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Déshydratation et séchage des boues : les filières se diversifient

27 decembre 2013 Paru dans le N°367 à la page 35 ( mots)
Rédigé par : Alain VERGNE

Moins de réactifs, moins d'énergie, des équipements plus diversifiés, plus adaptés aux contraintes de chaque exploitant, mieux dimensionnés, des bilans d'exploitation optimisés : telles sont les principales tendances dans le domaine de la déshydratation des boues. Le séchage sous serre, qui se développe, concerne également désormais les grandes installations.

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Moins de réactifs, moins d’énergie, des équipements plus diversifiés, plus adaptés aux contraintes de chaque exploitant, mieux dimensionnés, des bilans d’exploitation optimisés : telles sont les principales tendances dans le domaine de la déshydratation des boues. Le séchage sous serre, qui se développe, concerne également désormais les grandes installations.

Simple en apparence, l’épaississement, la déshydratation ou le séchage des boues font bien souvent appel à un enchaînement d’opérations multiples, parfois complexes, qui visent en premier lieu à réduire leur teneur en eau jusqu’au seuil requis par la filière de valorisation retenue. Mais pas uniquement. Il faut également stabiliser les matières organiques, c’est-à-dire réduire la fermentescibilité des boues et les hygiéniser.

Mais quelle que soit la filière de valorisation choisie – valorisation agricole, compostage, incinération, ou encore la digestion anaérobie qui ouvre la voie à la valorisation énergétique par cogénération, la réduction de la teneur en eau reste un point de passage obligé. Tout l'enjeu consiste donc à définir un juste équilibre en termes d’objectif de siccité (teneur en MS) tout en tirant le meilleur parti possible du ou des procédé(s) de séparation liquide-solide.

[Encart : L’usine d’eau potable de Lovö en Suède, construite en 1933, alimente 400 000 habitants aux alentours de Stockholm. Les premières étapes du traitement de l’eau génèrent des sous-produits sous forme de boues. Ces dernières doivent être déshydratées, grâce à l’ajout de polymères avant d’être centrifugées. Mais les polymères sont difficiles à doser de manière optimale et les usines utilisent généralement des quantités supérieures aux quantités requises afin de s’assurer d’une bonne déshydratation. Cela représente une part importante des coûts d’exploitation et une surconsommation de produits chimiques. Le contrôle du dosage de polymères dans le procédé de déshydratation peut réduire de 10 à 15 % le coût des produits chimiques utilisés. Un modèle de régulation a été développé par Cerlic, filiale du groupe Eletta. Grâce à la mesure des matières en suspension présentes dans les rejets à la sortie de la centrifugeuse, il est possible d’ajuster le dosage de polymères. La sonde de mesure de matières en suspension ITX est installée sous la centrifugeuse dans une cuve d’aération. Un dosage optimum de polymères est obtenu grâce à un contrôle automatique qui régule la pompe doseuse selon le signal de sortie de l’ITX. La concentration en matières en suspension est simplement comparée à une valeur prédéfinie : si la valeur mesurée est plus haute que la consigne, le volume de polymères injectés augmente ; si elle est inférieure, le volume diminue. L’optimisation du dosage de polymères dans le procédé de déshydratation conduit à un meilleur fonctionnement du procédé tout entier. Le parfait volume de polymères est continuellement injecté. Ainsi, le volume total utilisé est réduit, ce qui implique des économies significatives. La mesure continue des matières en suspension dans les eaux rejetées permet également de détecter très rapidement une augmentation des solides due à un problème éventuel dans le procédé. Grâce à cette information, le problème peut être réglé rapidement et le procédé de déshydratation peut se poursuivre à son niveau optimum.]

Retenu(s) pour atteindre cet objectif. Celui-ci dépend de la destination finale des boues. À titre d’exemple pour les principales filières d’évacuation des boues : le compostage nécessite une siccité autour de 16 %, l’épandage agricole liquide nécessite une siccité autour de 8 %, alors que l’épandage agricole pâteux nécessite une boue pelletable qui se tient en tas, soit une siccité entre 15 et 18 % avant chaulage.

La réglementation actuelle considère les boues comme un produit spécial dont les conditions de transport et l’itinéraire même sont soumis à autorisation par les autorités. C’est pourquoi un traitement in situ (compostage, digestion, séchage…) reste la solution la plus recherchée. Dans le cas où un transport ou un stockage lointain s’imposent, il convient d’étudier l’impact de la teneur en eau sur le bilan global d’exploitation. Mais il faut également économiser l’énergie et les réactifs affectés à cette opération pour laquelle, quel que soit le procédé choisi, le conditionnement des boues reste une étape clé.

Le conditionnement des boues : une étape clé

Le conditionnement physico-chimique des boues est à la base de toute démarche de concentration des solides. Il consiste à ajouter des réactifs chimiques pour faciliter la transformation de particules colloïdales dispersées en flocs plus importants, ce qui améliorera d’autant la séparation solide-liquide. Bien menée, cette opération permet d’optimiser la consommation de réactifs tout en tirant le meilleur parti du procédé de séparation choisi. Certains réactifs ont été conçus spécifiquement pour adapter les propriétés mécaniques d’une boue aux contraintes qu’elle va subir lors du traitement, typiquement les contraintes de cisaillement en centrifugeuse par exemple. L’objectif premier du conditionnement est d’obtenir une séparation des phases liquide et solide favorisant la déshydratation.

