Usine Renault de Cléon. traitement des effluents et valorisation des hydrocarbures

Ces hydrocarbures représentent d'une part un danger très important pour l’environnement, d’autre part une perte financière non négligeable pour l'entreprise. Il a donc été intéressant de rechercher des solutions permettant de résoudre au mieux ces deux problèmes : obtenir des rejets compatibles avec les législations en vigueur et valoriser de manière optimale les hydrocarbures récupérés au niveau des traitements.

SCHÉMA GÉNÉRAL

La règle générale est de maintenir en condition le plus longtemps possible les liquides d’usinage. Dans cette optique chaque atelier est équipé d’installations particulières dont le type varie avec la nature du liquide d’usinage concerné (voir figures 1 et 2). Ce n’est donc qu’en cas de nécessité absolue que les bains sont vidangés.

Cette vidange se fait dans un réseau de canalisations particulier qui conduit à des installations de prétraitement spécifiques, destinées à retenir, d'une part les matières lourdes entraînées par les particules métalliques, d'autre part les phases légères, riches en hydrocarbures.

Ces phases légères piégées au niveau des prétraitements sont orientées sur le poste de régénération des huiles.

Les parties non régénérables ainsi que les boues de flottation sont incinérées avec récupération d’énergie.

Les eaux épurées sont envoyées en traitement biologique effectué dans la station urbaine d’Elbeuf, réalisée également par la Société DEGRÉMONT.

Un deuxième réseau d'eau polluée véhicule les rejets continus (40 m³/h) issus des machines à laver les pièces. Ces rejets, moins concentrés que les premiers, contiennent essentiellement des détergents, des traces de liquide d'usinage et des huiles entières provenant des fuites diverses (hydraulique et graissage). Ce réseau arrive directement dans une fosse tampon située en aval du traitement physico-chimique. Un dernier déshuilage de rejet portant donc sur l'ensemble des effluents est pratiqué dans cette fosse. À partir de cette fosse de réception générale, l’ensemble des effluents est traité par aéro-flottation (voir figure 3) réalisée, en 1974, par la Société DEGRÉMONT.

VALORISATION ÉNERGÉTIQUE DES RÉSIDUS

L'usine de Cléon dispose d'un poste d'incinération mis en service en 1978, réalisé par la société SIGOURE, capable actuellement de détruire entre 15 et 20 t de boues par jour. Ce four est suivi d'une chaudière de récupération, spécialement étudiée par la société DUQUENNE pour tenir compte des quantités très élevées en imbrûlés (aluminium et particules métalliques). Cette chaudière permet de produire entre 3 et 4 t/heure de vapeur directement utilisable dans l'usine.

Cette installation, qui brûle les déchets d'hydrocarbures non régénérables en tant que tels, marche en fonctionnement automatique continu.

VALORISATION DES HUILES RÉCUPÉRÉES

Les phases légères récupérées au niveau des prétraitements continus contiennent en moyenne 30 % d'hydrocarbures qui se présentent sous la forme d'émulsions dont la stabilité dépend de la concentration et de l'efficacité des émulgateurs présents dans les rejets. Les émulgateurs utilisés actuellement sont suffisamment performants pour rendre inopérantes les méthodes classiques de séparation d'huile. De nouvelles voies ont donc été étudiées en étroite collaboration entre RENAULT et DEGREMONT ; elles ont abouti à la mise en œuvre d'un procédé nouveau utilisant conjointement l'effet de briseurs d'émulsions, de la température et des forces centrifuges importantes.

Le schéma retenu pour la séparation des huiles est représenté sur la figure 4. Il conduit à des huiles débarrassées de la majorité des sédiments et ne contenant plus que des traces d'eau. Ces huiles ainsi récupérées sont acceptables en régénération finale. Le schéma de la figure 4 a fait l'objet d'une étude poussée sur la faisabilité d'un tel système.

