Brevet FR3030486A1 — publié le 20160624

DISPOSITIF ET PROCÉDÉ POUR LE TRAITEMENT DE BOUE La présente invention se rapporte à un dispositif et à un procédé pour le traitement de boue avec un additif pulvérulent, tel que notamment de la chaux, au sein d'une extrudeuse bivis corotatives présentant un rapport longueur/diamètre inférieur à 20 et comprenant un moyen d'asservissement permettant de réguler le débit d'alimentation en additif pulvérulent en fonction du débit d'alimentation en boue. Le dispositif et le procédé de la présente invention s'appliquent particulièrement aux boues d'épuration après déshydratation de celles-ci. Etat de la technique Il est connu de traiter les boues d'épuration par un additif pulvérulent, tel que notamment de la chaux. Cette opération, connue sous le nom de chaulage lorsque l'additif pulvérulent est de la chaux, permet une hygiénisation du matériau, une réduction des odeurs, une amélioration des possibilités de manutention, une neutralisation des éléments traces métalliques et un renforcement de la valeur agronomique. Concrètement, la chaux vive réagit avec l'eau contenue dans la boue, ce qui a pour effet, d'une part d'augmenter la température car la réaction est exothermique, et d'autre part de diminuer la teneur en eau par transformation de la chaux vive en chaux éteinte. Selon les normes sanitaires en vigueur, une boue est hygiénisée lorsque son pH reste supérieur à 12 pendant toute la durée du stockage et que la température de réaction a été supérieure à 55°C pendant 75 minutes ou tout autre couple temps/température équivalent (tel que 58°C pendant 5 minutes). Dans les procédés connus, le mélange de chaux et de boue s'effectue avec des outils relativement rustiques, soit à l'aide de mono-vis, soit à l'aide de mélangeurs spécifiques à pales ou socs de charrue et le résultat final est souvent grossier, avec un mélange fortement hétérogène. Cette hétérogénéité du mélange implique une hétérogénéité de l'action de la chaux sur les organismes pathogènes : à faibles doses, le pH n'est pas uniformément égal à 12 et des reprises de fermentation sont souvent observées. Aussi, pour respecter la législation, le surdosage est fréquent. Exprimés en dose de chaux éteinte, qui représente environ 1.3 fois la dose de chaux vive, les minima actuellement requis sont d'environ 30%. Cependant, en pratique, pour assurer un stockage de longue durée et éviter les reprises de fermentation, ces concentrations atteignent très fréquemment 50%, voire 60% dans certains cas. Ces surdosages entrainent une forte augmentation des coûts de fonctionnement des stations d'épuration qui se répercutent de facto sur les factures d'eau des abonnés. La Demanderesse a décrit, dans le brevet français FR 2 940 800, un procédé de traitement de boue dans une extrudeuse bivis corotatives. Le dispositif utilisé dans ce procédé n'était toutefois pas adapté à une utilisation dans une station d'épuration. Il est en effet souhaitable que le dispositif aient des dimensions réduites et qu'il soit mobile afin de pouvoir répondre aux besoins ponctuels de petites installations, comme des stations d'épuration rurales. Les présents inventeurs ont trouvé qu'une extrudeuse bivis corotatives présentant un rapport longueur/diamètre inférieur à 20 permet de garantir un mélange d'une grande qualité tout en ayant des dimensions réduites. De plus, le dispositif mis au point par les présents inventeurs permet de limiter la quantité d'additif pulvérulent utilisé pour traiter la boue grâce au mode d'introduction dudit additif pulvérulent dans le dispositif et au contrôle de son débit en fonction du débit et de la qualité de la boue à traiter. Résumé de l'invention L'invention a pour objet un dispositif (1) pour le traitement de boue avec un additif pulvérulent, ledit dispositif comprenant : -un fourreau (2) renfermant deux vis (3, 3') corotatives, lesdites vis dudit fourreau étant constituées de trois zones (4, 5, 6) successives, la première zone (4) assurant le transport de la boue et de l'additif pulvérulent, la deuxième zone (5) assurant le mélange de la boue et de l'additif pulvérulent