Mais ce conditionnement physico-chimique peut être réalisé avec une grande diversité de réactifs dont la nature, mais aussi le dosage, dépendent d’un grand nombre de paramètres liés à la nature et à la composition de la boue à traiter. Car les boues, sous-produits de l’épuration, sont un matériau complexe qui doit être correctement caractérisé pour être bien conditionné ; ces deux étapes ayant une influence importante sur les performances des équipements d’épaississement et de déshydratation.

Pour faciliter cette opération et la mettre à la portée de tous les exploitants, l’IFTS a développé un équipement de laboratoire baptisé BooTest™ qui permet d’automatiser et de fiabiliser le conditionnement chimique des boues. Développé dans le cadre du Programme de Recherche Écotechnologies et Développement Durable (PRECODD) financé par l’Agence Nationale de la Recherche, le BooTest permet de standardiser les mélanges boues/floculants et les tests d’égouttage. « Il est en passe de devenir un standard européen. Grâce à sa fiabilité et à sa rapidité, la floculation s’opère en moins de 5 secondes et la filtration en moins de 60 secondes », souligne Vincent Edery, directeur général de l’IFTS.

Dans le cadre de l’adoption de la norme européenne sur le conditionnement chimique des boues en 2014, l’IFTS a réussi à reconcevoir l’appareil pour en simplifier l’usage sur le terrain dans les stations de traitement et d’épuration. Ainsi, la taille de la machine, récemment présentée sur le salon Pollutec 2013, a été réduite et sa maniabilité améliorée. Quinze experts ont déjà réalisé avec succès plus de 270 essais sur deux BooTest lors d’essais inter-laboratoires européens conduits cette année. Cet outil permet de mettre fin aux tâtonnements des exploitants en simplifiant et en fiabilisant les démarches de conditionnement. À ce titre,

[Photo : Présenté au salon Pollutec 2013, le nouveau BooTest d’IFTS affiche une taille réduite et une maniabilité améliorée.]
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[Photo : Grâce à la mesure des matières en suspension présentes dans les rejets en sortie de la centrifugeuse, il est possible d’ajuster le dosage de polymères (Procédé Cerlic).]

Il constitue un outil précieux pour optimiser le choix, la nature et le dosage d'un réactif de conditionnement.

Adequatec, qui fait ponctuellement appel à l’expertise de l'IFTS, comme récemment pour déterminer la siccité limite d’une boue industrielle particulière, a cependant conçu son propre matériel de test du fait de la nature particulière de son tambour à disques. Elle a mis au point un Adequapress miniature ayant 30 cm de long et pesant trois kilos destiné aux essais laboratoire et in situ. L’appareil reproduit fidèlement les trois étapes successives réalisées dans un tambour : l’égouttage, l’épaississement et enfin le pressage. La société a aussi un pilote de taille industrielle monté sur skid avec tous ses périphériques prêts à fonctionner. Issu de sa gamme des Adequapress hybride, ce pilote permet des essais chez le client aussi bien en épaississement qu’en déshydratation quelles que soient la concentration initiale et la nature des boues à traiter.

Cerlic, filiale du groupe Eletta, a également développé un modèle de régulation permettant d’ajuster le dosage de polymères tout en optimisant le processus de déshydratation (voir encadré page précédente). La recherche d'un optimum de siccité en déshydratation vers 25-27 % est aussi, comme l’indique Jean-Paul Chabrier du bureau d’études Enviro-Consult, un prérequis pour atteindre le meilleur équilibre énergétique dans des procédés avec une boucle de récupération interne d’énergie, comme pour le procédé Innodry 2E, distribué par Degrémont.

[Photo : Appareil de test Adequapress miniature ayant 30 cm de long et pesant trois kilos destiné aux essais en laboratoire et in situ. Il reproduit fidèlement les trois étapes successives d’égouttage, épaississement et pressage réalisées par un tambour Adequapress.]
[Encart : texte : Optimiser les flocs dans les processus de déshydratation et de séparation Classiquement, le processus classique permettant de préparer les boues en vue de leur déshydratation repose sur le conditionnement chimique à base de polymère. L'objectif consiste à optimiser la structure des flocs en lien avec des paramètres variables concernant les boues et le procédé. Les techniques actuelles ne permettent pas toujours d’atteindre ce but. Les différentes unités de déshydratation nécessitent un processus de floculation spécifique. Par conséquent, les résultats de déshydratation dépendent du bon résultat de l'étape de conditionnement. Conception du système FlocFormer Brevetée, l’unité de floculation FlocFormer, proposée par Horus Environnement, s’adapte à des conditions variées et est conçue pour des processus de séparation à base de polymère. Quatre paramètres réglables permettent au système d’être utilisé à différents débits et de répondre à une grande flexibilité en ce qui concerne les propriétés changeantes des boues et des machines de déshydratation. Le FlocFormer est un procédé à deux étapes. L'agent de floculation est injecté dans un mélangeur rapide, générant des flocs de grande taille ayant une faible résistance au cisaillement. Ils sont ensuite érodés puis compactés dans le réacteur de floculation. Le polymère peut alors développer ses pleines performances. Les produits finaux du procédé de conditionnement avec le FlocFormer sont les pellets de flocs. L'efficacité de la séparation et de la déshydratation de ces pellets est très élevée. De plus, le polymère est complètement mélangé à la boue. La propriété du polymère est pleinement activée sans avoir à surdoser. Horus Environnement annonce une amélioration des résultats de 25 % en termes de déshydratation, indépendamment des équipements utilisés : par filtre-presse à chambre, centrifuge à courant-disc, tamis circulaire ou presse à vis. La qualité de filtration s’en trouve améliorée. La consommation de polymère diminue de 30 %. Il en est de même pour les coûts de fonctionnement. De la même manière, tous les processus de séparation à base de polymère peuvent être optimisés.]