L'influence de la concentration en briseurs d'émulsions, de la température, de la viscosité (figure 5) et de la vitesse de rotation des centrifugeuses a été particulièrement étudiée. Les conditions optimales sont, après déstabilisation, une

Température de 90° et une force centrifuge de 4 000 g.

Les centrifugeuses choisies sont du type trois phases Véronesi remanié (commercialisées en France par CT Paris) qui présentaient le meilleur rapport qualité/prix au moment du choix.

Après centrifugation primaire, les huiles récupérées sont débarrassées de leur acide dit résiduel par addition de carbonate, ce qui a pour conséquence secondaire la précipitation d'une fraction supplémentaire des sédiments encore présents.

RÉGÉNÉRATION FINALE

Le poste de cassage des émulsions huileuses exposé ci-dessus s'inscrit dans le contexte plus général du procédé de recyclage des huiles usées. Il constitue une étape obligatoire pour les huiles émulsionnées mais il est parfaitement inutile pour les huiles entières, usées, recueillies en l'état.

Ce poste de régénération finale comporte donc une déshydratation poussée en autoclave dont l'effet secondaire est de stériliser les huiles, une filtration sous pression après mélange avec diatomite ou terre décolorante et un rééquilibrage final en soufre et chlore en fonction des utilisations.

La phase sédiment est envoyée en incinération, la phase eau en tête de flottateur et la phase huile poursuit son affinage dans le poste de régénération finale.

Il faut préciser qu'une telle installation de régénération est agréée par le Service des Installations classées.

La capacité nominale de traitement est de 15 m³/jour dont 8 m³/jour sur le poste de cassage.

CONCLUSION

L'usine RENAULT de Cléon a résolu la majorité de ses problèmes concernant l'environnement ; il ne reste plus à résoudre que celui de l'incinération de certains rejets difficilement incinérables dans le cadre de l'installation existante.

Le procédé mis en place, qui permet de récupérer une grande partie des pertes en hydrocarbures, représente un progrès important par rapport aux techniques existantes.

LE TRAITEMENT DES BOUES D'ÉPURATIONEN R.F.A.

L'utilisation des mélangeurs continus à socs de charrue

J.-P. KORDAATR

Chacun se souvient encore sans doute de ce candidat aux élections présidentielles françaises qui avait exhibé un verre d'eau potable pour que chacun en réalise soudain le prix et la précarité. Nos voisins de la R.F.A. ont, eux, une autre image frappante : celle d'un fleuve de 10 mètres de large, de 2 mètres de profondeur et de 2 500 km de long — ce sont les 50 millions de mètres cubes de boues que rejettent chaque année les stations d'épuration allemandes — justement pour que l'on continue à pouvoir remplir des verres d'eau claire...

Il nous a semblé intéressant d’étudier et d’exposer comment ce problème a pris naissance dans un pays voisin du nôtre, quelles ont été les mesures prises pour y faire face — éventuellement quelles ont été les erreurs commises, car il nous a semblé évident que ce genre de problème ne manquera pas de se poser tôt ou tard en France — et qu'il est toujours bon de s'inspirer d'expériences déjà faites au lieu de reprendre un problème à son début.

LES BOUES

Il n’échappera à personne que les caractéristiques géopolitiques de la R.F.A. sont très différentes des nôtres : une population plus nombreuse, un pays moins étendu, avec des concentrations urbaines plus importantes et un littoral beaucoup plus réduit, enfin une vocation industrielle beaucoup plus marquée — ce sont des éléments qui ont conduit nos voisins à considérer beaucoup plus tôt que nous les problèmes de sauvegarde de l'environnement.

