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VI-TRAITEMENT DES BOUES

I) Gnralits: I.1. Origine des boues I.2. Objectifs viss

II) Classification: III) Nature des boues: Facteurs caractrisant la nature des boues

Facteurs caractrisant la structure des boues IV) Traitement des boues IV-1 Stabilisation: IV-1.1. Stabilisation chimique

IV-1.2. Stabilisation arobie IV-1.3. Digestion anarobie IV-2 Conditionnementet Dshydratation: IV-2.1. Procds de conditionnement

Conditionnement chimique Conditionnement thermique

IV-2.2. Dshydratation Filtration Centrifugation Lit de schage

V) Destination finale des boues: V-1 Valorisation agricole et recyclage V-2 Mise en dcharge V-3 Incinration

VI) Conclusion: Rcapitulatif des voies dlimination des boues

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I) GENERALITES I.1 Origine des boues

Une station dpuration peut produire, lorigine,

trois grandes catgories des boues:

Boues de traitement

primaire Boues de traitement

physico-chimiques

Boues de traitement

biologique

Lors du travers du

dcanteur primaire Lors des ractions

physicochimiques de

coagulation, floculation

Lors du traitement

bactrien, clarificateur

Boues : Effluents liquides fortement chargs en matires solides (avec des

concentrations en solide de 1 10 %, soit 10 100 g/l). Constitues de matire organique

frache, trs fermentescible, et de matires minrales dissoutes ou insolubles.

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I.2 Objectifs viss

Rduire leur teneur en eau : du simple paississement par gravit en passant

par une dshydratation partielle (moins de 80 % deau), jusqu un schage

presque total (5 10 % deau),

Stabiliser la matire organique : en diminuant sa fermentescibilit pour

rduire ou mme supprimer les mauvaises odeurs,

Hyginiser : si ncessaire, en dtruisant les micro-organismes pathognes.

Dfinir une filire de traitement de ces boues passe par deux tapes

essentielles: 1) dfinir leurs caractristiques chimiques et physiques

2) rechercher la voie la plus adapte pour une destination finale prvue (valorisation, stockage, destruction)

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Les diffrentes classes des boues :

II) CLASIFICATION

Boue organique hydrophile: Classe la plus tendue. Les difficults de dshydrater ces boues sont dues la prsence de collodes hydrophiles. Ex.: boues provenant du traitement biologique deaux dorigine ERU ou ER des industries agro alimentaires, textiles , chimie organique, ptrochimie

Boue huileuse hydrophobe: Prsence dhuiles ou de graisses. Ces huiles sont en mulsions ou absorbes par les particules de boue. Ex.: eaux rsiduaires de raffineries

Boue minrale hydrophile: Ces boues contiennent des hydrophiles mtalliques (prcipits dions mtalliques: Al, Fe, Zn, Cr) Ou des floculants minraux (sels ferreux, ferriques, sels daluminium) Ex. : E.R des industries de traitement de surface (dcapace, anodisation, peinture), tanneries etc.

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Boue minrale hydrophobe: Prsence de: sables, limons, scories, sels cristalliss Ex.: E.R. de lavage de gaz de fumes (incinration ordures)

Boue minrale hydrophile hydrophobe: Ces boues contiennent principalement des matires hydrophobes contenant, elles mmes, suffisamment de matires hydrophiles pour que linfluence dfavorable de celles-ci en dshydratation deviennent prpondrante.

Boue fibreuse: Boues gnralement faciles dshydrater Ex.: E.R. des industries papeteries, pte papier, cartonneries

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III) NATURE DES BOUES

Facteurs caractrisant la natures des boues :

Concentration en matires sches (MS) (g/L) : Pour des boues liquides il est gnralement proche de la teneur en matires en suspension (MES) dtermine par filtration ou centrifugation.

Teneur en matires volatiles (MV): elle sexprime en % massique des MS. Pour les boues organiques, elle est proche de la teneur en matires organiques (MO) et est caractristique de la teneur en matires azotes.

Composition lmentaire: carbone et hydrogne: pour apprcier le degr de stabilit ou calculer le

pouvoir calorifique azote et phosphore: pour apprcier la valeur agricole de la boue mtaux: Fe, Mg, Al, Cr, Ca, Si

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Composition de leau interstitielle: substances dissoutes TAC, TA

DCO, DBO5, pH, etc

Aptitude lpaississement: Cette notion est fondamentale car llimination deau conduit une rduction trs sensible du volume.

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Aptitude lpaississement

avec H0 = taux dhumidit initial des boues e et s = les masses volumiques de leau et

du solide sec.

BOUES V0 H0

BOUES DESHYDRATEES Vf = Ve1 + Vs Hf EAU

Ve2 (Dbits volumiques)

Do :

On pose ds: densit du solide avec

V0 = ?

Pour les boues: H0 = ?

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avec Hf= taux dhumidit final des boues e et s = les masses volumiques de leau et

du solide sec.

Do :

Exercice dapplication: A laide des deux formules prcdentes calculer la rduction de volume lorsque le taux dhumidit passe de 95% 90%. Les masses volumiques du solide et de leau sont respectivement de 1200 kg.m-3 et 1000 kg.m-3.