Pour des technologies de sécheurs à bandes, la cohésion des boues doit être élevée, si l'on souhaite atteindre une homogénéité de siccité en sortie des sécheurs. Pour mettre en œuvre le séchage, on observe que les réglages et le conditionnement de la déshydratation jouent à plein leur rôle.

Les polymères eux-mêmes progressent de façon constante. L’apparition de nouveaux réactifs permet d’enregistrer des gains importants en termes de déshydratation. La gamme de nouveaux réactifs hybrides chaux-polymères prêts à l'emploi Neutralac® Calci-Flo®, développée conjointement par Lhoist et SNF/Floerger, consolide le conditionnement des boues sous forme organo-minérale et revendique par

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Au-delà des techniques, les pratiques évoluent également

La nécessité d'optimiser les coûts d'exploitation des ateliers de traitement des boues contribue, au-delà de l'évolution des techniques, à modifier les pratiques d'un nombre croissant d'exploitants. Parmi les évolutions les plus notables, l'essor des solutions sur skids ou containerisées qui permettent de se passer d'un atelier en dur. Qu'il s'agisse de filtres-presses, à bandes, de presses à vis ou de centrifugeuses, il n'y a plus, aujourd'hui, de fabricants qui ne proposent pas ces solutions containerisées et/ou prêtes à brancher.

Sous l'effet de la mobilité, une autre pratique se développe : la location qui permet d'effectuer des tests, de remédier à des situations d'urgence, ou plus classiquement de mutualiser les coûts sans immobiliser un équipement dont le temps de fonctionnement sera limité. ABB Andreu Equipaments, Semeo, Rivard ou encore Simon Moos se sont spécialisés sur ce créneau. ABB Andreu Equipaments propose par exemple des centrifugeuses de 2 à 90 m³/heure de débit, avec moteur hydraulique d'actionnement et contrôle, pompe d'alimentation de boues, cadre électrique et station de préparation du floculant. Ce sont des unités totalement autonomes et prêtes à fonctionner en continu. Semeo associe à ses formules de location courtes et longues durées basées sur un parc diversifié d'unités de traitement et périphériques, des services de maintenance et de réparation. Simon Moos, à travers ses unités KSA, propose également un large parc d'unités mobiles, prêtes à intervenir dans des délais très courts.

Hydrovide réalise des unités entièrement autonomes et automatisées (centrifugeuse, station de préparation de floculant, système de chaulage) installées sur semi-remorque.

Exemple : une augmentation de 15 à 25 % de la teneur en matières sèches sur filtres à bandes et de 25 à 35 % sur centrifugeuses. Dans le cadre d'utilisation de filtres presse, cette nouvelle gamme de réactifs permet d'économiser en conditionnement entre 10 et 20 % de FeCl₃ et de prolonger la durée de vie des toiles de 20 à 30 %.

Ces nouveaux réactifs permettent également de simplifier les postes de conditionnement en diminuant d'autant les coûts d'investissement et d'exploitation. Le procédé Codecal® développé par Carmeuse permet ainsi de se passer d'un poste de fabrication de lait de chaux ou d'un malaxeur.

Choisir les réactifs les plus adaptés, optimiser les quantités utilisées, simplifier les équipements de conditionnement tout en améliorant substantiellement les résultats obtenus, le conditionnement des boues n'a plus grand-chose à voir avec ce qu'il était il y a seulement une quinzaine d'années.

Les équipements mécaniques de déshydratation, plus sobres, plus diversifiés, mieux dimensionnés progressent également.

Des équipements mécaniques qui progressent et se diversifient

Tables d'égouttage, filtres à bandes, centrifugeuses, filtres-presses, chaque type d'équipement conserve sa légitimité sur ses débouchés habituels sans qu'aucun ne puisse prétendre à l'universalité. Des avancées notables peuvent être cependant relevées. Certains équipements comme les filtres à bandes commercialisés par Andritz, Emo, Aqua Traitements ou ATR Créations bénéficient à plein des progrès enregistrés en matière de nouvelles formulations polymériques et d'un bilan énergétique assez favorable. Les équipements de dernière génération permettent d'atteindre une siccité voisine de 20 à 25 %. Relativement compacts, ils bénéficient également de l'engouement des exploitants pour les unités mobiles de traitement. Les équipements évoluent également pour élargir leur champ d'application. Chez Alfa Laval, la presse à trois bandes Klampress® intègre une zone d'égouttage permettant de déshydrater les boues dont la teneur en matières sèches est inférieure à 1 %. De ce fait, l'atelier de traitement peut se passer d'épaississeur ou de réservoir de stockage.

