Une nouvelle conception du filtre à bande

Nous passerons rapidement en revue les différents éléments dont la synthèse a permis la naissance de cet appareil de conception entièrement nouvelle.

Le raisonnement que nous tiendrons s’applique aux boues aqueuses dont la partie solide est soit organique, soit minérale, à caractère colloïdal ou très finement divisée. Le point de départ de ce raisonnement s’applique au niveau d’une boue correctement floculée.

Aspects fondamentaux

Relation siccité-pression

Il existe une relation exclusive entre la siccité d’un gâteau de boue et la pression exercée sur ce dernier. En effet, sans entrer dans les détails physiques et chimiques traitant des forces de liaison entre les molécules d’eau et les particules solides, on peut admettre, en première analyse, que ces forces de liaison peuvent être vaincues par l’application d’une pression différentielle entre le milieu extérieur et le milieu intérieur du gâteau ; à chaque valeur de cette pression différentielle correspond une masse d’eau rémanente liée au solide.

Autrement dit, à chaque valeur de cette force de pressage et après un temps suffisamment long d’équilibrage correspond une valeur de siccité du gâteau.

La figure 1 donne un exemple de cette relation siccité-pression. Toutefois, les courbes sont différentes selon les types de boue et, par exemple, dans un réseau tel que celui montré dans la figure 2, on voit que, pour une pression de 4 bars, on peut trouver des siccités variant de 10 à 30 %. Certaines boues peuvent se classer a priori sur la partie inférieure ou supérieure du réseau de courbes en fonction de paramètres liés à leur origine, leur taux de matières organiques (cas des boues biologiques) ou la granulométrie des particules solides (cas des boues minérales).

Une autre approche pour caractériser une boue est le pressage d’un échantillon en laboratoire à une pression de référence. La siccité ainsi obtenue permet de localiser (au moins grossièrement) la courbe de la boue.

Coefficient de cisaillement superficiel

On peut attacher à un gâteau de boue une grandeur que l’on peut dénommer « coefficient de cisaillement superficiel », dont la définition est F/L (force/longueur), valeur qui sert à mesurer la résistance du gâteau au pressage sur tamis filtrant. Cette valeur correspond également à la possibilité d’exercer une

pression sur le gâteau sans observer de passage de matière à travers les mailles du média filtrant.

L’étude, ainsi qu’on le constate sur la figure 3, montre que le rapport F/L varie proportionnellement à la siccité du gâteau et qu'il est peu influencé par la nature des boues.

Choix des médias filtrants. Étagèment des pressions

Des deux considérations précédentes, il apparaît qu’à faible siccité, au début d’une opération de déshydratation, on doit exercer des pressions très faibles si l'on veut éviter le passage des matières solides à travers les opercules du média filtrant ou il faut alors réduire ceux-ci à des valeurs très réduites.

Par contre, en fin d’opération, lorsque le coefficient de cisaillement superficiel a augmenté, on peut exercer des pressions beaucoup plus fortes sur des médias beaucoup moins fins. C’est dans la première phase, où les débits d’eau sont les plus importants, qu’il faut les évacuer sous très faible pression.

Il apparaît donc bien que la même technologie n'est pas applicable entre le début et la fin de l’opération et c’est cette idée qui a présidé à la conception du nouveau filtre à bandes, lequel est donc composé de trois étages de déshydratation mettant en application les principes qui précèdent, selon le schéma de la figure 4, en fonction des dispositions suivantes.

Le module floculateur-égoutteur 6 met en application la première phase : faible pression, grosse section d’égouttage. À cet effet, la boue floculée arrive en A, au niveau d'une partie filtrante en forme de grille à barreaux (2) dont l’écartement des mailles est de l’ordre de quelques dixièmes de mm. La pression exercée à cet instant n’est que la pression statique de la colonne d'eau du déversoir à la base de la grille, soit 30 cm (ou 0,03 bar). La quantité d'eau séparée dans ce premier module représente environ 60 % de la quantité totale qui sera éliminée par l'ensemble de l'appareil.