Il y a donc longtemps que la R.F.A. a équipé son territoire de très nombreuses stations d’épuration, traitant les effluents de pratiquement toutes les agglomérations, alors qu'en France de nombreuses villes importantes n'ont pas encore de station de traitement des eaux usées et se contentent de rejeter au mieux leurs effluents (voir à ce sujet les chiffres publiés sur la pollution des plages). On peut noter que d'année en année, et sans doute à cause des campagnes de presse évoquées ci-dessus, le nombre de ces cas diminue. Il existe maintenant de nombreux projets, tant sur de petites agglomérations que sur de grandes villes. Bref, nous tendons à nous rapprocher de l'équipement qui s'est déjà généralisé outre-Rhin, mais, ce faisant, nous rejoignons les mêmes problèmes : en trois ans, on peut estimer que les matières sèches contenues dans les boues d’épuration sont passées en France de 250 000 à 450 000 t par an. Pour nous rapprocher de l'image du fleuve de boue évoqué plus haut, il serait possible de recouvrir l'autoroute de Paris à Nice d'une couche annuelle de boue liquide de plus d'un mètre...

On doit tout d'abord réaliser que le traitement des eaux usées est destiné à séparer l'eau des matières dont elle est chargée et qui vont des résidus organiques et ménagers, matières fécales, restes alimentaires ou fibres textiles, savons, etc., jusqu'au contenu des eaux de pluie, qui drainent aussi bien sur les routes les particules de caoutchouc des pneumatiques et les poussières d’amiante des garnitures de frein que, dans les champs, les pesticides ou les engrais.

En fait, les boues se présentent comme une concentration de matières utiles ou nuisibles, comportant en outre une population microbienne et pathogène absolument gigantesque.

LA MISE EN DÉCHARGE

La première idée que l'on a eue devant cet amoncellement de produits malodorants et envahissants a été de s’en débarrasser en les jetant dans des décharges spécialisées ou non.

Mais très vite, les inconvénients de cette pratique sont apparus : cette masse semi-visqueuse ne permettait pas la circulation des engins de terrassement normalement utilisés pour aplanir les charges. En outre, et cela est beaucoup plus grave, on s'est rapidement aperçu que la forte teneur en eau de ces boues, jointe à leur viscosité relativement faible, provoquait des migrations dans le sol, susceptibles de polluer les nappes phréatiques.

Enfin, les odeurs marquées de ces déchets, jointes au processus de fermentation qui ne manquait pas de se développer, obligeaient à utiliser des emplacements de plus en plus retirés suivant l'importance des vents et la proximité des concentrations urbaines. Cela a donc amené à concevoir des décharges hautement spécialisées : de 50 000 en 1971, il n'en reste plus aujourd'hui en Allemagne que moins de 4 000, et il n'en demeurera guère plus de 500 en 1995. Les conséquences en ont été immédiates : allongement des

distances de transport — ce qui, joint à l'augmentation des prix des carburants, a considérablement enchéri le prix de ce poste. Par ailleurs, on a assisté à une augmentation très notable du prix de la mise à la décharge proprement dite ; actuellement, on peut estimer que les frais de mise à la décharge peuvent atteindre, en Allemagne, plusieurs centaines de francs par tonne.

D'autre part, pour éviter les difficultés de stockage et une surcharge trop rapide des décharges subsistantes, les autorités fédérales ont exigé que les boues mises en décharge comportent une teneur minimale en matière sèche bien supérieure à ce que l'on obtenait jusqu'alors par les traitements classiques, d’où nécessité de procéder à un traitement d'épaississement supplémentaire.

Une autre idée mise à exécution dès le début du fonctionnement des stations a été l'épandage direct des boues par les agriculteurs pour utiliser les matières organiques comme engrais de culture.

Il faut tout d’abord remarquer que toutes les boues ne se prêtaient pas à ce type d'utilisation : les boues industrielles, en particulier, étaient susceptibles de contenir en grande quantité des substances chimiques nuisibles. Quant aux boues urbaines, elles contiennent de plus en plus de métaux lourds et d'autres produits peu souhaitables pour une utilisation agricole.