et la troisième zone (6) assurant le transport du mélange de boue et d'additif pulvérulent ; - une entrée d'alimentation en boue (7) débouchant en amont de la première zone (4) ; - une entrée d'alimentation en additif pulvérulent (8) débouchant au niveau de la première zone (4) ; - une sortie (9) du mélange de boue et d'additif pulvérulent en aval de la troisième zone (6) ; - un moyen d'asservissement (10) permettant de réguler le débit d'alimentation en additif pulvérulent en fonction du débit d'alimentation en boue ; ledit dispositif (1) présentant un rapport longueur/diamètre inférieur 20, de préférence inférieur à 17, plus préférentiellement inférieur à 14. L'invention a également pour objet un procédé de traitement de boue par extrusion, pouvant avantageusement être mis en 30 oeuvre avec le dispositif selon l'invention, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - introduction de boue dans une extrudeuse bivis corotatives ; - introduction d'un additif pulvérulent dans l'extrudeuse en aval de l'entrée de la boue ; - mélange de la boue et de l'additif pulvérulent dans l'extrudeuse ; - récupération du mélange de boue et d'additif pulvérulent en sortie de l'extrudeuse ; dans lequel le débit d'alimentation en additif pulvérulent est régulé en fonction du débit d'alimentation en boue et dans lequel le temps de séjour de la boue dans l'extrudeuse 10 est inférieur à 2 minutes, en particulier inférieur à 90 secondes, plus particulièrement inférieur à 1 minute. Figures La figure 1 est une représentation schématique du dispositif selon l'invention. 15 La figure 2 est une représentation des doubles vis corotatives et des différentes zones de transport et de mélange. La figure 3 représente un graphique en trois dimensions du niveau de gris de chaque pixel d'une image numérisée d'un 20 échantillon de boue traitée par de la chaux avec le dispositif selon l'invention. Dispositif Comme représenté aux figures 1 et 2, le dispositif (1) de la présente invention comprend un fourreau (2) à double vis 25 corotatives. Les vis (3, 3') dudit fourreau (2) sont des vis corotatives totalement interpénétrées. Les vis (3, 3') du dispositif selon l'invention présentent chacune un rapport longueur/diamètre inférieur à 20, de 30 préférence inférieur à 17, plus préférentiellement inférieur 14, la longueur correspondant à la longueur totale de la vis, exprimée en mm, et le diamètre correspondant au diamètre nominal de la vis, exprimé en mm. Ce rapport longueur/diamètre spécifique permet en effet d'obtenir un mélange de boue et d'additif pulvérulent homogène tout en optimisant le dimensionnement du dispositif. Lesdites vis sont constituées de trois zones successives. Ainsi, chaque zone comprend deux segments de vis (3, 3'). Avantageusement, les trois zones peuvent être assemblées et démontées facilement. Cela permet en effet de limiter les coûts d'entretien lors du renouvellement des pièces clés de l'organe de mélange. Ainsi, chaque zone peut être constituée d'un ou plusieurs modules qui sont emboités sur un arbre, par exemple un arbre muni de cannelures qui permettent avantageusement de solidariser les modules à l'arbre. La première zone (4) assure le transport de la boue depuis l'entrée d'alimentation en boue (7) jusqu'à la deuxième zone (5) ainsi que le transport de l'additif pulvérulent depuis l'entrée d'alimentation en additif pulvérulent(8) jusqu'à la deuxième zone (5).La deuxième zone (5) assure le mélange de la boue et de l'additif pulvérulent et le transport dudit mélange jusqu'à la troisième zone (6). La troisième zone (6) assure le transport du mélange de boue et d'additif pulvérulent jusqu'à la sortie du fourreau. La fonction de la zone, c'est-à-dire le transport et/ou le mélange de matière, est déterminée par la géométrie des segments de vis (3, 3') de chaque zone. En effet, une zone dans laquelle les filets des deux vis sont dans le sens direct, c'est-à-dire que le sens d'avancement des filets est le même que le sens de rotation des vis, permet de transporter le matériau. Le pas du filet détermine la vitesse de transport : plus le pas est grand, plus la vitesse de