Brevet FR3086941A1 — publié le 20200410

I Procédé amélioré de déshydratation de boues assistée par réactif floculant Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui du traitement de boues, qu'elles contiennent ou non de la matière organique. L'invention concerne notamment le traitement des boues issues de stations d'épuration, mélangées ou non avec d'autres déchets, ainsi que celui des boues provenant des procédés de production d'eau potable ou les boues issues d'autres procédés industriels. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de déshydratation de boues, quelle que soit leur origine, mettant en oeuvre une injection de réactif floculant, tel qu'un 10 polymère, dans celles-ci. De tels procédés sont ici qualifiés de procédés de « déshydratation assistée par réactif floculant ». Un tel procédé trouve notamment son application pour déshydrater des boues, le cas échéant déjà épaissies, présentant une siccité faible, en pratique inférieure à 15% en masse (de préférence de 2% à 7% en masse). Par « siccité des boues », on entend le 15 pourcentage en masse de matière sèche qu'elles contiennent. En effet, les boues sont des fluides composés d'un mélange de matières minérales et d'eau, et de résidus chimiques lorsqu'elles sont issues de l'industrie, et le cas échéant de matières organiques. La siccité des boues est calculée en établissant le rapport massique entre la masse de la matière sèche et la masse totale des boues. 20 Ces boues peuvent notamment être issues de procédés de potabilisation d'eau ou de procédés de traitement d'effluents domestiques ou industriels. Art antérieur Les procédés de traitement des eaux génèrent des volumes de boues importants qui s'accroissent avec le développement industriel et urbain. 25 Des procédés ont été développés au cours des dernières décennies pour réduire le volume de ces boues, notamment des procédés de déshydratation. Ces procédés de déshydratation peuvent être mis en oeuvre à l'aide de divers équipements (centrifugeuses, tambours, tables, filtres à plateaux, filtres à bandes...), et utilisent des réactifs floculant et/ou coagulant adaptés qui permettent de favoriser la 30 séparation de l'eau du reste des boues au sein de l'équipement en question. Les coûts de mise en oeuvre de ces procédés de déshydratation assistée par réactif floculant sont impactés de façon non négligeable par le coût de ce réactif. 2 Notamment, certaines boues particulièrement difficiles à déshydrater nécessitent de fortes doses de réactif floculant qui augmentent les coûts d'exploitation des installations mettant en oeuvre de tels procédés. Différents procédés ont ainsi été proposés dans l'art antérieur visant à optimiser 5 la consommation de ces réactifs floculant ou à s'affranchir de leur utilisation. On connaît ainsi de FR3030485A1 un procédé de déshydratation de boues assistée par réactif floculant comprenant une injection de réactif floculant dans les boues et une étape de déshydratation des boues qui comprend une étape préliminaire consistant à mixer les boues de façon à les déstructurer et à abattre leur viscosité. Une telle étape préliminaire est efficace pour augmenter l'affinité des boues pour le réactif floculant et corolairement augmenter l'efficacité de celui-ci au sein de l'équipe de déshydratation. Ceci permet ainsi de réduire les doses de réactif floculant devant être mises en oeuvre pour obtenir une siccité donnée de celles-ci. Toutefois, un tel procédé n'est pas satisfaisant du fait que la mise en oeuvre d'une 15 telle étape préliminaire de mixage ne permet pas, à elle seule, d'augmenter suffisamment l'affinité des boues pour le réactif floculant pour réduire de façon significative les quantités de ce réactif devant être utilisées. FR3052450A1 tente de résoudre cet inconvénient en proposant un procédé similaire qui comprend, outre l'étape préliminaire consistant à mixer les boues, une 20 étape de dépressurisation du mixeur et du réseau hydraulique d'évacuation des boues, améliorant la déstructuration des boues afin d'augmenter davantage leur affinité avec le réactif. Toutefois, la technique selon FR3030485A1 et celle selon FR3052450A1 partagent l'inconvénient de devoir être mis en oeuvre dans des installations relativement coûteuses 25 du fait de l'utilisation de mixeurs dont le coût est élevé. Objectifs de l'invention L'invention a pour objectif de proposer un procédé de déshydratation de boues permettant de résoudre au moins en partie les inconvénients de l'art antérieur et notamment ceux selon FR3030485A1 et celle selon FR3052450A1. 