Vf = ?

Pour les bouesdshydrates : Hf = ?

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Do

On a donc

Application numrique : do

Lorsque le taux dhumidit passe de 95 90%, le volume est ainsi rduit de moiti. Laptitude lpaississement conditionne donc le volume des ouvrages mettre en uvre de faon trs importante.

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Facteurs caractrisant la structure des boues :

Viscosit apparente: Elle permet dvaluer la capacit dune boue prendre en masse en labsence de brassage et devenir fluide lors dune agitation. Cest trs utile pour la collecte et le transport.

Analyse granulomtrique

Nature de leau contenue dans la boue:

Eau contenue dans la boue

eau libre facilement liminable

eau lie (eau capillaire, eau dhydratation, eau cellulaire, eau chimiquement lie) ncessitant plus dnergie.

La proportion deau libre et lie est dterminante pour le choix de la dshydratation. On lvalue par thermogravimtrie : courbe de perte de poids deau en fonction du temps.

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IV) TRAITEMENT DES BOUES

Objectifs du traitement: -La rduction du volume des boues - La rduction voire llimination du pouvoir fermentescible

Filires de traitement

Stabilisation (bloquer les fermentations) Conditionnement et Dshydratation Disposition ou incinration

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IV-1 Stabilisation:

Mise en uvre sur des boues riches en matire biodgradable.

Assurer la rduction du caractre fermentescible des boues organiques, pour viter les nuisances, notamment lmission de mauvaises odeurs lors de leur stockage et de leur traitement de dshydratation.

Les boues produites ltat liquide peuvent tre stabilises par des procds de traitement :

chimiques Biologiques (arobies ou anarobies)

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IV-1.1. Stabilisation chimique

Principe : lvation du pH

Ladjonction de chaux teinte (sous forme de lait de chaux)

soit en amont dun paississeur de boues pour y stopper les fermentations

soit sur les boues liquides paissies avant valorisation agricole

Mme avec des fortes doses de chaux allant jusqu 30 % en masse de la matire sche cest une stabilisation temporaire, qui nautorise pas un stockage de longue dure.

Do procds biologiques de stabilisation

Les autres ractifs possibles sont : le chlorure ferrique et les polymres organiques.

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IV-1.2. Stabilisation arobie (digestion arobie)

Principe : Les boues sont ares et non nourries dans des ouvrages semblables aux bassins daration.

La biomasse volue alors en dcroissant : lensemble se minralise.

Le taux de rduction des matires organiques est fonction :

de la dure de stabilisation, de la charge volumique, de la temprature et de la nature de la boue.

Il varie ainsi entre 15 25 % (valeur maximale).

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IV-1.3. Digestion anarobie

Principe : fermentation mthanique des boues dans des cuves fermes, labri de lair, nommes digesteurs

Taux de rduction des matires organiques : de 45 50 % en masse.

Mcanisme de la dgradation des matires organiques : 2 phases coexistent

Liqufaction (Phase acide) : les matires organiques (protines, graisses, glucides) sont dgrades par des enzymes scrtes par certaines bactries et converties en molcules plus simples : acides amins, acides gras et surtout acides volatils (formique, actique, propionique, butyrique...)

Gazification (Phase mthanogne) : les acides volatils sont consomms par dautres micro-organismes (bactries mthaniques) et transforms en dioxyde de carbone et mthane, produits ultimes de la digestion.

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Une bonne digestion des boues se caractrise par :

un pH de la masse boueuse compris entre 6,8 et 7,8 ; une concentration en acides volatils dissous infrieure 1 g/L ; une bonne production de gaz contenant 70 % en volume de mthane, qui constitue en fait le vritable baromtre dune installation de digestion.

On estime, dans le cas des eaux uses urbaines et dans de bonnes conditions de marche du digesteur, la production : 800 1 000 NL de gaz par kilogramme de matire organique dtruite (NL = normolitre) ; ou encore 400 500 NL de gaz par kilogramme de matire organique introduite.

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Digesteur unique moyen charge (doc. Degrmont) : Charge : 1,5 2 kg MVS/(m3.j), temps de sjour : 20 25 j, 35 C

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The anaerobic sludge digestion takes place in the highly visible digesters. Digesters (source: klaerwerk-online.de)

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IV-2 Conditionnementet Dshydratation

IV-2.1. Procds de conditionnement

Principe : La rupture de la stabilit collodale des boues

Conditionnement chimique On utilise : sels ferriques [FeCl3, FeSO4, Fe2(SO4)3]

et conjointement avec la chaux sels daluminium [Al2(SO4)3 18H2O, AlCl3)]

Exemple : pour les boues biologiques, le conditionnement varie suivant la teneur en matires organiques des boues entre 3 et 10 % en masse de FeCl3 et 6 30 % de Ca(OH)2

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Conditionnement thermique Cuisson par des procds technologiquement diffrents :

(procds Porteous, Farrer, Von Roll)

La boue est chauffe une temprature variant entre 160 et 210 C. Sa structure est irrversiblement transforme en librant la majeure partie de leau lie ou combine. Le temps de cuisson varie de 30 90 min.

