A Langenfeld (Rhénanie), l’association de bassin de Rhénanie-du-Nord-Westphalie exploite depuis 1981 une installation centrale de déshydratation des boues pour un groupement de cinq stations d’épuration. Les boues liquides de traitement biologique de deux grandes stations d’épuration (180 000 équivalents habitant et 76 000 équivalents habitant) sont ici pompées par des conduites sous pression, de 3,5 km et 7,0 km de long. Les boues digérées des trois autres stations d’épuration sont livrées par camions-citernes. Chaque semaine, environ 3 000 m³ de boues liquides présentant des comportements différents à la déshydratation y sont rassemblés. Ces boues sont traitées en commun, après avoir été mélangées. Deux filtres-presses (Passavant) comportant chacun 110 plaques d’une taille de 2 x 2 m réduisent la teneur moyenne en eau du mélange de boues de 97 % à 59 %, et diminuent ainsi la quantité de boues à rejeter à environ 270 m³ par semaine. Le conditionnement était initialement réalisé au moyen de chaux et de fer.
En 1984, ce conditionnement a été remplacé par un nouveau procédé utilisant des polymères comme floculants.
Bien que celui-ci ait permis d’obtenir une diminution de l’usure et une réduction des coûts de déshydratation, il a fallu revenir en 1987 au conditionnement antérieur avec de la chaux et du fer, car lui seul permettait d’obtenir une stabilité suffisante du gâteau de boues sur le dépôt.
Avec le temps, de nouvelles recherches en faveur de l’amélioration de la déshydratation et de la réduction des coûts ont sans cesse été développées.
Au début de l’année 1993, le constructeur de décanteurs Westfalia Separator situé à Oelde (Westphalie) a cherché une possibilité de tester et d’optimiser les performances de sa centrifugeuse type CA 755 en déshydratation de boues digérées urbaines par rapport aux filtres-presses. Étant donné qu’aucun essai comparatif n’avait encore eu lieu entre les décanteurs et les filtres-presses, les résultats des essais pré-
[Photo : Consommation de floculant et concentration en matières solides en fonction de la charge.]
[Photo : Consommation d’adjuvant de floculation et concentration en matières solides en fonction du débit.]
Sentaient un intérêt tout particulier pour les deux parties.
Les conditions idéales d’emplacement et de technologie furent réunies sur l’installation centrale de déshydratation des boues, de sorte qu’au milieu de l’année 1993 des essais de performance furent réalisés sur plusieurs semaines, une fois les préparatifs appropriés terminés.
Conception des systèmes d’essais
Les deux filtres-presses sont installés au premier étage du bâtiment, et le gâteau est éjecté dans la trémie à boues se trouvant en dessous. Les transporteurs à chaînes acheminent les boues déshydratées à l’aire de chargement des camions.
À côté des filtres-presses, il restait suffisamment de place pour installer la centrifugeuse type CA 755 compacte (longueur × largeur × hauteur = 4,98 × 1,78 × 2,83 m).
La charge supplémentaire de 15,75 t de la machine fut absorbée par la mise en place de deux poutres d’acier en I sur les murs porteurs du bâtiment. Le poste automatique de floculation et l’armoire de commande ont été posés directement sur le sol en béton. Un des deux filtres-presses a été mis hors service, et son alimentation en boues liquides a été raccordée à la centrifugeuse par une pompe type Moineau réglable et des conduites flexibles.
La sortie de centrat du décanteur a été raccordée à la conduite de sortie de centrat du filtre-presse.
Les boues centrifugées étaient directement évacuées dans la trémie à boues au moyen d’une vis transporteuse courte.
La puissance électrique de raccordement du décanteur (par exemple, moteur d’entraînement de 200 kW) dépassant largement la capacité de puissance de l’installation centrale de déshydratation des boues, un groupe électrogène de secours mobile (750 kVA) assura l’alimentation électrique.