transport est grande. Une zone dans laquelle les filets sont dans le sens indirect, c'est-à-dire que le sens d'avancement des filets est l'inverse du sens de rotation des vis, permet de malaxer le matériau. Dans une telle zone, on constate une accumulation de matière avec des recirculations tridimensionnelles permettant un mélange très efficace. Ainsi, les segments de vis (3, 3') de la première zone (4) et de la troisième zone (6) du dispositif (1) selon l'invention ont des filets dans le sens direct alors que les segments de vis (3, 3') de la deuxième zone (5) ont des filets dans le sens indirect. Selon un mode de réalisation particulier, la première zone (4) comprend trois modules. Le premier module peut notamment présenter un pas rapide afin d'éviter l'accumulation de boue au niveau de l'entrée d'alimentation en boue (7). Le deuxième module peut notamment présenter un pas lent. Le troisième module peut notamment présenter un pas rapide afin d'éviter l'accumulation d'additif pulvérulent au niveau de l'entrée d'alimentation en additif pulvérulent (8). Selon un mode de réalisation particulier, le pas rapide peut notamment être un pas compris entre 100 et 200 mm, en particulier entre 125 et 175 mm, plus particulièrement entre 140 et 160 mm. Selon un mode de réalisation particulier, le pas lent peut notamment être un pas compris entre 10 et 70 mm, en particulier entre 20 et 60 mm, plus particulièrement entre 30 et 50 mm. Selon un mode de réalisation particulier, la deuxième zone (5) comprend deux modules, chaque module comprenant 4 30 bilobes, chaque bilobe étant décalé de -30° par rapport au bilobe qui le précède. Selon un mode de réalisation particulier, la troisième zone (6) comprend deux modules et éventuellement une filière. Le premier module peut notamment présenter un pas rapide afin d'éviter l'accumulation matière après la zone de mélange. Le 5 deuxième module peut notamment présenter un pas lent afin de ralentir la matière avant la sortie du dispositif et atteindre ainsi un taux de remplissage de l'extrudeuse maximal. Le pas rapide et le pas lent peuvent notamment être tels que définis ci-dessus. La filière peut notamment 10 permettre de mettre en forme le matériau sortant du dispositif selon l'invention. Le dispositif (1) selon l'invention comprend également une entrée d'alimentation en boue (7) débouchant en amont de la première zone (4) ainsi qu'une entrée d'alimentation en 15 additif pulvérulent (8) débouchant au niveau de la première zone (4). Le mélange de boue et d'additif pulvérulent est évacué du dispositif (1) par une sortie (9) située en aval de la troisième zone (6). Selon un mode de réalisation préféré, l'entrée 20 d'alimentation en boue (7) peut comprendre un dispositif d'alimentation en boue. Ledit dispositif d'alimentation en boue a pour fonction de défloculer la boue et d'assurer un débit constant dans le fourreau (2). En effet, pour optimiser la déshydratation mécanique, des floculants sont 25 ajoutés à la boue avant le chaulage. Ils confèrent à la boue une structure grumeleuse et relativement collante. Le dispositif d'alimentation en boue a pour rôle de briser ces grumeaux pour obtenir une structure plus fine. Cela facilite en effet la dispersion de l'additif pulvérulent dans la boue 30 et augmente la surface d'échange. Le dispositif d'alimentation en boue comprend, par exemple, un fourreau renfermant une mono-vis. Cette disposition a le double avantage de réguler le débit de boue entrant dans le dispositif et de défloculer la boue. L'entrée d'alimentation en additif pulvérulent (8) débouche au niveau de la première zone (4). De préférence, l'entrée d'alimentation en additif pulvérulent (8) est éloignée de la deuxième zone (5), notamment afin d'éviter la formation d'un bouchon. Par exemple, l'entrée d'alimentation en additif pulvérulent (8) est située entre 1/2 et 3/4 de la longueur de la première zone (4) dans le sens du transport. Selon un mode de réalisation préféré, ladite entrée d'alimentation en additif pulvérulent (8) comprend une vis d'Archimède. En effet, ce mode d'introduction permet une incorporation maximisée de