Or, même lorsqu’il a été possible, soit par le choix des boues, soit par un traitement approprié, de les rendre chimiquement tolérables, on a très vite constaté que leurs utilisateurs montraient de plus en plus de réticence à les employer à cause de leur odeur souvent intolérable ainsi que du danger qu'elles représentaient du fait de leur population pathogène active et importante.

Il s'est donc avéré nécessaire d'effectuer également sur les boues un certain nombre de traitements.

En somme on a constaté, après que le problème d’épuration des eaux ait été convenablement dominé, que les résidus constituaient un danger chimico-biologique croissant.

LES DIVERS TRAITEMENTS DES BOUES

On a donc vu se juxtaposer aux stations d’épuration proprement dites des stations spécialisées dans le traitement des boues.

Le but de ces stations était clairement défini : d'une part rendre les boues physiquement et biologiquement aptes à être mises en décharge, et d’autre part les valoriser pour un emploi agricole, le prix de revient de ce traitement étant si possible nettement inférieur au prix de la mise à la décharge, augmenté éventuellement des frais de transport.

Les systèmes de concentration par centrifugation ou filtration sont bien connus. De toute manière ils ne permettent pas d'atteindre les taux de matières sèches légalement fixés, mais ils sont indispensables et présents dans toutes les installations.

La crise de l’énergie, pour sa part, a porté un coup très sérieux aux installations de séchage thermique des boues (en R.F.A., la dernière unité de ce type date de 1978).

Restent les traitements chimiques et biologiques.

Le chaulage (traitement des boues préalablement déshydratées par centrifugation ou filtration au moyen de chaux vive) est indiscutablement le procédé qui, par sa simplicité et son faible prix de revient, a obtenu le plus de succès en R.F.A.

Rappelons-en brièvement le principe : la chaux vive, en présence d'eau, forme une chaux hydratée permettant de fixer 32 % de son poids d'eau. D’autre part, la réaction étant fortement exothermique, on favorise une certaine évaporation de l'eau non fixée. Enfin, l’alcalinisation du mélange (boue + chaux) conduit normalement à une valeur de pH assurant la destruction des germes pathogènes et ainsi une hygiénisation certaine, sinon une stérilisation absolue du produit. De plus, le traitement à la chaux vive provoque une désodorisation instantanée du mélange. C’est donc un produit inodore et inoffensif que l'on obtient, avec une teneur en matières sèches considérablement augmentée à la fois par la présence de chaux, la fixation de l'eau dans la chaux hydratée et l'évaporation due à l’échauffement.

Ce produit peut être accepté par toutes les décharges spécialisées et peut même, suivant les régions, être utilisé comme amendement calcaire dans l’agriculture.

De nombreuses unités fixes ou mobiles ont été réalisées depuis plusieurs années, suivant un schéma très

simple : silo et vis transporteuse pour la chaux vive, vis ou pompe pour la boue, amenant à un simple organe de mélange genre vis ou palette qui déverse le produit mélangé sur une bande transporteuse.

Nous verrons plus loin ce qu'il en est advenu.

L'autre méthode appliquée et qui a connu un certain succès est celle du compostage : il s'agit, après avoir mélangé de la boue avec un support carboné, de provoquer un mûrissement naturel ou accéléré, par épandage ou stockage, qui permet au bout de quelques jours ou de quelques semaines l'obtention d'un compost directement utilisable en agriculture.

Contrairement à l'amendement, le compost est un produit sensiblement valorisé qui trouve assez facilement des acheteurs soit au niveau de l'exploitation agricole, soit, lorsque le conditionnement est réalisé avec soin, au niveau de la clientèle toujours croissante de jardiniers amateurs.

Là aussi de nombreuses réalisations ont vu le jour, demandant bien sûr des investissements plus élevés que pour le traitement à la chaux, mais assurant un débouché commercial moins aléatoire.

Suivant la nature des supports utilisés, l'installation comprend ou non un système de broyage des matières premières, une classification, une séparation magnétique, mais en tous cas un mélangeur boue + support et le système d'aération en épandage ou en réacteur.

