L'incinération des boues résiduaires par réacteur à bande fonctionnant à l'infrarouge

Ses applications possibles sont nombreuses, notamment en matière d’incinération, de régénération de charbon actif, de calcination, de pyrolyse, de séchage et de grillage de produits divers.

Nous nous intéresserons, dans le présent article, au problème de l’incinération des boues résiduaires fournies par les stations d’épuration.

Principe de fonctionnement du réacteur

Le réacteur Infratec (figure 1) est constitué essentiellement par un four à infrarouges à l’intérieur duquel circule en continu un tapis transporteur constitué d’un treillage métallique en acier réfractaire qui achemine les matières à traiter : boues, déchets ou charbon actif par exemple, qui seront, selon le problème, séchées, calcinées, pyrolysées ou réactivées en passant sous des tubes à rayons infrarouges.

Les éléments chauffants sont fabriqués en carbure de silicium, suivant une technique qui a fait ses preuves depuis plus de cinquante ans ; ils sont remarquablement efficaces pour convertir l’énergie électrique en rayonnements infrarouges. Pouvant atteindre 1 650 °C dans l’air, ils sont utilisés dans nos fours à des températures qui ne dépassent pas 1 200 °C en atmosphère neutre, ce qui leur confère une durée très longue.

La figure 2 montre le dispositif d’alimentation en matières, le convoyeur à bande continue, les tubes radiants à infrarouges implantés à faible distance, les boîtes de raccordements électriques, l’évacuation des matières réactivées ou des cendres, ainsi que la sortie des gaz d’échappement vers un système de post-traitement. Ce schéma de principe permet de juger de la simplicité du procédé.

L'incinération des boues

Le réacteur Infratec V utilisé pour l'incinération des boues résiduaires offre des avantages découlant du principe utilisé, à savoir :

• - sa construction est très simple, d'où découle une conduite aisée de l’installation et, par suite, une grande fiabilité ;
• - le montage pour mise en route ne demande qu’une trentaine de jours environ, du fait de la construction par éléments modulaires ;
• - la production de gaz d’échappement est minime car, contrairement aux autres systèmes dans lesquels une injection d’air est nécessaire pour brûler les combustibles fossiles additionnels, les produits sont incinérés dans le réacteur avec l'air qui s’y introduit naturellement à l'entrée ;
• - grâce à la relative immobilité de la boue sur bande transporteuse, et malgré une atmosphère turbulente, la production de cendres volantes est très faible (ne s’élevant qu’à 10 % des quantités fournies par les systèmes conventionnels) et cela malgré l'utilisation de râteaux rotatifs assurant une lente trituration des matières en cours d’incinération ;
• - comme conséquence du faible volume des gaz d'échappement et des cendres volantes, la consommation d’eau du laveur est minime, ce qui rend moins délicat le traitement des eaux de rejet ;
• - compte tenu de son dispositif de post-combustion et d’épuration des gaz, ainsi que de la puissance des moteurs de commande, l'installation n’absorbe qu’environ 30 % de l’énergie utilisée par les fours classiques (la consommation électrique pouvant même tomber à zéro dans le cas de boues autocombustibles) ;
• - le contrôle précis de la température est possible dans le cas de boues autocombustibles, et cela sans aucune surchauffe, grâce aux éléments infrarouges disposés en petits groupes et par apport infra-stoéchiométrique d’O₂ (apport minimal pour l’entretien de la combustion) ;
• - l'isolation du réacteur est réalisée par des couches de matériaux hautement calorifuges autorisant une mise en marche ou un arrêt très rapides de l’installation. Le démarrage ne demande environ qu’une heure, tandis qu’on ne peut pas parler, à proprement dire, d'une procédure d’arrêt, puisqu’en cas de mise hors fonctionnement du réacteur il suffit de couper les moteurs et le chauffage et de laisser le réacteur à lui-même. Le fonctionnement intermittent de l’installation est donc possible sans le moindre problème ;
• - les métaux lourds contenus dans les cendres sont plus importants que dans le cas de systèmes conventionnels (on a même mesuré des proportions de l'ordre de 100 % pour le nickel et le chrome) ; les problèmes dus à la présence de ces métaux dans l’eau de lavage des gaz d’échappement sont ainsi réduits au minimum ;
• - du fait de l’étanchéité de son carter, le réacteur peut fonctionner sans difficultés sous atmosphère protectrice ou en l’absence d’oxygène (et ses applications concernent aussi bien l'incinération de boues que la pyrolyse ou autres processus thermiques) ;
• - en raison des faibles émissions d’effluents, il est particulièrement approprié au traitement thermique des boues dangereuses ;
• - le chauffage de la postcombustion fonctionne également aux infrarouges, de sorte qu’aucune production supplémentaire de gaz due à la combustion de combustibles fossiles n’a lieu à ce niveau (ni d’ailleurs à celui du réacteur) ;
• - enfin, des économies importantes d’énergie sont rendues possibles par le préchauffage des boues non autocombustibles ou par la récupération de chaleur (dans le cas de boues autocombustibles).

