Le devenir des boues d’épuration est un sujet d’actualité dans l'ensemble des pays européens. Le recyclage en agriculture, strictement réglementé au niveau de la santé publique et vis-à-vis de l’environnement, est encouragé par la Commission Européenne, à l’exception de certains États membres tournés vers l’incinération. En effet, la voie de valorisation agricole contribue au recyclage d’importants éléments pour les plantes (azote et phosphore) et participe au maintien du niveau de matière organique des sols. Dans tous les cas, la réduction du contenu en eau des boues après déshydratation, en d'autres termes l'amélioration du rendement des équipements de déshydratation des boues est un élément majeur.
Dans ce sens, Lhoist a développé une solution calci-traitement comprenant une
[Photo : L’équipement Neutralac Injecto-matic L pour la mise en œuvre du réactif.]
[Photo : Figure 2 : Matières sèches obtenues lors des essais sur filtre à bandes presseuses.]
Gamme de réactifs spécifiques Neutralac® calco-magnésiens mis en œuvre avec des équipements dédiés.
La déshydratation d'une boue d'épuration conditionnée avec une association Neutralac®-floculant organique a été mise en œuvre en amont d'une centrifugeuse, d'un filtre à bandes et d’un filtre-presse. Durant ces essais industriels, un suivi a été effectué pour quantifier les performances de la solution, ses impacts en termes de retours en PO₄³⁻ et qualifier la boue chaulée obtenue.
Accompagner les exploitants dans l’application de la directive
La mise en application de la directive 91/271/EC sur les eaux usées municipales augmentera la quantité d'eaux résiduaires à traiter. En effet, de plus en plus d'habitants seront connectés au réseau de traitement et, bien souvent, un traitement tertiaire s’avérera indispensable au respect de la directive 91/271/EC. Par conséquent, les exploitants de stations d’épuration devront faire face à une augmentation de leur production de boues et, de ce fait, devront impérativement optimiser leur gestion face à l’élévation des coûts de traitement et d’élimination.
C’est pourquoi la minimisation de la production de boues d'épuration est devenue un enjeu primordial. Étant donné que l'eau est la composante majeure des boues d'épuration, une solution pour en réduire la production consiste à optimiser le procédé de déshydratation. De nos jours, la déshydratation des boues est, dans la plupart des cas, assurée au moyen d'une centrifugeuse, d’un filtre à bandes ou d’un filtre-presse. Quel que soit l’équipement concerné, le conditionnement des boues avant l’étape de déshydratation influence l’efficacité de celle-ci. L’article présente un nouveau procédé de conditionnement des boues, le calci-traitement, qui associe un réactif calco-magnésien et un floculant organique.
Simples d'utilisation, les floculants organiques sont couramment utilisés pour le conditionnement des boues d'épuration. Cependant, hors floculant spécifique, il n'est pas possible de les associer avec de la chaux standard sans que le pH fortement basique n'altère leur performance. C’est la raison pour laquelle la société Lhoist a développé trois nouveaux réactifs compatibles avec les floculants organiques : le Neutralac® Q2 DB, un réactif à base de chaux vive défilérisée, le Neutralac® QM2 DB, un réactif à base de chaux dolomitique, et le Neutralac® CM500 DB, un réactif à base de dolomie semi-cuite.
[Photo : Figure 3 : Quantités de boues produites lors des essais sur filtre à bandes presseuses.]
Un nouveau procédé de conditionnement à travers un équipement dédié
L'utilisation de chaux, injectée directement sous forme pulvérulente ou en lait de chaux, en association à du FeCl₃ pour le conditionnement des boues d'épuration est une pratique courante. Dans ce cas, la chaux agit en tant qu’agent coagulant suite à l'apport d’ions Ca²⁺ et permet, grâce à l'augmentation de pH qu'elle induit, la précipitation des ions Fe³⁺ sous forme d’hydroxyde, phénomène à l’origine de la floculation. Ce type de conditionnement, réalisé en amont de l’outil de déshydratation, trouve notamment son intérêt pour les filtres-presses en raison de sa grande résistance aux pressions élevées.
Remarque : la gamme complète Neutralac® inclut aussi les réactifs mis en œuvre en aval des équipements de déshydratation. Les caractéristiques de l’ensemble des réactifs Neutralac® sont présentées dans le tableau 1. Les résultats présentés dans le cadre de cet article se focaliseront sur les réactifs compatibles avec les floculants organiques.