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IV-2.2. Dshydratation

La boue mme stabilise, contient beaucoup deau: il faut la dshydrater.

Pour ce faire, de trs nombreux procds sont disponibles:

Filtre sous vide Un tambour tournant recouvert dune toile servant de support de filtration. Dpression : ~ 500 mm de mercure

Filtre presse Surpression : forte denviron 5-15 bars est applique.

Filtre bande (table dgouttage) Une toile filtrante constitue une bande dentranement. La boue sgoutte, puis elle est presse, et enfin, elle subit des cisaillements de tous ordres.

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Centrifugation La centrifugation sera employe lorsque le colmatage des autres procds est trop

rapide: cela correspond aux boues forte compressibilit.

Lit de schage Les boues reposent sur un sol artificiel compos, de haut en bas, de 2 couches:

- une couche de sable de 10 20 cm dpaisseur (granulomtrie : 0,5 1,5 mm); - une couche de gravillons 30 cm (granulomtrie 15-25 mm) ; - un systme de drains la base de cet ensemble assure lvacuation des eaux.

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Dshydratation des boues par filtre presse plateaux.

Les boues sont introduites avec le floculant (polylectrolyte) dans un mlangeur. Les boues sont alors comprimes entre une srie de plateaux.

Les filtrats provenant de ce pressage sont renvoys en tte de linstallation pour tre traits.

La presse boues est contrle automatiquement partir du coffret de commande et de protection.

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Dshydratation des boues par filtre presse plateaux.

Le principe de fonctionnement

1 Plateaux verticaux 2 Vrin hydraulique 3 Chambre de filtration 4 Toiles filtrantes 5 Alimentation des boues 6 Conduits internes dvacuation du filtrat

Diffrentes tapes dun cycle de filtration sur filtre presse

1. Montage et assemblage du filtre 2. Filtration 3. Dbatissage 4. Lavage des toiles

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Dshydratation des boues par filtre bande. Siccit obtenue: entre 16 et 22%.

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Principe de fonctionnement de la dshydratation des boues par filtre bande.

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AJOUTER 1 schma de CENTRIFUGEUSE.

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Epaississement des boues par une table d'gouttage installe au sommet d'un silo. On obtient des boues liquides paissies. Siccit obtenue: entre 5 7 %

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V) Destination finale des boues

Actuellement trois destinations ultimes sont possibles et pratiques lchelle

industrielle :

la valorisation quand elle est possible des boues : rutilisation agricole (par pandage des boues liquides, aprs compostage ou aprs schage thermique sous forme de granuls) ;

recyclage des boues industrielles ;

la mise en dcharge, en respectant les nouvelles directives europennes ;

lincinration des boues seules ou ventuellement combines aux ordures mnagres.

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V-1 Valorisation agricole et recyclage Elle est largement pratique pour les boues urbaines, mais aussi sur certaines

boues industrielles (agroalimentaires, papeterie).

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pandage:

Les boues peuvent tre pandues soit sous forme liquide (aprs paississement prliminaire), soit sous forme plus ou moins dshydrate ltat pteux ou solide.

pandage de boues

liquides laide dune

rampe adapte sur une tonne lisier.

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Compostage:

Appliqu sur des boues urbaines dshydrates conjointement avec dautres dchets organiques:

soit des matriaux secs carbons (ordures mnagres, paille, sciures, corces et dchets forestiers),

soit des matriaux humides et azots.

Il sagit dune dcomposition arobie thermophile des matires organiques.

Le mlange soumis au compostage doit avoir une humidit de 50 60 %, un rapport C/N

nexcdant pas 35 et doit tre exempt de substances toxiques.

La digestion thermophile engendre une lvation de temprature 45-70 C, qui

dtruit les germes pathognes ventuellement prsents dans les boues ; le compostage

apporte donc un effet de strilisation.

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Schage thermique:

Une seconde solution pour aboutir un produit fertilisant parfaitement strile livr sous forme de granuls ( 85-90 % de siccit)

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V-2 Mise en dcharge Destination finale la plus frquente malgr des cots de plus en plus levs et des

rglementations europennes plus draconiennes (mtaux lourds).

Arrt ministriel du 18/12/1992 et de dcret du 15/5/1997 fixent les nouvelles rgles

applicables aux dcharges de classe 1.

Ces dcharges sont destines stocker :

les rsidus de stations dpuration, deaux industrielles (sauf traitement de surface)

et les rsidus de lincinration ; les boues issues de lpuration deffluents de traitement de surface faibles teneurs

en chrome hexavalent et cyanure.

Ces dchets devront satisfaire aux contraintes :

siccit minimale 30 % de MS,

pH compris entre 4 et 13 ; caractre minral et non fermentiscible,

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V-3 Incinration Il sagit en gnral de la solution dlimination considre comme le dernier

recours, nutiliser que si les autres voies sont techniquement ou rglementairement impossibles :

- boues non valorisables, car non conformes aux la normes;

- mise en dcharge interdite ou trop coteuse, car site trop loign du lieu de production

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VI) Conclusion:

Rcapitulatif des voies dlimination des boues