30 Notamment, un objectif d'au moins un mode de réalisation de l'invention, est de fournir un procédé de déshydratation de boues qui permette de réduire le coût de 3 revient d'une telle opération de déshydratation des boues tout en optimisant l'efficacité du procédé. L'invention a également pour objectifs de proposer un procédé permettant d'améliorer la siccité des boues en sortie d'un équipement de déshydratation, à 5 consommation de réactif floculant et qualité des centrats égales, et/ou d'optimiser la consommation de réactif floculant à qualité des centrats égales, et/ou à optimiser la charge des équipements de déshydratation existants tels que les centrifugeuses, et/ou à augmenter le taux de capture de la phase solide par le réactif floculant. Encore un objectif de la présente invention est de décrire un tel procédé qui 10 puisse facilement s'intégrer à un procédé de déshydratation existant et ce, sans perturber celui-ci. Un objectif de la présente invention est également de divulguer une tel procédé, qui, dans au moins dans certains modes de réalisation, peut être mis en oeuvre grâce à des équipements de déshydratation existants afin d'optimiser le fonctionnement de ceux-d. Notamment, un objectif de la présente invention est de divulguer un tel procédé permettant d'optimiser le fonctionnement de dispositifs de déshydratation de boues, tels que principalement les centrifugeuses mais aussi les filtres presses, les filtres à bandes, etc. Un objectif de la présente invention est aussi de décrire un tel procédé dont la mise en place peut se faire très facilement sans avoir à démonter ou déplacer ou remplacer l'équipement de déshydratation tel que la centrifugeuse déjà en place. Un autre objectif d'au moins un mode de réalisation est de mettre en oeuvre un tel procédé qui soit relativement peu coûteux à mettre en oeuvre. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui a pparaitront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui concerne un procédé de déshydratation de boues assistée par réactif floculant, ledit procédé comprenant une injection de réactif floculant dans les boues et une étape de déshydratation desdites boues, ledit procédé comprenant une étape préliminaire pour abaisser la viscosité et la granulométrie desdites boues avant de les évacuer via un réseau hydraulique vers ladite étape de déshydratation, caractérisé en ce que ladite étape préliminaire pour abaisser la viscosité et la granulométrie desdites 4 boues consiste en une étape de dépressurisation dudit réseau hydraulique provoquant la déstructuration par cavitation desdites boues. Une telle étape de dépressurisation du réseau hydraulique peut, par exemple, être menée pendant une durée d'au moins 0,1 seconde. 5 L'invention propose donc un procédé simple à mettre en oeuvre visant à faire subir aux boues à déshydrater une déstructuration sans qu'il soit besoin de mixer lesdites boues comme le préconisaient tant FR3030485A1que FR3052450A1. Les inventeurs se sont en effet aperçus que, de façon surprenante, la seule étape de dépressurisation des boues permet la déstructuration mécanique des boues d'une 10 façon suffisante pour améliorer de façon significative leur affinité pour le floculant. Ainsi, l'invention permet d'obtenir des résultats équivalents à ceux obtenus avec FR3052450A1 qui préconise de mixer les boues avant de leur faire subir une dépressurisation. La dépressurisation mise en oeuvre dans le cadre de l'invention pourra être créée 15 grâce à un organe déprimogène de type venturi et/ou à une vanne de régulation Le procédé selon l'invention permet ainsi d'augmenter l'affinité des boues pour le réactif floculant et corolairement d'augmenter l'efficacité de celui-ci au sein de l'équipement de déshydratation. Le procédé permet aussi d'affiner les particules les plus grosses, et/ou les plus 20 lourdes, présentes dans les boues, et de libérer potentiellement plus d'eau liée à celles- ci. Une telle augmentation d'efficacité permet soit de gagner des points de siccité en sortie de l'équipement de déshydratation à iso-consommation de réactif floculant, soit à réduire sensiblement les doses de réactif floculant devant être mises en oeuvre pour 25 obtenir une siccité donnée de celles-ci, soit à augmenter le rendement de capture de la matière organique par le réactif floculant, soit encore à augmenter la charge de l'équipement de déshydratation. Dans tous les cas, l'invention permet des économies importantes sur les coûts d'exploitation de tels équipements et les coûts d'évacuation des boues. 