Le module compacteur (3) est assimilable à une presse à vis. Le média filtrant est constitué par une grille à barreaux dont l’écartement décroît vers le bas. L’ajustement de la vitesse de la vis et de la pression du clapet de retenue permet d’exercer une pression contrôlée sur la boue. La quantité d’eau extraite dans ce module est d’environ 30 % de la totalité éliminée par l'appareil.

Le module de pressage (6) à bandes, de conception classique, n’extrait qu'une faible quantité d’eau du gâteau, il peut donc être équipé de toiles à faible ouverture, malgré leur résistance hydraulique. D’autre part, c'est l’avantage du procédé, la largeur de la bande peut être considérablement réduite puisqu’elle reçoit une matière déshydratée ayant déjà perdu 90 % de son eau.

La décroissance du diamètre des rouleaux presseurs permet également d’exercer des pressions croissantes. Ainsi, entre l’entrée et la sortie de la boue, la pression exercée par les différents modules varie d’une progression de l’ordre de 1 à 100. La quantité d’eau éliminée par ce dernier étage ne représente que 10 % de la totalité.

La boue déshydratée est évacuée en B.

Réalisation

Après que les différentes technologies successives aient été choisies, la réalisation du filtre a été menée en répondant à des impératifs précis :

• • Fiabilité totale du fonctionnement, nécessitant le choix de composants mécaniques standards éprouvés (réducteurs, roulements) et l’adoption de matériaux anticorrosion (tout inox de qualité 304 ou 316 L).
• • Possibilité de nettoyage intégral de l'appareil, obtenue par une conception triangulée et l’abandon des traditionnels flasques pleins : tous les organes de l'appareil peuvent ainsi être atteints par arrosage depuis une seule face de l’appareil.
• • Réglage poussé des différents éléments, afin d’être en mesure de les adapter aux différentes caractéristiques des boues rencontrées, notamment par rapport aux caractéristiques des relations siccité-pression et cisaillement-siccité. À cet effet, les huit paramètres suivants permettent de régler chacun des composants au maximum de leur rendement en fonction des caractéristiques de la boue et d’optimiser le fonctionnement global de l’appareil (capacité, rendement, siccité) : débit de la boue, débit du floculant, vitesse de l'égoutteur, vitesse du compacteur, pression du clapet, vitesse de la bande, tension de la bande, ouverture des médias.
• • Aspect modulaire. La construction de chaque élément est telle qu’il peut être utilisé séparément ou partiellement associé à un autre : en effet, en fonction de l'objectif d’exploitation de l’appareil (notamment siccité, débit), il peut apparaître que seule une partie des modules

Tableau I

est nécessaire ; on peut associer par exemple : un égoutteur et un compacteur, ensemble particulièrement adapté à de gros débits et une faible siccité (épandage de boues urbaines), ou un compacteur et une bande presseuse, solution particulièrement adaptée aux fortes siccités et aux débits moyens.

Dans cet objectif, la conception mécanique de chaque élément a conduit à réaliser des modules autonomes mécaniquement et empilables, afin de réaliser ces associations, opérations rendues faciles par la conception triangulée de l'ensemble.

Résultats

Le tableau I donne une idée des performances de l'appareil.

Conclusion

La conception et la mise en œuvre de modules étagés permettant de mettre en œuvre des solutions adaptées aux divers problèmes posés par la séparation liquide-solide correspondent à une avancée sensible dans le domaine de la filtration par bandes. La juxtaposition modulaire des différentes technologies dans un espace à la fois compact et aéré permet en effet, grâce à la variation des paramètres du système, de couvrir la gamme importante des différents types de boues.

En outre, l'utilisation d'une bande étroite en phase finale entraîne des avantages considérables de coût et de fiabilité liés à l'étroitesse de la mécanique : flexion, roulements, débit de rinçage, toiles étroites et facilités de guidage des toiles, faible encombrement, montage et installation de l'ensemble sur skid.