[Photo : La presse à trois bandes Klampress® d’Alfa Laval intègre une zone d’égouttage permettant de déshydrater les boues dont la teneur en matières sèches est inférieure à 1 %. De ce fait, l’atelier de traitement peut se passer d’épaississeur ou de réservoir de stockage.]
[Photo : EMO, avec son partenaire Ishigaki Europe, vient de commercialiser une gamme de presses à vis conçues pour déshydrater tous types de boues (11 machines de 25 à 1 300 kg MS/h).]
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[Encart : texte : Mesurer le niveau des boues digérées avant centrifugation Les boues issues du traitement des eaux usées sont traitées afin de réduire leur teneur en matières fermentescibles. Cela permet de supprimer ou de fortement diminuer les mauvaises odeurs. Diverses solutions existent pour stabiliser les boues et la plus répandue en France à ce jour est la stabilisation biologique. Sur la station de Sabarèges (33) exploitée par Lyonnaise des Eaux, la stabilisation des boues est réalisée par voie anaérobie (absence d'oxygène) dans un digesteur avec production de biogaz riche en méthane. Les boues ainsi obtenues sont appelées « boues digérées ». Compte tenu des conditions de process dans le digesteur, la mesure du niveau des boues à l'intérieur de celui-ci s'avère particulièrement délicate. Non seulement le capteur doit mesurer malgré la présence de gaz, variable en concentration et composition à l'intérieur de la bâche en béton, mais il doit aussi résister à l'agressivité des vapeurs d’ammoniac qui apparaissent périodiquement. Autant les matériaux métalliques sont résistants, autant les matériaux synthétiques se dégradent dans le temps sous les effets de l'ammoniac jusqu’à devenir cassants. Pour mesurer efficacement la hauteur des boues indépendamment de la présence de gaz au-dessus de celles-ci et malgré la présence ponctuelle de mousse en surface du produit, la mesure par capteur radar VEGAPULS s'avère être la meilleure solution. En effet, les ondes électromagnétiques se propagent indépendamment des conditions ambiantes. Contrairement à l'ultrason par exemple, aucun gaz porteur n'est nécessaire pour véhiculer le signal jusqu’au produit et garantir une mesure de qualité. Pour autant, la résistance physique du capteur aux vapeurs d'ammoniac est aussi un paramètre à prendre en compte dans le choix du capteur. Dans le cas présent, pour des questions économiques et d’homogénéisation du parc capteur, Patrick Lefrangois de la DTS de Bordeaux a décidé d'utiliser un VEGAPULS 61 standard avec antenne en matériau synthétique. Pour le protéger, le capteur a été installé à l'extérieur du digesteur et mesure au travers d'un hublot en PVC. Les matériaux synthétiques tels que le PVC sont perméables aux ondes électromagnétiques et laissent donc passer le signal radar. Dans le cas présent, le hublot PVC est aussi utilisé comme pièce d'usure. Sous l'influence des vapeurs d’ammoniac, celui-ci se dégrade petit à petit dans le temps. Le hublot est ainsi remplacé tous les deux ans pour préserver l'intégrité du radar VEGAPULS 61 et garantir une mesure de qualité. Les avantages de la mesure radar en quelques mots : La mesure radar est insensible aux gradients de température, présence de gaz, vents, pluie, neige, brouillard, condensation sur le capteur. La polyvalence du capteur radar et son absence de plage morte lui permet de résoudre de nombreux cas d'applications dans le domaine de l'eau tels que la mesure sur déversoir d'orage, débit en canal venturi, commande pompe en poste de relevage d'eaux usées... ]
[Photo : La presse de séchage Volute (technologie Amcon) d’Atlantique Industrie est composée d’une vis qui tourne à une vitesse prédéfinie et d’une succession de plusieurs anneaux fixes, mobiles et d’entretoises.]

Atelier de traitement peut se passer d’épaississeur ou de réservoir de stockage.

Les filtres-presses commercialisés par Faure Équipements, Andritz, Alfa Laval ou HB Drilling bénéficient également d'un regain d'intérêt pour leurs multiples avantages : robustes, fiables, sobres, efficaces (jusqu’à 30 à 45 % de siccité), ils sont désormais la plupart du temps automatiques. Faure Équipements conçoit et construit des unités de déshydratation des boues utilisant des filtres-presses full auto, c’est-à-dire sans présence humaine, notamment lors de la phase de débatissage. Ces filtres-presses utilisent un robot développé par Faure Équipements et qui fait l'objet de trois brevets. Sa fonction est d’assurer le débatissage et le lavage des toiles en automatique.

« Ces filtres-presses full automatiques remportent un important succès auprès de nos clients et représentent à ce jour 90 % de notre production quel que soit le secteur d'activité », explique Jean-Pierre Deltreil, Faure Équipements. « L'intérêt, bien entendu, de ces filtres-presses full auto est de fonctionner sans présence humaine et de permettre ainsi un fonctionnement en 24 h/24 et 7 j/7, là où les

[Photo : Faure Équipements conçoit et construit des unités de déshydratation des boues utilisant des filtres-presses full auto, c’est-à-dire sans présence humaine, notamment lors de la phase de débatissage. Ces filtres-presses utilisent un robot faisant l'objet de trois brevets dont la fonction est d'assurer le débatissage et le lavage des toiles en automatique.]
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Au-delà du séchage, Aqualter valorise les boues grâce au soleil

Le traitement des boues provenant des stations d’épuration pose des problèmes d’épaississement, de stabilisation, de déshydratation mécanique et de séchage. De plus, leur mise en décharge sera interdite à l’horizon 2015 et leur incinération exige le traitement des fumées.