l'additif pulvérulent dans la boue et donc une meilleure homogénéisation du mélange de boue et d'additif pulvérulent. Selon un mode de réalisation particulier, la vis d'Archimède assurant l'alimentation en additif pulvérulent présente un pas compris entre 10 et 50 mm, en particulier entre 20 et 40 mm, plus particulièrement entre 25 et 35 mm. Le dispositif selon l'invention comprend également un moyen d'asservissement (10) permettant de réguler le débit d'alimentation en additif pulvérulent en fonction du débit d'alimentation en boue et de la quantité d'additif pulvérulent que l'on souhaite incorporer dans la boue. Ainsi, le moyen d'asservissement (10) peut notamment comprendre un moyen permettant de déterminer le débit à l'entrée d'alimentation en boue (7), un moyen pour contrôler la vitesse de rotation des vis (3, 3') du fourreau (2) ainsi qu'un moyen permettant de contrôler le débit à l'entrée d'alimentation en additif pulvérulent (8). Par exemple, un capteur de couple, peut être fixé sur l'arbre de la monovis du dispositif d'alimentation en boue. La mesure du couple associée au pas de ladite monovis permet de calculer le débit d'alimentation en boue à l'entrée du dispositif ainsi que la vitesse de rotation des bivis corotatives du dispositif et la vitesse de rotation de la vis d'Archimède alimentant le dispositif en additif pulvérulent. Le fourreau (2) et la double vis (3, 3') forment un dispositif de mélange assimilable à une extrudeuse bivis corotatives telle qu'on en rencontre dans le domaine du traitement des matières plastiques. Des différences notables sont toutefois la géométrie de la double vis (succession des différentes zones), l'absence de chauffage du fourreau (qui n'est pas nécessaire dans le cas des boues) et la présence d'une entrée d'alimentation en additif pulvérulent tel que de la chaux. Procédé Le procédé objet de l'invention est un procédé de traitement de boue avec un additif pulvérulent par extrusion. Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre en introduisant de la boue dans une extrudeuse bivis corotatives puis en introduisant un additif pulvérulent dans l'extrudeuse en aval de l'entrée de la boue. Le débit d'alimentation en additif pulvérulent est régulé en fonction du débit d'alimentation en boue. La boue et l'additif pulvérulent sont ensuite mélangés et ledit mélange est récupéré en sortie de l'extrudeuse. Le temps de séjour de la boue dans l'extrudeuse est inférieur à 2 minutes, en particulier inférieur à 90 secondes, plus particulièrement inférieur à 1 minute. Le temps de séjour de la boue dans l'extrudeuse peut notamment être supérieur à 15 secondes, en particulier supérieur à 30 secondes, plus particulièrement supérieur à 45 secondes. Le procédé selon l'invention peut notamment être mis en oeuvre avec le dispositif (1) de l'invention décrit ci-dessus. Toutes les caractéristiques du dispositif (1) de l'invention s'appliquent donc au procédé selon l'invention. De préférence, la boue est défloculée avant d'être introduite dans l'extrudeuse. La défloculation peut notamment être réalisée avec une mono-vis tel que décrit ci-dessus. Avantageusement, la mono-vis de l'étape de défloculation transporte directement la boue vers l'entrée d'alimentation en boue (7) de l'extrudeuse (1). Cela permet notamment de réguler le débit de boue entrant dans le procédé en fonction de la vitesse de rotation et du pas de la mono-vis utilisée pour la défloculation. La boue entrant dans le procédé selon l'invention peut 15 notamment présenter une teneur en matières sèches comprise entre 15 et 30%, en particulier entre 20 et 25% en poids par rapport au poids de la boue. L'additif pulvérulent est introduit dans l'extrudeuse en aval de l'entrée d'alimentation en boue (7). Selon un mode 20 de réalisation préféré, l'entrée d'alimentation en additif pulvérulent (8) se fait avant l'étape de mélange. En effet, si l'additif pulvérulent est introduit dans le procédé lors de l'étape de mélange, on risque de former un bouchon. L'additif pulvérulent entrant dans le procédé selon 25 l'invention peut notamment être de la chaux ou de la boue sèche. Selon