La pollution de l'air

Nos appareils ne consommant pas d’énergie fossile, le volume des gaz d’échappement a été réduit de 50 % par rapport aux autres types d’incinérateurs. La grandeur et le prix des équipements de contrôle de la pollution, aussi bien que la quantité d’eau requise pour le laveur des gaz, sont donc réduits d’autant.

En outre, la vitesse des gaz de sortie étant réduite au minimum, l’entraînement de particules est faible et leur élimination peut s’effectuer par lavage (avec utilisation des eaux épurées de la station) sans intervention de turbines.

Ces facteurs, couplés avec l’usage des derniers équipements pour le contrôle de la pollution de l’air, font que les émissions de gaz de sortie des Infratec V sont au-dessous des standards exigés par la législation de la qualité de l’air en vigueur en France, en Europe et aux États-Unis (E.P.A.).

Bilan économique

Aujourd’hui, l'incinération des boues par rayons infrarouges apparaît comme la méthode la plus fiable et la plus économique. Ce procédé contrôlé de combustion des déchets peut en effet permettre d’incinérer les boues en les réduisant à des résidus stériles et sans odeur dans les proportions indiquées ci-dessous :

• - réduction en poids de 80 à 95 %,
• - réduction en volume de 80 à 95 %,
• - conversion des déchets solides en résidus inertes.

Outre ces résultats, de nombreux facteurs entrent en compte dans la comparaison entre notre procédé et les systèmes existants de traitement des boues, notamment les coûts :

• — du transport des boues (dont rotations à vide),
• — des équipements,
• — des appareils auxiliaires,
• — de l'énergie,
• — des bâtiments et de leurs annexes,
• — de l’entretien du four,
• — du temps de la mise en marche,
• — de l’assurance contre l’incendie,
• — des terrains d’épandage : dans beaucoup de cas, le prix des terrains d’épandage ou de décharge peut, à lui seul, s’élever à quatre fois celui d’une installation d'incinération,
• — de la contamination des terres cultivables par certaines boues, etc.

D’autres éléments peuvent être pris en considération :

• — marche en continu,
• — facilités d’extension,
• — impact sur l'environnement,
• — économies de devises à l'emploi de l'énergie électrique, tournant à l’avantage du système.

Possibilités d’emploi des incinérateurs

Indépendamment de leur utilisation pour l’équipement de stations nouvelles, nos incinérateurs peuvent servir à l'extension ou à la modification de stations existantes dont les boues seront d’autant mieux employées qu’elles seront partiellement autocombustibles du fait de leur prétraitement.

Une station-pilote mobile peut être amenée sur le site pour déterminer les conditions de faisabilité d'une opération projetée ; de même, des tests peuvent être pratiqués en laboratoire pour évaluer le temps d’incinération en fonction de la siccité des boues.

La capacité de nos réacteurs peut varier de 100 à 6 000 kg/h pour des pourcentages de 15 à 40 % de matières sèches.

Plus de 35 installations d’incinération établies sur le principe de nos appareils Infratec sont en service aux U.S.A. où elles fonctionnent avec un plein succès ; sur le modèle de notre station-pilote, une première application (allemande) est en cours de réalisation en Europe.

Il y a tout lieu de penser qu’en raison de ses nombreux avantages ce procédé va connaître une rapide extension en France, au moment où l'énergie électrique va de plus en plus remplacer les combustibles fossiles.

Le lagunage sur lits de tourbe :

La station de Levis-Saint-Nom (Yvelines)

Un procédé nouveau de traitement des eaux usées vient d’être mis en application en France, où l’on recense déjà 15 stations en exploitation (1) : il s’agit du lagunage sur lits de tourbe qui semble voué à un avenir prometteur.

Il concerne une voie particulièrement intéressante car elle permet de faire face à des variations importantes de débit, dans des conditions économiques avantageuses, suivant un processus qui comporte plusieurs phases :

• – un traitement primaire, consistant à séparer les boues de l'effluent ;
• – un traitement secondaire, au cours duquel l'effluent est traité par percolation à travers un lit de tourbe ;

(1) On en trouve également au Canada, en Grèce, en Espagne.