30 Préférentiellement, ladite étape de dépressurisation dudit réseau hydraulique consiste à appliquer audit réseau hydraulique une pression inférieure de 0,001 bar à 1 5 bar à la pression atmosphérique pendant une durée comprise entre 0,1 seconde et 30 secondes, préférentiellement entre 1 seconde et 10 secondes. L'étape de déshydratation pourra être mise en oeuvre grâce à au moins un équipement de déshydratation appartenant au groupe comprenant : une centrifugeuse, 5 un filtre à bandes, une presse à vis, un filtre presse. Le procédé selon l'invention offre une alternative économiquement intéressante du fait qu'il ne nécessite pas l'achat de mixeurs pour sa mise en oeuvre On notera que ladite étape d'injection de réactif floculant pourra être effectuée en injectant ledit réactif floculant lors ou en amont de ladite étape préliminaire. Un tel 10 réactif floculant peut par exemple, de façon classique, être un polymère. L'injection de réactif floculant pourra être effectuée en nez dudit équipement de déshydratation. On entend ici par « nez » de l'équipement le point d'entrée de celui-ci de la matière à déshydrater. Selon une caractéristique particulière d'au moins un mode de réalisation de 15 l'invention, le procédé comprend une injection de réactif coagulant dans lesdites boues lors ou en amont de ladite étape préliminaire. Un tel coagulant peut être, de façon classique du chlorure ferrique, ou un rectificateur de pH tel que du CO2. Une telle étape permet d'optimiser encore l'action du réactif floculant sur les boues. Selon une caractéristique particulière d'au moins un mode de réalisation de 20 l'invention, le procédé comprend une étape d'injection d'eau chaude et/ou de vapeur vive ou vapeur de flash et/ou de condensats lors ou en amont de ladite étape préliminaire pour préchauffer lesdites boues. Selon une caractéristique particulière d'au moins un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend en outre une injection d'eau de dilution dans lesdites 25 boues lors ou en amont de ladite étape préliminaire. Selon une caractéristique particulière d'au moins un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend également une oxygénation desdites boues lors ou en amont de ladite étape préliminaire. Le procédé selon l'invention pourra être mis en oeuvre dans une installation 30 comprenant un équipement de déshydratation de boues, des moyens d'injection de réactif floculant, et un réseau hydraulique d'acheminement des boues vers ledit équipement de déshydratation des boues incluant une pompe ainsi que des moyens de dépressurisation dudit réseau hydraulique. Ce réseau hydraulique présentera avantageusement un diamètre compris entre 0.1 mètre et 0.3 m, préférentiellement sensiblement égal à 0.15 m. Les moyens de dépressurisation pourront par exemple inclure une vanne de 5 régulation prévue sur le réseau hydraulique acheminant les boues vers l'équipement de déshydratation. Un taux de fermeture prédéterminé d'une telle vanne avec la pompe en fonctionnement permettra de créer une dépression dans le réseau hydraulique provoquant la cavitation des boues.. Liste des figures 10 L'invention, ainsi que les différents avantages qu'elle présente, seront plus facilement compris grâce à la description qui va suivre d'un mode de réalisation de celle-ci, donné à titre simplement illustratif et non limitatif, en référence aux figures, dans lesquelles : la figure 1 représente, de façon schématique, une installation pour la mise en 15 oeuvre d'un procédé selon la présente invention ; la figure 2 est un graphique indiquant les siccités obtenues grâce au procédé mis en oeuvre avec