Pour résoudre le problème, Aqualter a développé le module de séchage TerSolair comprenant une pompe à chaleur associée à l’effet de serre pour traiter des boues respectant déjà les normes en matière d’ETM (Éléments Traces Métalliques) et de COT (Composés Organiques Totaux).

Sécher les boues par effet de serre permet de les stabiliser et de réduire leur volume. Adapté aux petites et moyennes collectivités, le principe affiche des coûts d’investissement et d’exploitation inférieurs aux sécheurs thermiques. TerSolair se présente comme une vaste serre longiligne dans laquelle les boues déshydratées sont amenées par vis.

Cette serre possède une zone de préparation, une de séchage et une fosse de stockage des boues. Pour leur répartition automatique, un pont retourneur étale les boues sur une hauteur de 20 cm maximum. Il retourne de manière cyclique le lit de boues grâce à un tambour composé de deux augets symétriques sur toute la largeur du module. Tournant à basse vitesse, l’appareil intensifie les opérations d’aération et de séchage. L’utilisation de puissants ventilateurs montés dans la serre et sur le pont retourneur accélère le processus. En fin de traitement, les boues sèches sont poussées dans une fosse qui va stocker une année de traitement avant épandage.

Si le système est autosuffisant l’été grâce au soleil, il est complété l’hiver par un plancher chauffant. Alimenté par une pompe à chaleur qui récupère les calories sur l’eau en sortie de station d’épuration, ce système de chauffage prend le relais du séchage la nuit ou par manque d’ensoleillement.

En sortie de traitement, la boue se présente sous forme de granulés qui ne dégagent ni odeurs, ni poussières. Ce nouveau matériau peut être manipulé et transporté sans nuisances pour alimenter épandage, compostage ou incinération.

Mieux, pour transformer ce déchet en produit, Aqualter a conçu TerSolyge qui convertit la boue en fertilisant valorisable pour les espaces verts ou agricoles.

Pour que la boue conserve une quantité minimale d’azote et de phosphore tout en restant sans danger pour les organismes vivants et l’environnement, TerSolyge chauffe la boue sèche à 95 °C durant cinq à six heures.

Le principe fait appel à une vis d’acier inoxydable avec chauffage incorporé par effet Joule pour un traitement qui neutralise les micro-organismes pathogènes.

Le cycle contrôlé par une rotation à faible vitesse est surveillé en température et temps de séjour par un automate et des sondes thermiques.

Ces boues hygiénisées seront livrées en vrac ou big-bag, principe qui a été adopté par la ville de Papeete.

Jean Guilhem

[Photo : Sur la future station d’épuration de Chartres (200 000 eq/hab), six serres solaires couplées à trois centrifugeuses seront construites par Aqualter pour sécher les boues produites par la station, la plus grande à utiliser un tel procédé en France.]
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[Photo : Huber Technology a développé sa propre technologie de Presse à Vis avec le modèle Rotamat RoS3Q. Les premières machines ont été mises en route en 2004 en France et la société a donc aujourd’hui près de 10 ans de recul sur le procédé.]

lements disponibles pour les mises à niveau (sur de nombreuses décanteuses installées) et un système à haute pression hydraulique (HHP) pour réduire les pertes d’énergie. L’effet combiné de ces dispositifs permet de réaliser jusqu’à 40 % d’économies d’énergie, réduisant ainsi les coûts d’exploitation et le coût total de l’investissement.

À mi-chemin entre presses à bandes et décanteuses, les presses à vis, venues d’Asie, ont le vent en poupe. Leurs atouts sont réels : une faible consommation électrique, un fonctionnement sans opérateur, des siccités élevées en sortie (19-25 %), un taux de capture important, un faible coût de maintenance et des performances constantes.

Adequatec prolonge sa gamme Adequapress par une nouvelle gamme nommée Swingpress qui sera capable de traiter plus de 800 kg/MS/h avec un taux de capture supérieur à 95 %. Cette gamme est issue d’une invention qui repose sur une mise en mouvement des anneaux mobiles par des arbres excentriques extérieurs au tambour. Dès lors, aucun contact n’existe entre la vis et les anneaux mobiles, ce qui annule la résistance au frottement et permet une économie supplémentaire d’énergie d’environ 30 à 40 %. Ainsi, le diamètre des tambours peut être augmenté sans contraintes et la structure peut être, à l’avenir, sensiblement allégée par l’emploi de matériaux plus légers (PVC, PE…). Andritz vient de son côté de présenter en octobre 2013 la C-Press, une presse à vis destinée aux petites et moyennes stations d’épuration avec une capacité allant de 2 à 8 m³/h.

EMO, avec son partenaire Ishigaki Europe, vient également de commercialiser une gamme de presses à vis conçues pour déshydrater tous types de boues (11 machines de 25 à 1300 kg MS/h). Huber Technology a développé sa propre technologie de Presse à Vis avec le modèle Rotamat RoS3Q. Les premières machines ont été mises en route en 2004 en France et la société a donc aujourd’hui près de 10 ans de recul sur le procédé. « En France plus de 11 machines ont été déjà mises en route aujourd’hui avec succès, sur des stations d’épuration urbaines comme industrielles et 11 autres le seront dans les prochains mois, ce qui fait de Huber le leader de ce produit sur le marché français », indique Henry de Miramon, Directeur Général. Plus de 400 presses à vis Huber sont en fonctionnement à travers le monde. Ces machines sont très appréciées des exploitants qui plébiscitent leurs performances comparables aux centrifugeuses, pour une consommation énergétique 10 fois plus faible et leur grande facilité d’exploitation et de maintenance. Elles prennent de plus en plus la place de filtres-bandes et de centrifugeuses, lors de renouvellement.