L'ÉTAT ACTUEL DE LA TECHNIQUE

Il peut sembler intéressant maintenant de faire le point de la technique et des réalisations, tel qu'il a été relevé par le Bureau fédéral de l'Environnement à la fin de l'I.F.A.T. qui a eu lieu à Munich en 1981.

L'état du traitement de boues a fait l'objet des cinq conclusions suivantes :

• — il n'y a pas et on n'attend pas de nouveautés techniques fondamentales dans ce domaine,
• — les technologies coûteuses, comme le séchage, semblent ressentir le contrecoup de la situation économique,
• — on s'intéresse par contre, dans le cadre des problèmes d'énergie, à l'utilisation des gaz de décomposition,
• — mais surtout, de nombreuses installations existantes sont modifiées pour en abaisser le coût de fonctionnement,
• — on observe une forte demande (due aux nouvelles réglementations de mise à la décharge) pour de nouvelles stations de traitement par la chaux.

Le Bureau a également porté de l'intérêt aux installations de compostage lesquelles, contrairement aux autres techniques, n'étaient pratiquement représentées à l'I.F.A.T. que par des firmes allemandes.

Ce point fait sur la technique du traitement des boues en fin 1981 permet de schématiser comme suit les leçons que plusieurs années de pratique et de développement ont permis de dégager : pas de solution miraculeuse à attendre, mais nécessité pour abaisser les coûts d'exploitation de corriger des erreurs qui ne se sont révélées qu'à l'expérience.

En fait, et c'est un point indiscutable lorsque l'on étudie les modifications apportées aux installations existantes ou les spécifications des installations nouvelles, on s'aperçoit que le centre du problème se situe souvent au niveau du mélange de la boue et de ses adjuvants.

LES DIFFICULTÉS DU MÉLANGE DES BOUES

Il avait été tentant, lors de la réalisation des premières unités, de considérer l'opération de mélange comme une phase mineure du traitement et de la résoudre au moyen d'appareils simples et rustiques. C'était oublier qu'en fait cette phase est très importante et très délicate en raison des impératifs suivants :

1. 1) Obtenir un mélange homogène sans densification du produit : lors du mélange de la boue et de ses adjuvants, il est en effet capital d'éviter la formation de « nids » de produit sec ou de grumeaux de boues. Dans les deux cas, en effet, la réaction souhaitée est considérablement ralentie – voire stoppée – et il devient nécessaire, pour éviter que le produit ne soit insuffisamment traité, d'augmenter le taux de chaux vive. De même, une densification du mélange provoquée par un malaxage excessif freine le déroulement de la réaction.
2. 2) Faire face avec une efficacité constante aux variations physiques des boues : chacun sait en effet que les caractéristiques chimiques et physiques des boues sont susceptibles de variations importantes. Suivant les saisons et la météorologie par exemple, leur composition et leur viscosité peuvent varier considérablement. Le mélangeur doit donc être capable d'homogénéiser avec la même efficacité.

des boues plus ou moins liquides, ce qui est, mécaniquement, difficile à réaliser. Toute lacune dans ce domaine amène, comme au point précédent, certaines hétérogénéités dans le mélange, avec les mêmes inconvénients.

3) Soutenir les contraintes mécaniques et en particulier l'abrasion constatée au cours de l'exploitation ; en raison des particules solides qu'elles contiennent (métal, verre, sable, minéraux), les boues sont normalement très abrasives. En outre, comme on y ajoute des matières sèches, il est indispensable d'éviter un engorgement des outils et un colmatage des parois qui entraîneraient des frictions susceptibles de bloquer l'appareil ou de briser son outillage mobile.

4) Enfin, accéder à l'appareil en vue d'un nettoyage facile (sans intervention de matériel destructif du genre marteau-piqueur ou chalumeau) à une fréquence la plus faible possible.