un mode de réalisation préféré, l'additif pulvérulent est de la chaux. Ce mode de réalisation permet de réaliser le chaulage de la boue afin de l'hygiéniser. La chaux peut 30 notamment être de la chaux vive et contient majoritairement de l'oxyde de calcium (CaO) . Lorsque la chaux vive entre en contact avec l'eau contenue dans la boue, une réaction exothermique conduit à la formation de chaux éteinte, c'est-à-dire d'hydroxyde de calcium (Ca(OH)2). La chaux utilisée peut notamment présenter une granulométrie comprise entre 10 et 200 micromètres. Selon un mode de réalisation particulier, le rapport entre la masse de chaux et la masse totale de chaux et de boue introduite dans le fourreau est inférieur 35%, en particulier inférieur à 30%, plus particulièrement inférieur à 25%, de façon plus particulière inférieur à 20%. Un tel dosage est suffisant pour obtenir une boue traitée respectant les préconisations sanitaires car la qualité de mélange est nettement supérieure aux procédés couramment mis en oeuvre. Selon un mode de réalisation particulier, l'additif pulvérulent est de la boue séchée. Ce mode de réalisation permet d'augmenter la siccité de la boue afin de la rendre moins collante et plus facile à mettre en oeuvre. Selon un mode de réalisation particulier, le rapport entre 20 la masse de boue sèche et la masse totale de boue sèche et de boue introduite dans le fourreau est compris entre 20% et 60%, en particulier entre 25% et 50%. Selon un mode de réalisation particulier, le débit de boue traitée avec le procédé de l'invention est supérieur à 500 25 kg/heure, en particulier supérieur à 750 kg/heure, plus particulièrement supérieur à 900 kg/heure. Selon un mode de réalisation particulier, le débit de chaux est compris entre 15 et 150 kg/h, en particulier entre 30 et 125 kg/h, plus particulièrement entre 60 et 100 kg/h. Le degré d'homogénéité du mélange obtenu en sortie (9) de l'extrudeuse peut être relié à la planéité de la surface topographique des niveaux de gris mesurée sur une image numérisée du mélange tel que décrit dans le test de niveau de gris ci-après. Le procédé selon l'invention peut notamment permettre d'atteindre une variance du niveau de gris de la surface topographique inférieure à 20%, en particulier inférieure à 15%, plus particulièrement inférieure à 10%. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. L'invention va être décrite plus en détails à l'aide des figures et des exemples suivants qui sont donnés à titre purement illustratif. EXEMPLES Méthodes de mesure Le degré d'homogénéité du mélange est mesuré en analysant une image numérisée d'un échantillon de boue traitée selon l'invention avec le logiciel ImageJ en libre-accès sur internet. Le logiciel permet de mesurer le niveau de gris de chaque pixel de l'image numérisée et de calculer la variance du niveau de gris pour l'échantillon en appliquant la formule : où V(X) est la variance ; n est le nombre de pixels ; xi représente la valeur du niveau de gris de chaque pixel i; m représente la moyenne des valeurs xi avec i nombre entier allant de 1 à n. Exemple 1 : La boue est traitée avec de la chaux dans un dispositif (1) comprenant un fourreau (2) renfermant deux vis corotatives (3, 3') ayant chacune une longueur de 1m50 et un diamètre nominal de 80 mm. Le rapport L/D du dispositif est de 18,75. Chaque vis comprend une première zone (4) de transport, une deuxième zone (5) de mélange et une troisième zone (6) de transport. La première zone (4) comprend trois modules successifs, le premier module et le troisième module ayant un pas de 150 mm 15 et le deuxième module ayant un pas de 40 mm. La deuxième zone (5) comprend deux modules successifs, chaque module comprenant 4 bilobes, chaque bilobe étant décalé du bilobe précédent de -30°. La troisième zone (6) comprend deux modules successifs, le 20 premier module ayant un pas de 150 mm et le deuxième module ayant un pas de 40 mm. Le dispositif est alimenté en boue avec un débit de 1 tonne/heure. La boue entrant dans le dispositif (1) est acheminée par un dispositif d'alimentation comprenant une 25 pompe à rotor excentré monobloc 0.8-2 