[Photo : Alfa Laval s’apprête à lancer une presse à vis sur le marché qui sera présentée au Salon IFAT en mai 2014. Cette presse à vis, fiable, robuste (Inox 316), se présentera sous la forme d’un système de déshydratation continu, simple d’utilisation et capable de traiter de 2 à 9 mètres cubes par heure.]
[Encart : Sur centrifugeuse, le gain qualitatif du procédé Codecal® développé par Carmeuse, est matérialisé par une hygiénisation totale et homogène des boues, ainsi qu’une structure en adéquation avec un stockage et une manutention optimisées. Sur filtre-presse, les gains en productivité varient entre 50 et 80 % avec une réduction du volume des boues produites pouvant atteindre 20 %.]
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[Photo : Serres de séchage solaire en verre à Waibstadt (Réalisation Thermo-System).]

Thermo-System

de machines anciennes. Elles permettent à l’exploitant de diminuer ses coûts d’exploitation, ce qui est leur objectif en ces périodes de renouvellement de contrats avec des marges en baisse ».

Atlantique Industrie commercialise de son côté la presse de séchage Volute (technologie Amcon) composée d'une vis qui tourne à une vitesse prédéfinie à l'intérieur et d'une succession de plusieurs anneaux fixes et mobiles et d’entretoises. En tournant, la vis pousse le bord du diamètre inférieur des anneaux mobiles pour les faire bouger en continu dans les espaces, ce qui évite le colmatage. L'eau filtrée circule dans les espaces entre les anneaux. Les espaces se rétrécissent au fur et à mesure que l'on se rapproche du point d’évacuation du gâteau, de 0,5 mm dans la zone d’épaississement à 0,3 mm dans la zone de déshydratation et finalement de 0,15 mm. Le pas de la vis se rétrécit également, provoquant une pression dans le tambour de déshydratation au fur et à mesure que le volume diminue. La plaque d'extrémité augmente la pression interne et facilite la déshydratation avant l’évacuation finale du gâteau. « L’un des points forts de cet équipement, c’est son caractère autonettoyant obtenu grâce à la succession de disques mobiles et fixes qui permettent de garder le cylindre toujours propre » souligne Jean-Pierre Murzeau. Le taux de siccité en sortie presse se situe entre 16 et 40 % selon le type de boues. « Sur des boues minérales, il est possible d’obtenir des taux atteignant 40 % voire au-delà, confirme Jean-Pierre Murzeau chez Atlantique Industrie. Sur des boues urbaines, nous atteignons des taux voisins de 18-20 %. »

Alfa Laval s'apprête de son côté à lancer une presse à vis sur le marché qui sera présentée au Salon IFAT en mai 2014. Cette presse à vis, fiable, robuste (inox 316) se présentera sous la forme d'un système de déshydratation continu, simple d'utilisation et capable de traiter de 2 à 9 m³/h. Parmi les caractéristiques annoncées : une consommation électrique réduite, un niveau sonore faible, un système entièrement fermé et des coûts de maintenance faibles et maîtrisés, notamment grâce à un faible besoin en pièces détachées.

Autre solution, la presse à piston qui combine les performances du filtre-presse avec l’automatisation de la centrifugeuse dans un atelier compact et économique. Développée par Bucher, l'innovation a fait l’objet d'un partenariat avec Degrémont qui la commercialise dans le cadre de son atelier Dehydris Twist™ qui concerne toutes les tailles de stations mais cible prioritairement celles dans lesquelles une productivité et des performances élevées sans surveillance sont souhaitées.