l'installation de la figure 1 d'une part et grâce à un procédé classique de l'art antérieur d'autre part. Description de modes de réalisation de l'invention 20 Installation En référence à la figure 1, l'installation comprend un équipement de déshydratation de boues 1. Dans le mode de réalisation illustré, l'équipement de déshydratation de boues comprend une centrifugeuse. Toutefois, on pourrait prévoir d'autres modes de 25 réalisation dans lesquels l'équipement de déshydratation comprendrait un filtre à bandes, une presse à vis, ou un filtre presse. Cette centrifugeuse 1 est reliée à des moyens d'amenée de boues 2 et à des moyens d'injection de polymère 3. L'installation comprend également des moyens d'amenée d'eau 6, ainsi que moyens d'injection de chlorure ferrique 6a en cas de conditionnement chimique des 30 boues. L'ajout du chlorure ferrique optionnel permet de diminuer la stabilité colloïdale des boues. 7 Les moyens d'amenée de boues 2, les moyens d'injection de polymère 3, les moyens d'amenée d'eau 6 et les moyens d'injection 6a (optionnels) de chlorure ferrique sont reliées par des canalisations, respectivement 12, 13, 16 à une cuve de mélange 7. Des vannes 22, 23, 26 permettent de distribuer dans celui-ci, respectivement les boues, 5 le polymère, et l'eau éventuellement mélangée à du chlorure ferrique. Les moyens d'amenée de boues 2, les moyens d'injection de polymère 3, et les moyens d'amenée d'eau 6 sont reliées par des canalisations, respectivement 32, 33, 36 à la centrifugeuse 1. Des vannes 42, 43, 46 permettent de distribuer, respectivement les boues, le polymère, et l'eau directement au nez de celle-ci. 10 Les canalisations 16 et 36 d'amenée d'eau respectivement à la cuve de mélange 7 et à la centrifugeuse sont équipées d'un débitmètre commun 56. On pourrait également prévoir un mode de réalisation dans lequel les canalisations d'amenée d'eau respectivement à la cuve de mélange et à la centrifugeuse sont équipées chacune d'un débitmètre. 15 L'installation décrite comprend un réseau hydraulique d'acheminement des boues vers la centrifugeuse comprenant une canalisation 11 équipée d'une pompe 5. Une vanne de régulation 10 est prévue pour pouvoir, comme expliquer ci-après, dépressuriser le réseau hydraulique et provoquer la cavitation. Dans ce mode de réalisation, le réseau hydraulique présente une longueur 20 sensiblement égale à 5,5 mètres. Toutefois, on pourrait prévoir un mode de réalisation dans lequel le réseau hydraulique présente une longueur comprise entre 1m et 10m. Par ailleurs, dans le mode de réalisation illustré, le réseau hydraulique présente un diamètre sensiblement égal à 0,15 m. Toutefois, on pourrait prévoir un mode de réalisation dans lequel le réseau hydraulique présente un diamètre compris entre 0,1m 25 et 0,3m. Comme illustré sur la figure 1, l'installation reçoit les boues mélangées à du polymère, le cas échéant du chlorure ferrique, et le cas échéant de l'eau, provenant de la cuve de mélange 7 via la canalisation commune équipée de la vanne de régulation 10. Les boues déstructurées sont acheminées vers la centrifugeuse par la canalisation 11 30 équipée de la pompes. Les boues sont mélangées à du polymère injecté en amont de l'équipement de déshydratation. 8 La vanne 10 est actionnée de façon à permettre la cavitation du mélange transitant dans le réseau. L'installation ici décrite permet d'acheminer, les boues, l'eau, le polymère à la cuve de mélange 7 et/ou directement à la centrifugeuse 1. Procédé L'installation représentée à la figure 1 a été mise en oeuvre pour déshydrater des boues digérées selon l'art antérieur d'une part et selon l'invention d'autre part. Ces boues présentaient une concentration de départ de 25 à 28 g/I de matières sèches. 10 Dans le cadre de ces expérimentations, la centrifugeuse a toujours été utilisée à sa capacité maximale (2000 G). Dans une première phase expérimentale, les vannes 22, 23, 26, 46 ont été fermées et seules les vannes 42 et 43 ont été ouvertes de façon à diriger les boues et le polymère provenant des moyens d'amenée 2 et 3 de ces composés directement en nez 15 de la centrifugeuse 1 selon une réalisation similaire à l'art antérieur. Dans une deuxième phase expérimentale, les vannes 26 et 46 ont été maintenues fermées. La vanne 22 a été maintenue ouverte, la vanne 43 a été fermée et la vanne 23 a été ouverte pour autoriser selon l'invention l'acheminement des boues et du polymère dans le circuit hydraulique, en transitant par la cuve 7. 