m3/h (modèle 25GVA6 de chez PCM). Le dispositif est alimenté en chaux avec un débit de 50 kg/heure. La chaux entrant dans le dispositif (1) est acheminée par un dispositif d'alimentation comprenant une vis d'Archimède. La vis d'Archimède a une longueur de 500 mm, un diamètre nominal de 40 mm et un pas de 30 mm. La chaux entre dans le dispositif au niveau du deuxième module de la première zone (4) de transport. Le mélange de boue et de chaux est récupéré en sortie (9) du dispositif. La chaux répartie au sein de la boue réagit avec l'eau contenue dans la boue ce qui entraine une montée en température et une destruction des microorganismes. La figure 3 montre que le mélange de boue et de chaux obtenu en sortie de dispositif (1) est homogène. En effet, l'image numérisée d'un échantillon de boue traitée par de la chaux tel que décrit ci-dessus présente une surface topographique des niveaux de gris relativement plane. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) pour le traitement de boue avec un additif pulvérulent, caractérisé en ce qu'il comprend : -un fourreau (2) renfermant deux vis (3, 3') corotatives, lesdites vis dudit fourreau étant constituées de trois zones (4, 5, 6) successives, la première zone (4) assurant le transport de la boue et de l'additif pulvérulent, la deuxième zone (5) assurant le mélange de la boue et de l'additif pulvérulent et la troisième zone (6) assurant le transport du mélange de boue et d'additif pulvérulent ; - une entrée d'alimentation en boue (7) débouchant en amont de la première zone (4) ; - une entrée d'alimentation en additif pulvérulent (8) débouchant au niveau de la première zone (4) ; - une sortie (9) du mélange de boue et d'additif pulvérulent en aval de la troisième zone (6) ; - un moyen d'asservissement (10) permettant de réguler le débit d'alimentation en additif pulvérulent en fonction du débit d'alimentation en boue ; ledit dispositif présentant un rapport longueur/diamètre inférieur à 20, de préférence inférieur à 17, plus préférentiellement inférieur à 14. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisée en 25 ce que l'entrée d'alimentation en additif pulvérulent (8) comprend une vis d'Archimède. 3. Procédé de traitement de boue par extrusion caractérisée en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - introduction de boue dans une extrudeuse bivis 30 corotatives ; - introduction d'un additif pulvérulent dans l'extrudeuse en aval de l'entrée de la boue ;- mélange de la boue et de l'additif pulvérulent dans l'extrudeuse ; - récupération du mélange de boue et d'additif pulvérulent en sortie de l'extrudeuse ; dans lequel le débit d'alimentation en additif pulvérulent est régulé en fonction du débit d'alimentation en boue et dans lequel le temps de séjour de la boue dans l'extrudeuse est inférieur à 2 minutes, en particulier inférieur à 90 secondes, plus particulièrement inférieur à 1 minute. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le traitement de la boue par extrusion est réalisé dans le dispositif selon la revendication 1 ou 2. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le débit de boue traitée est supérieur à 500 kg/heure, 15 en particulier supérieur à 750 kg/heure, plus particulièrement supérieur à 900 kg/heure. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la boue est défloculée avant d'être introduite dans l'extrudeuse. 20 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'additif pulvérulent est de la chaux. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le rapport entre la masse de chaux et la masse totale de chaux et de boue introduite dans le fourreau est inférieur à 25 35%, en particulier inférieur à 30%, plus particulièrement inférieur à 25%, de façon plus particulière inférieur à 20%. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'additif pulvérulent est de la boue sèche. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce l'image numérisée de la boue en sortie de l'extrudeuse présente une variance du niveau de gris de la surface topographique inférieure à 20%, en particulier inférieure à 15%, plus particulièrement inférieure à 10%.