Déroulement du procédé
L’installation du filtre-presse à chambres étant utilisée en mode monocouche, l’installation d’essais devait recevoir et traiter la quantité totale de boues d’un train de presses. Le décanteur a déshydraté 13 000 m³ de boues liquides pendant la durée des essais. En tant qu’agent de conditionnement, un polymère liquide était utilisé pour la floculation. Il était préparé en une solution concentrée à 0,5 %, laquelle a été abaissée par dilution à la concentration habituelle d’utilisation, c’est-à-dire entre 0,1 et 0,2 %. L’addition d’eau est réglable automatiquement. L’émulsion ainsi préparée est ajoutée directement aux boues dans la canne d’alimentation du décanteur. Le polymère approprié a été déterminé par des essais préliminaires, le choix s’étant porté sur un produit de type Zetag 78FS40, en tant que produit liquide cationique et réticulé.
Pour assurer le rapport optimal des boues et de l’adjuvant de floculation, même en cas de débits et de concentrations variables, l’installation d’essais était équipée d’un régulateur automatique des quantités de floculant actionné par une mesure de la charge dans le centrat, suivant le principe du « détecteur de courant ».
Les boues de Langenfeld présentant une déshydratation difficile, la consommation spécifique de floculant était de 7,8 à 9,4 kg/t de M.L.S. (le pourcentage organique étant de 50 à 55 % dans le résidu sec et la concentration de M.S. à l’alimentation variant régulièrement).
Résultats des essais
Des essais parallèles d’une semaine ont été effectués après l’optimisation de l’installation, avec une machine plus petite dont les performances en traitement de boues digérées sont connues depuis de nombreuses années d’utilisation, à savoir un décanteur du type CA 505 monté sur une semi-remorque.
Cela a permis de vérifier le facteur de débit entre le décanteur type CA 505 et CA 755 qui est de 2,5 à 3.
Exemple :
de 35 à 40 m³ : décanteur type CA 505
de 100 à 115 m³ : décanteur type CA 755
Ensuite, une série de mesures finales (figures 1 à 3) a été effectuée dans la période du 23-08 au 01-09-1993, mon-
[Photo : Fig. 3 : Degré de séparation en fonction du débit.]
Caractéristiques techniques du décanteur
Type : CA 755-00-12, avec entraînement par deux mécanismes, breveté
Diamètre du bol : 750 mm
L/D : 4,0
Vitesse : 2 700 tr/min
Facteur g : 2 800
Pièces en contact avec le produit : acier inox 1.4468/1.4462/1.4404
Puissance d’entraînement installée :
– moteur principal : 200 kW
– moteur secondaire : 37 kW
Tableau I
Récapitulatif des données respectives d’exploitation et d’essais.
| Filtre-presse, produit utilisé depuis de nombreuses années (1995-1997) |
Filtre-presse, période des essais (06-1997) |
Décanteur, après optimisation |
| Concentration à l’alimentation : 30 % M.S. |
27 % M.S. (15-38) |
29 % M.S. (24-38) |
| Concentration à la sortie : 40 % M.S. |
40,8 % M.S. (9-42) |
30,4 % M.S. (28,2-32,6) |
Consommation spécifique de produit de conditionnement
| Chaux vive : 109 kg/t M.S. |
360 g/kg M.S. |
108 kg/t |
302 g/kg M.S. |
| Chlorure ferreux : 96 kg/t M.S. |
821 g/kg M.S. |
105 kg/t |
382 g/kg M.S. |
Polymère (opération liquide à 3 % de substance active)
| Consommation spécifique d’électricité : 1,35 kWh/t M.S. |
1,47 kWh/t M.S. |
2,7 kWh/t M.S. |
Les degrés de séparation varient entre 97,2 % et 99,2 %; les teneurs en matières solides à la sortie sont en moyenne de 30,4 % M.S. (variation de 28,2 à 32,6 % M.S.).