20 Ainsi, le polymère n'est plus acheminé en nez de la centrifugeuse 1 mais transite également par la cuve 7. Durant la deuxième phase expérimentale, le mélange provenant de la cuve 7 a été pompé grâce à la pompe 5. Durant ce pompage, la vanne 10 a été partiellement fermée pendant 1 à 5 secondes, pour atteindre une consigne de débit correspondant à 25 une pression souhaité et créer ainsi une dépressurisation dans le réseau hydraulique. Cette dépressurisation provoque la cavitation et la déstructuration des boues. Au cours de chacune de ces deux phases expérimentales et pour pouvoir comparer les résultats, les conditions opératoires étaient identiques en termes de qualité de boues à traiter, de vitesse de centrifugation et de dose de polymère. On a mis en 30 oeuvre le polymère à des dosages différents, à savoir 9 kg/TMS (tonne de matière sèche), 10 kg/TMS et 11,5 kg/TMS. Dans le cadre de l'invention, la pression dans le réseau a été abaissée à 0,3 - 0.4 bar en dessous de la pression atmosphérique. 9 Les boues ne le nécessitant pas, il n'a pas été ajouté de chlorure ferrique. Les résultats de siccité des boues en sortie de la centrifugeuse 1 sont synthétisés sur le graphe représenté à la figure 2. Le graphique de la figure 2 illustre les résultats de siccité des boues en sortie de la 5 centrifugeuse selon la configuration de l'art antérieur (courbe du bas) et grâce à l'invention (courbe du haut) Ces résultats montrent qu'avec la même dose de polymère, il est possible, grâce à l'invention, d'obtenir une siccité de boues bien meilleure. En effet, l'invention décrite ici permet d'obtenir un gain d'environ 2 points de siccité. 10 Ainsi, par exemple, pour une dose de polymère de 10 kg/T MS, on a obtenu une siccité des boues de 27,9 % selon la configuration de l'art antérieur et de 29,9 % grâce à l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de déshydratation de boues assistée par réactif floculant, ledit procédé comprenant une injection de réactif floculant dans les boues et une étape de déshydratation desdites boues, ledit procédé comprenant une étape préliminaire pour abaisser la viscosité et la granulométrie desdites boues avant de les évacuer, via un réseau hydraulique incluant une pompe, vers ladite étape de déshydratation, caractérisé en ce que ladite étape préliminaire pour abaisser la viscosité et la granulométrie desdites boues consiste en une étape de dépressurisation dudit réseau hydraulique provoquant la déstructuration par cavitation desdites boues. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite étape de dépressurisation dudit réseau hydraulique consiste à appliquer audit réseau hydraulique une pression inférieure de 0,001 bar à 1 bar à la pression atmosphérique pendant une durée comprise entre 0,1 seconde et 30 secondes, préférentiellement entre 1 seconde et 10 secondes. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite étape de déshydratation est une étape de centrifugation mise en oeuvre grâce à au moins un équipement de déshydratation appartenant au groupe comprenant : une centrifugeuse, un filtre à bandes, une presse à vis, un filtre presse. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ladite étape d'injection de réactif floculant est effectuée en injectant ledit réactif floculant lors ou en amont de ladite étape préliminaire. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'injection d'eau chaude et/ou de vapeur vive ou vapeur de flash et/ou de condensats lors ou en amont de ladite étape préliminaire pour préchauffer lesdites boues. 11 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comprend une injection d'eau de dilution dans lesdites boues lors ou en amont de ladite étape préliminaire. 5 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comprend une oxygénation desdites boues lors ou en amont de ladite étape préliminaire. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il 10 comprend une injection de réactif coagulant dans lesdites boues lors ou en amont de ladite étape préliminaire.