Conçue pour une population de 60 000 équivalents-habitants, la station d’épuration de Donau-Riedlingen a démarré en 1978. Outre les résidus urbains, environ 50 % des boues proviennent d’une laiterie et d’un abattoir.
À l'origine, la déshydratation des boues résiduelles s’effectuait à l'aide de deux filtres-presses à plateaux chambrés, dont chacun comptait 60 chambres de 1 200 × 1 200 mm. En dépit du conditionnement à la chaux et au FeCl₃, la boue se laissait difficilement déshydrater.
Il y a quatre ans encore les boues déshydratées étaient utilisées pour fertiliser les sols et la capacité des filtres-presses à plateaux chambrés était suffisante. Au fil des ans, ce sont 2 000 tonnes de matière sèche, y compris les produits de conditionnement, qui ont été pris en charge par les stations, ce qui représente, compte tenu d’un taux de matières sèches de 40 %, une masse annuelle de 5 000 tonnes de boues à traiter.
La capacité des filtres-presses à plateaux chambrés n’était plus suffisante pour maîtriser ce volume : en effet, sur la base de quatre cycles de filtration par filtre-presse et par jour, et d’une production approximative de 2,6 tonnes de gâteaux par cycle, il aurait fallu disposer de 240 jours de fonctionnement par an, sans tenir compte des impératifs de la maintenance.
L’extension des filtres-presses à plateaux chambrés était donc devenue indispensable. Compte tenu de l’augmentation des prix de revient dans le domaine de l’épuration des boues, il a été décidé d’équiper le premier filtre-presse avec des plateaux à membranes et d’ajouter des plateaux chambrés supplémentaires au second.
[Photo : Le filtre-presse et ses plateaux à membranes.]
L’installation
La boue sortant des digesteurs de la station d'épuration est mélangée avec du lait de chaux et du FeCl₃ ; elle passe ensuite par un réservoir-tampon, avant de se diriger vers les deux filtres-presses.
Le traitement de la boue est conçu de façon à obtenir un taux de matières sèches de 39 à 42 % après une filtration de deux heures environ dans le filtre-presse à plateaux chambrés.
Les deux filtres-presses sont équipés de toiles filtrantes monofilament, calendrées et à bords imprégnés. Les plateaux chambrés rainurés, renforcés avec de la fibre de verre, sont de plus habillés de sous-toiles qui garantissent un drainage uniforme et protègent les toiles filtrantes. Cette mesure n'est pas nécessaire sur les plateaux à membranes, qui comportent des surfaces à picots.
Filtre-presse à membranes
[Photo : Fig. 1 – Filtre-presse à membranes. Légende : PIC : Indicateur et contrôle de pression. PC : Contrôle de pression. FIC : Indicateur et contrôle de débit. FC : Contrôle de débit. M : Motorisation.]
Caractéristiques des filtres-presses
Les filtres-presses conçus pour une filtration ou un compactage à 15 bars sont munis de plateaux filtrants de 1 200 × 1 200 mm, d’une longueur totale de 6 500 mm.
Un système de pilotage par ordinateur a été installé pour surveiller l’ensemble de l’installation de façon optimale. La pompe d’alimentation d’origine a été remplacée par une pompe neuve plus efficace. Une unité de compression des membranes à l’eau a été ajoutée.
Le filtre-presse à plateaux chambrés
Le filtre-presse à plateaux chambrés, alimenté par une pompe à piston et équipé de plateaux renforcés avec de la fibre de verre, fournit un gâteau de 30 mm d’épaisseur. Le premier filtre ayant été rééquipé avec des plateaux à membranes, la capacité du second filtre a été portée à 96 chambres, en récupérant sur chacun des filtres les plateaux chambrés les mieux conservés. Le volume et la surface filtrante correspondent approximativement aux caractéristiques du filtre à membranes. Le dispositif de sécurité de guidage de la presse n’a pas été modifié.
Le filtre-presse à plateaux à membranes
Les membranes des plateaux sont amovibles, construction qui combine les avantages de la membrane en polypropylène (laquelle a fait ses preuves depuis de nombreuses années dans l’industrie) avec ceux de la membrane interchangeable. Le matériau de la membrane est constitué par du caoutchouc thermoplastique, matériau idéal de par son élasticité, qualité particulièrement appréciée dans le cas où la formation des gâteaux, et donc le remplissage des chambres, s’effectue irrégulièrement.
Les caractéristiques du filtre sont les suivantes :
Éléments filtrants : plateaux à membranes Lenser KMZ 1200 R EP
Tableau I.