Ces quelques conditions dont l'importance est évidente sont en fait très difficiles à observer et les appareils mis en place dans les premières réalisations, qui étaient presque tous du type à vis, ne pouvaient y faire face.

On a donc cherché, dans les industries qui justement rencontraient à la fois des problèmes de précision de mélange, d'abrasion et de nettoyage, les types de mélangeurs pouvant donner de tels résultats. Et l'on a rencontré le mélangeur à pales en forme de socs de charrue.

LES MÉLANGEURS À SOCS DE CHARRUE

Depuis de nombreuses années, le mélangeur à pales en forme de socs de charrue est couramment utilisé dans toutes les industries où se posent des problèmes de précision de mélange, de difficultés physiques ou de débit.

Ces appareils se présentent sous la forme d'un tambour cylindrique horizontal et fixe, à l'intérieur duquel tourne un arbre horizontal qui porte des pales en forme de socs de charrue. Cette définition recouvre en fait de très nombreuses formes différentes comme il est facile de le constater dans les musées spécialisés. Mais ces formes offrent toutes plus ou moins les effets suivants :

• pénétration aisée dans une masse compacte, due à un profil effilé,
• division de la masse rencontrée par la disposition des faces jouant le rôle de déflecteurs agissant en sens opposés,
• effet de relevage et de retournement provoqué par la forme des faces du soc.

Il est facile de comprendre que, disposés dans un tambour cylindrique et animés par une vitesse de rotation appropriée, de tels outils ont sur les produits à mélanger des effets bien différents de ceux que provoquent de simples palettes ou, a fortiori, des vis : il n'y a pas, comme dans les appareils de malaxage classiques, d'écrasement des masses pressées par des outils et retenues par les parois. Tout au contraire, on aboutit à une certaine fluidisation mécanique du contenu du mélangeur, à une sorte de mise en émulsion des particules dans l'atmosphère de l'appareil. Dans ces conditions, les particules solides ou liquides du mélange sont détachées les unes des autres et le mélange s'effectue par le croisement des trajectoires des particules, projetées par les différents socs de l'appareil.

Ce type de mélange a en outre le grand avantage de pouvoir être réalisé à une échelle quelconque.

technologie résolvant les problèmes des rapports longueur/diamètre du tambour, du nombre et de la taille des socs, de leur disposition et de la vitesse de rotation de l'arbre projeteur.

Des tests officiels ont permis de constater que les résultats de mélange étaient à la fois excellents et très rapides puisque, même sur des appareils de plusieurs mètres cubes, il suffit de trois minutes pour réaliser des mélanges parfaits même si l'on cherche à répartir des produits dans des proportions extrêmes de un à un million...

Ces appareils, primitivement destinés à fonctionner par charges isolées, ont été rapidement adaptés au fonctionnement en continu, ce qui a conduit à modifier leur géométrie d’ensemble de manière que l'appareil fonctionnant en trop-plein, avec une alimentation et une vidange continues, il y ait la possibilité de réguler le taux de remplissage du mélangeur et donc le temps de séjour du mélange dans l'appareil.

Pour ce faire, la forme et la disposition des socs de charrue ont été adaptées pour obtenir un effet de transfert de l'entrée vers la sortie, tout en réalisant des mouvements d’avant en arrière permettant d’obtenir l'effet de mélange recherché. À l'intérieur du mélangeur, un barrage réglable en hauteur qui se trouve placé juste avant l’ouverture de vidange permet de doser l’introduction des produits, la durée de mélange variant en conséquence.

L’avantage d’un appareillage continu dans le problème du traitement des boues est indiscutable : il réalise en effet de façon parfaite l'effet mécanique recherché, qui dans la quasi-totalité des cas vise à l'épaississement des boues. D’autre part, presque toutes les boues présentent un caractère thixotropique marqué, c'est-à-dire qu’elles ont tendance à se liquéfier sous agitation. Dans ces conditions, et sachant qu’une agitation demeure toujours nécessaire pour effectuer le mélange, il faut limiter la quantité d'agitation à un strict minimum pour ne pas liquéfier exagérément le mélange. Il faut obtenir un temps de mélange aussi bref que possible ; l'expérience obtenue dans les mélangeurs à socs de charrue a montré que si les temps d’agitation nécessaires à un mélange parfait se situent entre une vingtaine et une quarantaine de secondes, les premiers effets nuisibles de la thixotropie commencent à se manifester à partir de cette dernière limite et croissent très rapidement aux environs de la minute.