Si l’on compare ces résultats aux performances de déshydratation du filtre-presse pendant la période des essais avec le produit utilisé depuis longtemps (tableau I), les résidus secs du gâteau de filtration sont du même ordre de grandeur (environ 31 % M.S.), avec une réduction des produits de conditionnement (chaux et fer) pour la charge en matières solides ; les capacités de déshydratation nettes des deux procédés sont donc approximativement les mêmes.
Si l’on tient compte des avantages technologiques du fonctionnement continu et surtout des coûts de machines et de bâtiment d’ordres de grandeur différents, le décanteur hautes performances moderne présente de nets avantages par rapport au filtre-presse.
Dans la comparaison des coûts (tableau II), la valeur dominante des coûts d’élimination des déchets dans l’ensemble des coûts d’exploitation est nettement visible. Les optimisations d’exploitation doivent donc viser en premier lieu à réduire les quantités de boues à éliminer. Les différents procédés de déshydratation ne doivent toutefois pas être estimés uniquement sur les coûts d’investissement et d’exploitation ; les possibilités d’élimination représentent également un facteur décisif.
Tableau II
Récapitulatif des frais d’exploitation.
|
Filtre-presse (produit utilisé depuis de nombreuses années) |
Filtre-presse (période des essais) |
Décanteur (après optimisation) |
| Produit de conditionnement |
1 000 FRF/m³ (831 FRF/t M.S.) |
1 000 FRF/m³ (831 FRF/t M.S.) |
960 FRF/m³ (673 FRF/t M.S.) |
| Électricité |
1,20 FRF/m³ (98 FRF/t M.S.) |
1,50 FRF/m³ (123 FRF/t M.S.) |
7,20 FRF/m³ (226 FRF/t M.S.) |
| Entretien (sans personnel) |
2,40 FRF/m³ (195 FRF/t M.S.) |
2,50 FRF/m³ (203 FRF/t M.S.) |
1,00 FRF/m³ (75 FRF/t M.S.) |
| Personnel (maintenance incluse) |
5,80 FRF/m³ (472 FRF/t M.S.) |
5,00 FRF/m³ (394 FRF/t M.S.) |
2,80 FRF/m³ (210 FRF/t M.S.) |
| Coûts de déshydratation |
14,40 FRF/m³ (1 172 FRF/t M.S.) |
18,00 FRF/m³ (1 465 FRF/t M.S.) |
15,60 FRF/m³ (1 210 FRF/t M.S.) |
| Élimination des déchets |
54,20 FRF/m³ (4 416 FRF/t M.S.) |
52,80 FRF/m³ (4 301 FRF/t M.S.) |
49,20 FRF/m³ (3 741 FRF/t M.S.) |
| Frais d’exploitation |
72,00 FRF/m³ (5 588 FRF/t M.S.) |
63,20 FRF/m³ (4 991 FRF/t M.S.) |
64,70 FRF/m³ (4 846 FRF/t M.S.) |
Données de base :
Chaux vive = 360 FRF/t
Chlorure ferreux = 310 FRF/t
Polymère = 39 FRF/kg de substance active
Personnel = 240 FRF/jour
Élimination des déchets = 517 FRF/t
Autres données pour toutes les parties déshydratation :
Personnel – filtre-presse : 12 h/jour pour 3 personnes
Personnel – décanteur : 1 h/jour pour 2 personnes
Le décanteur peut être chargé hydrauliquement jusqu’à 115 m³/h et peut supporter des charges de 3 t M.S./h. Dans la plage étendue de 40 à 115 m³/h (ou 1,5 à 3 t M.S./h) testée, les degrés de séparation et les débits de déshydratation sont relativement constants et ne dépendent pas de la charge. Cela signifie, en particulier pour le degré de séparation, que le décanteur n’a pas encore atteint sa limite de débit. Toutefois, la capacité limitée de l’installation de préparation de floculant n’a pas permis d’essayer une charge plus élevée.