Tableau 1 : Gamme de réactifs développée par la société Lhoist pour le conditionnement des boues
Conditionnement optimum calci-traitée :
- – Minéral 12 <
- – Minéral 12 <
- – Minéral 12 <
- – Minéral 12 <
- – Organique 12 <
- – Organique 12 <
- – Organique 9,5 < 10,5
Conjointement à ce développement, la société Lhoist a mis au point un équipement fiable et simple d'utilisation, le Neutralac® Injecto-Matic L (voir figure 1), dédié à l'injection de ces réactifs dans le flux-même de boue liquide. Cet équipement permet l'injection du réactif pulvérulent au sein d’une boue liquide sans dégagement de poussières.
[Photo : Tenue en tas d'une boue calci-traitée sur un filtre à bandes presseuses.]
[Photo : Cohésion des boues déshydratées lors des essais sur filtre à bandes presseuses.]
Performance des essais industriels
Filtre à bandes presseuses
Un dosage à 30 % en poids de Neutralac® Q2 DB par rapport au poids de matière sèche a été requis en vue de garantir la stabilité du produit chaulé lors de son stockage. Lors de cet essai, le calci-traitement a permis d’augmenter la matière sèche de la boue déshydratée de 15 à 25 % (voir figure 2) et de diminuer de l’ordre de 15 % la quantité de boue produite (voir figure 3).
De plus, la boue déshydratée obtenue par calci-traitement présente une structure granuleuse et une meilleure tenue en tas (voir figure 4 et figure 5).
Ces deux dernières propriétés des produits calci-traités facilitent leur stockage et leur épandage.
Centrifugeuse
L'injection en amont d'une centrifugeuse de Neutralac® QM2 DB a permis de réduire d'environ 5 % la production de boue et, dans des conditions optimisées, de faire passer la teneur en matière sèche des boues déshydratées de 25 à 37 % (voir figure 6). Cette augmentation de la teneur en matière sèche a donné aux boues calci-traitées une structure granuleuse (voir figure 7), contribuant à leur meilleure tenue en tas et autorisant un épandage plus homogène.
[Photo : Quantités des boues produites lors des essais réalisés sur centrifugeuse.]
[Photo : Structure des boues calci-traitées en amont d'une centrifugeuse.]
Filtre presse
Un réactif à base de dolomie semi-calcinée, Neutralac® CM500 DB a été proposé ici afin d'obtenir un produit calci-traité présentant un pH lui permettant d’être composté directement après la déshydratation, besoin impératif du client. Le calci-traitement a permis d’augmenter la teneur en matière sèche de la boue déshydratée de 23 à 30 %, et ce sans augmentation de production de boue (voir figure 8 et figure 9). De plus, grâce à la meilleure cohésion et au caractère moins collant de la boue calci-traitée, la durée du débiassage est passée de 45 à 15 minutes dans le cas du calci-traitement.
[Photo : Figure 8 : Quantités des boues produites lors des essais sur filtre-presse.]
Ce dernier avantage engendre des économies de main-d’œuvre importantes.
Qualité des filtrats et centrats
Le suivi de la teneur en phosphore dans les filtrats a mis en évidence une diminution de plus de 70 % de la teneur en phosphore lors des essais de calci-traitement. Cet abattement permet de diminuer les coûts d’exploitation liés à la déphosphatation des eaux usées. D’autre part, les centrats se caractérisent par une réduction importante de leur teneur en MES.
Conclusion
Le calci-traitement est un procédé de conditionnement de boue innovant associant des réactifs calco-magnésiens à des floculants organiques et/ou minéraux. Ce procédé est efficace en amont des trois outils de déshydratation les plus courants et compatible avec les différentes voies d’élimination et post-traitements (compostage et incinération). L’essentiel est d’adapter la dose et la nature du réactif, ainsi que sa mise en œuvre, à la problématique rencontrée.
Cette étude a montré que le calci-traitement :
- - permet de chauler les boues de façon simple, sûre, homogène et contrôlée ;
- - mène à un produit dans lequel les propriétés intrinsèques de la chaux sont utilisées de façon optimale ;
- - augmente la teneur en matière sèche des boues, voire diminue la production de boue ;
- - apporte une structure granulaire facilitant le stockage et l’épandage des boues chaulées.
[Photo : Figure 9 : Teneurs en matière sèche obtenues lors des essais sur filtre-presse.]
[Photo : Figure 10 : Durée des débâtissages lors des essais sur filtre-presse.]
[Encart : Références bibliographiques
• Denkert R. and Retter E.A. Quicklime preconditioning of sludge to be dewatered in centrifuges lowers disposal costs. Water Science Technology, 1993, 28 (n° 1), pp. 223-231.
• Baratto G., Remy M., Beaudouin F., Fernandes P., Laudet A., Patria L., Borges J-P., Lesavre J. Municipal sludge liming: from the practice to a sustainable technology. The 8th European Biosolids and Biowaste Conference, 2003, Session 5 (paper 18).]
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