminaire consistant à mixer lesdites boues comprend l'introduction de celles-ci dans un mixeur comprenant un chambre cylindrique munies de pales montées rotatives sur un axe tournant à une vitesse de rotation comprise entre 500 tours/min et 4000 tours/min. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite vitesse de rotation est comprise entre 1000 tours/min et 2000 tours/min. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que lesdites boues ont un temps de séjour dans ledit mixeur compris entre 1 seconde et 2 minutes. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ladite au moins une étape de traitement physique des boues est une étape de séchage. 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comprend deux étapes successives de séchage, à savoir une première étape de séchage mise en oeuvreavec un sécheur de type « en couche mince », suivie d'une deuxième étape mise en oeuvre avec un sécheur de type « bande ». 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ladite au moins une étape de traitement physico-chimique des boues est une étape de pompage. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ladite au moins une étape de traitement physico-chimique des boues est une étape d'incinération en lit fluidisé. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il inclut une étape consistant à chauffer les boues préalablement ou lors de ladite étape préliminaire.15