| Éléments |
Unités |
Filtre à plateaux chambrés |
Filtre avec plateaux à membranes |
| Filtre-presse |
| Épaisseur du gâteau |
(mm) |
30 |
30 |
| Quantité de chambres |
(–) |
95 |
96 |
| Surface filtrante |
(m²) |
220 |
220 |
| Vol des chambres |
(m³) |
2,96 |
2,96 |
| Pression de travail max. |
(bar) |
16 |
16 |
Caractéristiques des boues digérées
| Solides avec chaux et chlorure ferrique |
(%) |
5-7 |
| Matière sèche |
(t/an) |
1 940 |
Cycle de déshydratation
| Temps de filtration |
(min) |
120 |
40 |
| Pression finale de filtration |
(bar) |
15 |
7 |
| Volume de boues |
(m³) |
25 |
21 |
| Temps de compactage |
(min) |
— |
15 |
| Pression de compactage |
(bar) |
— |
15 |
| Laps de temps pour purge, vidange, etc. |
(min) |
20 |
20 |
| Durée des cycles |
(min) |
140 |
75 |
Résultats
| Taux de MS du gâteau |
(%) |
40 |
50 |
| Résistance au cisaillement du gâteau |
(kN/m³) |
45 |
110 |
| Charges par jour |
(–) |
4 |
6 |
| Débit des boues |
(m³/j) |
100 |
126 |
Comparaison des coûts d’épuration
| Gâteaux |
(t/an) |
4 850 |
3 880 |
| Transport + décharge (1) |
(DM/an) |
73,50 |
65,50 |
| Coûts d’épuration |
(DM/an) |
348 475 |
254 140 |
| Économie |
(DM/an) |
— |
102 335 |
(1) Ces chiffres ne sont plus tout à fait d’actualité, en Allemagne les coûts de mise en décharge s’étant entre-temps multipliés par 4 ou 5. Ce bilan d’exploitation des filtres-presses concerne l’année 1991.
Épaisseur de gâteau : 30 mm
Nombre de chambres : 96
Surface filtrante : 220 m²
Volume des chambres : 2,96 m³
Le système d’alimentation
Une pompe à axe hélicoïdal excentrique, munie d’un variateur de vitesse, alimente le filtre à membranes avec des boues conditionnées. La pompe, à un débit de 45 m³/h, fonctionne sous une pression de 7 bars. Le débit est enregistré en permanence. La pompe remplit la presse en quatre étapes successives ; le volume pompé est régulé en fonction de la pression. Le pompage est arrêté à partir du moment où les trois conditions suivantes sont obtenues :
• une quantité minimum de boue de 16 m³ a été pompée dans la presse ;
• la pression de filtration de 7 bars a été atteinte ;
• un débit minimum de 17 m³/h a été enregistré.
Le système de compactage
La compression de la membrane est faite hydrauliquement à l'aide d'une pompe à vis hélicoïdale excentrique, qui fournit de l'eau au débit de 12 m³/h sous une pression de 16 bars derrière les membranes. La pression est régulée en quatre étapes à l'aide d'un variateur de vitesse. Le compactage des gâteaux dure en moyenne 15 minutes et la montée à la pression de compactage de 15 bars s'effectue durant les 10 premières minutes. La compression est interrompue lorsque le débit pompé descend en dessous de 4 m³/h, soit après environ 15 minutes. L'eau de compression est évacuée rapidement en inversant la rotation de la pompe.
Ce processus de vidange dure cinq minutes. La figure 1 explicite les principales composantes du dispositif du filtre à membranes.
Résultats d'exploitation
Durant la première année d'exploitation, les résultats ont été enregistrés et étudiés en permanence, ce qui était facilité du fait que les deux filtres étaient utilisés avec des boues et un conditionnement identiques ; cela rendait possible la comparaison des résultats. Le calcul comparatif figurant sur le tableau 1 a été extrapolé, en adoptant l'hypothèse que soit le filtre à plateaux à membranes, soit le filtre à plateaux chambrés devaient à eux seuls pouvoir maîtriser la masse annuelle de boues.
Économies
Compte tenu des données recueillies, le taux de MS obtenu avec les membranes est de 10 % supérieur au taux obtenu avec les plateaux chambrés. À cela s'ajoute le fait que dans le cas des membranes, les gâteaux sont uniformément secs, alors que dans le cas des plateaux chambrés on observe des gâteaux nettement moins bien formés au niveau de l'orifice d'alimentation central. La réduction des gâteaux s'élevant à 20 % avec les plateaux à membranes, il en découle une économie annuelle de plus de 100 000 DM. Le filtre à membranes épurant environ 80 % du volume total des boues et compte tenu des économies réalisées, la période d'amortissement est de l'ordre de trois années.
Une économie supplémentaire serait possible du fait de la réduction de l'emploi de la chaux, dans le cas d'un conditionnement spécifique à la technique de la membrane. Les économies réalisables à l'avenir seront proportionnelles aux augmentations de coûts attendues dans le domaine de l'épuration.
Conclusion
Les plateaux à membranes permettent de faire des économies substantielles sur les coûts de transport et de mise en décharge, la siccité étant améliorée de 10 points. La différence des coûts d'investissement entre plateaux chambrés et plateaux à membranes peut ainsi s'amortir en quelques mois selon la taille du filtre-presse et la nature des boues.
Outre ce gain financier, ils présentent également des avantages techniques :
- • plus grande flexibilité de fonctionnement, la siccité souhaitée pouvant être obtenue même dans le cas où les chambres ne sont pas complètement pleines,
- • meilleures déshydratation et homogénéité des gâteaux, quelle que soit la méthode de conditionnement,
- • possibilité d'optimiser et d'adapter sans difficulté et à tout moment un procédé de filtration (thermique ou incinération par exemple),
- • temps de cycle plus court, d'où capacité accrue de filtration.
Extrait de la revue allemande « Korrespondenz Abwasser » de juin 1991, pages 832 à 834.
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