[Encart : Bilans d’exploitation : prendre en compte l'ensemble des paramètres Le sécheur à boues Volute, développé par Amcon et commercialisé par Atlantique Industrie, permet de sécher les boues urbaines et les boues industrielles en obtenant un taux de siccité compris entre 16 et 40 % selon la nature et l’origine des boues traitées. Outre ce résultat, l’un des points forts de l’équipement réside dans la nature même de sa conception qui permet d’éviter tout colmatage, éliminant ainsi le besoin en eau de rinçage. Installée dans une cidrerie du département de l’Orne, la presse à boues Volute a permis à l’industriel de réaliser une économie de 942 € HT sur trois mois sur la base d’un mètre cube à 0,20 € sur le seul paramètre consommation d'eau (20 m³ consommé contre 4 732 m³ auparavant). « Par contre, la siccité a considérablement augmenté avec 18,5 % en moyenne avec la presse à boues Volute contre seulement 12 % avec l’ancienne presse à bandes », souligne Fabien Garin, Atlantique Industrie. « L'augmentation de la siccité en sortie de traitement a permis la réduction des rotations de benne (-55 %), ce qui contribue également à améliorer les conditions d'exploitation de la station tout entière. Enfin, la maintenance de la presse à bandes qui représentait environ 4 000 € HT/an (3 k€ pour la bande et 1 k€ pour les roulements) pourrait également s’avérer bien plus élevée que la maintenance de la presse à boues Volute évaluée à environ 3 000 € HT sur quatre ans soit 750 € par an. »]
[Photo : Adequapress DH3100 dimensionné pour fonctionner 100 heures par semaine]
[Encart : L’Adequapress évolue pour une meilleure gestion de la siccité Afin de libérer davantage l’exploitant, Adequatec a développé deux axes d’optimisation des Adequapress et qui seront proposés en standard sur la prochaine génération des Swingpress : 1- La gestion automatisée de la butée : afin de contrôler au mieux la phase de pressage, la contre-pression est régulée autour d'une consigne ajustable en fonction de la siccité voulue. Accessoirement, la gestion de la butée jusque-là manuelle, devient automatique et actionnable à distance. Ainsi, avec une consigne de pressage modérée, seule l'eau interstitielle est enlevée, assurant ainsi un excellent taux de capture et une siccité de 17 % sur des boues biologiques à partir de 3 g/l. Pour augmenter la siccité finale, par exemple jusqu'à 20 %, il suffira d'accroître la consigne de contre-pression. 2- La régulation de vitesse de la vis : afin de résorber d’éventuelles variations de la charge massique dues à des à-coups hydrauliques ou aux fluctuations de la concentration des boues, l'Adequapress intègre désormais une fonction de régulation de la vitesse de rotation de la vis de pressage. Cette évolution limite encore l'intervention de l’opérateur, fiabilise le process et garantit une plus grande stabilité des performances. Les principes qui font les points forts des Adequapress restent les mêmes : une étape de floculation séparée et optimisée permettant à l’exploitant de s'assurer visuellement de sa bonne exécution et d’éventuellement pouvoir l’optimiser. Le phénomène de raclage des anneaux fixes par les anneaux mobiles permet un nettoyage mécanique du tambour, réduisant significativement le risque de colmatage et la consommation d'eau comparés aux autres technologies y compris les presses à vis classiques « à tamis perforés ». Le tambour de l’Adequapress permet également une filtration très fine qui assure un excellent taux de capture même à contre-pression élevée.]
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[Photo : Andritz vient de présenter en octobre 2013 la C-Press, une presse à vis destinée aux petites et moyennes stations d’épuration avec une capacité allant de 2 à 8 m³/h.]

Le principe, assez simple, repose sur l'application répétée d'une pression élevée sur la boue dans une chambre cylindrique par l’intermédiaire d’un piston hydraulique. La reprise de l’eau interstitielle s’effectue par des drains cylindriques flexibles (manchon en toile filtrante sur un drain flexible en polyuréthane) montés en faisceau entre le fond du cylindre et le piston. Les boues peuvent être déshydratées jusqu’à la valeur de la siccité limite (de 25 à 40 % de siccité en urbain simplement avec du polymère, et bien plus avec d'autres conditionnements).

« La presse Bucher est compatible avec tous les conditionnements usuels et ouvre l’accès à des solutions multi-filières pour la valorisation des boues, souligne Jean-François Mischler chez Bucher. Elle permet de passer d'un conditionnement polymère à un conditionnement chlorure ferrique-chaux sans modification de l’équipement, complications ou perte de confort pour l’exploitant. Elle permet de réduire les volumes à transporter et d’obtenir des boues généralement auto-thermes pour l’incinération. »

La presse Bucher offre un déchargement automatique natif, sans équipement complémentaire et cela pour tous les types de conditionnements. L’opération se fait sans intervention humaine et sans avoir à réaliser de fréquents lavages source de perte de productivité et de temps (la périodicité des lavages automatiques est mensuelle en général).

Bucher et Degrémont équipent ou vont équiper entre autres les stations d’épuration de la Basse Zorn, Milan, Béziers, Victoriaville au Québec et des usines d’eau potable comme celle du Symeval ou de Conza en Italie.

De son côté, Bucher a également gagné la confiance de Thames Water au Royaume-Uni après une analyse poussée de la technologie. Thames Water a confié à Bucher la fourniture des équipements de déshydratation des boues pour les stations d’épuration d’Oxford, et Londres pour les stations de Long Reach et Beckton-Crossness soit une capacité totale installée supérieure à 6 millions d’équivalents habitants.

Cette diversification des équipements permet de satisfaire tous les besoins au coût le plus juste.

Autre tendance observée en matière de déshydratation, le développement du séchage sous serre qui ne se limite plus aux petites ou moyennes réalisations et concerne désormais de grandes installations.

Séchage sous serre : il s’attaque désormais aux grandes installations

L’objectif principal du séchage sous serre est d'obtenir une siccité élevée par évaporation naturelle de l’eau contenue dans la boue. La siccité annoncée avoisine les 70 à 80 %, permettant ainsi de limiter les volumes et les masses de boues sèches à stocker et à transporter entraînant ainsi une diminution des coûts. Jusqu’à une période récente, les cas d’application les plus fréquents se situaient dans le créneau des 2 000 à 50 000 équivalents-habitants. On voit désormais émerger des réalisations bien plus importantes. Veolia Eau Solutions et Technologies revendique ainsi deux réalisations majeures aux Émirats Arabes Unis à Wathba (1,2 million EH) et Allahamah (800 000 EH). Ces usines de traitement, entrées en service en 2011, exploitent des serres solaires qui permettent de traiter respectivement 70 000 et 40 000 tonnes de boues par an grâce à la technologie SoliaDry.

De son côté, Thermo-System va construire à Dubaï la plus grande installation de séchage solaire au monde. La capacité de cette installation sera de 140 000 tonnes de boues par an, ce qui représente une performance moyenne d’évaporation de 15 tonnes d’eau par heure.

[Photo : La presse Bucher est compatible avec tous les conditionnements usuels et ouvre l'accès à des solutions multi-filières pour la valorisation des boues. Elle permet de passer d’un conditionnement polymère à un conditionnement chlorure ferrique-chaux sans modification de l’équipement, complications ou perte de confort pour l’exploitant.]
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[Photo : Unité de séchage solaire située à Abu Dhabi, sur le site de Wathba (70 000 tonnes de boues traitées). Réalisation Veolia Eau Solutions et Technologies.]
[Photo : Traitement des boues de STEP industrielles, agroalimentaires et collectives par Lits de Séchage Plantés de Roseaux (LSPR) : une technologie rustique et robuste développée et mise en œuvre par IFB Environnement permettant des investissements optimisés grâce à des curages peu fréquents, une souplesse d’exploitation via un épandage indépendant de la saisonnalité et des coûts de maintenance faibles.]

L’installation, complètement automatisée, les boues seront séchées à partir de 15 à 20 % de siccité initiale pour obtenir une siccité finale de 90 %. La technologie OpenBed™ développée par Thermo-System n’utilise, comme source de chaleur, que l’énergie solaire. Il est ainsi possible d’économiser, en comparaison avec un sécheur thermique, environ 100 millions de litres de fioul par an.

Avec plus de 150 installations de séchage solaire de boues en fonctionnement et une expérience de plus de 15 ans, Thermo-System figure parmi les leaders mondiaux dans ce domaine. Fort de plus de 15 ans d’expérience, ce spécialiste du séchage solaire de boues a ainsi construit les plus grandes installations de séchage solaire en Europe, Amérique, Asie, Afrique et dans le monde. La gamme de réalisations va du séchage solaire seul en passant par le solaire-thermique jusqu’aux installations de séchage thermique. La taille des stations concernées par ces procédés commence à 1 000 éq/hab et s’étend désormais jusqu’à plusieurs centaines de milliers d’équivalents-habitants. Avec l’installation de Dubaï, le séchage solaire de boues entre, à côté du solaire-thermique, dans le monde des grandes installations. La France n’échappe pas à ce phénomène. Inauguré en avril 2012, le site de séchage solaire des boues de Tougas, à Saint-Herblain, est considéré comme le plus grand de France avec 9 600 tonnes de boues traitées par an. Sur la future station d’épuration de Chartres (200 000 éq/hab), six serres solaires couplées à trois centrifugeuses seront construites par Aqualter pour sécher les boues produites par la station, la plus grande à utiliser un tel procédé.

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[Encart : Un procédé de séchage sans flux d’air additionnel La société hollandaise GMF Gouda, qui a rejoint le groupe Andritz fin 2012, propose le sécheur à palettes pour sécher les boues préalablement déshydratées mécaniquement. L'auge, les deux arbres et les pales de ce sécheur indirect sont chauffés à la vapeur saturée 10 bar ou par de l’huile à 220 °C. Le chauffage indirect des boues évite tout flux d’air additionnel ; le volume des buées à traiter est donc limité à la quantité évaporée. C’est un grand avantage pour les boues industrielles qui peuvent contenir des agents toxiques ou nocifs. Le temps de séjour prolongé, en combinaison avec une température moyenne de 100 °C, permet la pasteurisation et le traitement sanitaire des boues urbaines. Dans ce cas, elles atteignent un taux de matière sèche d'environ 95 %. Mais cette technologie permet également de pré-sécher les boues, à environ 40 % de MS, si celles-ci sont destinées à l'incinération. Les plus gros sécheurs ont une capacité évaporatoire d'environ 6 t/h. Une unité pilote mobile en container est disponible pour essais (photo ci-dessous).]

En France, l'énergie solaire sera relayée en hiver par des planchers chauffants alimentés par le pouvoir calorifique de l'eau traitée (voir encadré ci-dessus).

Au plan technique, les procédés disponibles sur le marché se perfectionnent au même rythme qu’ils se banalisent. Les progrès concernent la réduction de l’emprise foncière ou les procédés de séchage qui se combinent, comme le procédé Loïsol de Loira (Derichebourg Aqua) qui associe séchage solaire et géothermie, réduisant la surface nécessaire de 0,7 m² pour 10 éq/hab.

La nouvelle génération de sécheurs solaires développée par OTV gagne également en fiabilité et en compacité. « Le procédé Solia+ se distingue par la configuration de ses serres, en forme d’hippodrome, au sein desquelles un robot retourneur travaille en andains », explique Malik Djafer, Veolia Eau.

Solia+™ bénéficie de trois références dont Pia (66) où une serre solaire est associée à un plancher chauffant qui permet de récupérer les calories présentes au sein des eaux usées, ainsi que Saint-Michel-en-l’Herm en Vendée.

« Rapporté au kilowatt consommé par tonne d’eau évaporée, le séchage sous serre qui permet tout à la fois de stocker et de sécher les boues figure parmi les technologies les plus compétitives », souligne Malik Djafer.

Autre axe de progrès : faire des boues séchées un véritable produit à l'image du procédé Tersolyge (voir encadré) d’Aqualter.

Thermo-System s'est également lancé avec succès dans l’hygiénisation des boues aux États-Unis où il existe des normes favorisant les boues hygiénisées. Une dizaine d'installations correspondent à ces normes. Ces installations ont même reçu une accréditation de la Environmental Protection Agency (EPA) et sont donc officiellement classées pour produire des boues hygiénisées (« CLASS A »).

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