Si donc nous avions affaire à un mélangeur discontinu, il faudrait que les durées nécessaires à l’alimentation et à la vidange soient pratiquement négligeables par rapport au temps de mélange, ce qui n’est pas possible si l'on part de temps de mélange aussi courts que ceux évoqués plus haut.

Par contre, dans un mélangeur continu, on peut avancer sans risque que les durées d’alimentation et de vidange sont incorporées au processus, donc négligeables. Le temps de séjour du produit dans l'appareil est toujours directement fonction de la taille du mélangeur et de son débit d’alimentation.

À noter cependant que ces avantages marquants impliquent une difficulté non négligeable : si le temps de séjour en mélangeur est très bref, c’est sur une durée très brève que l'on devra s’assurer de la précision des pesées. Chacun sait en effet que les pesées industrielles ne s’effectuent pas avec une précision rectiligne, mais s'écartent par excès ou par défaut de leur valeur théorique en suivant une sorte de sinusoïde avec une périodicité donnée. Si cette périodicité est supérieure au temps de mélange et si le produit que l'on a commencé à alimenter en début de période a déjà quitté le mélangeur avant que le dosage n’ait pu rattraper l’excès ou le défaut de son début de période, le résultat sera faussé car le mélange ne comportera pas ses proportions théoriques.

En fait, ce problème de dosage, s'il est important, n'est pas très difficile à dominer pour le traitement des boues : celles-ci sont normalement pompables ou distribuables par vis, avec une précision suffisante. Reste seulement à doser le produit ajouté (chaux, sciure, paille, etc.) ce qui peut s’avérer plus ou moins délicat selon les caractéristiques physiques des produits, mais reste la plupart du temps réalisable sans faire appel à des dispositifs trop complexes. À noter cependant que, si dans la totalité des installations existantes on se limite au mélange d'une boue et d'un adjuvant, c’est essentiellement pour ne pas multiplier les stockages, transports et dosages.

Ces points théoriques étant traités, il sera intéressant de passer rapidement en revue les installations types déjà réalisées en R.F.A. avec ces mélangeurs.

En moins de quatre ans, une soixantaine d’installations ont été réalisées tout d'abord en Allemagne même, puis dans les pays limitrophes, en utilisant les mélangeurs à socs de charrue.

Certaines de ces réalisations ont consisté à modifier des stations existantes (essentiellement par le remplacement du mélangeur primitivement installé) ; d'autres sont entièrement nouvelles.

On peut les classer en quatre catégories :

— traitement à la chaux vive,

— compostage de supports carbonés,

— compostage avec ordures ménagères broyées,

— traitement avant séchage.

1) Traitement à la chaux vive.

Ce procédé a déjà été évoqué plus haut. Rappelons brièvement les effets recherchés :

— augmentation de la teneur en matière sèche des boues et meilleure pelletabilité obtenues par l’ajout proportionnel de chaux, par la légère évaporation due à l'échauffement et par la fixation chimique de l'eau sur la chaux éteinte ;

— désodorisation et hygiénisation intervenant instantanément par la fixation du pH aux environs de 12.

Très schématiquement, l'installation se présente sous la forme suivante :

1. 1) Silo à boue.
2. 2) Vis transporteuse de boue.
3. 3) Silo à chaux vive.
4. 4) Vis d'extraction de la chaux.
5. 5) Dosage de la chaux.
6. 6) Mélangeur à socs de charrue.
7. 7) Bande de transport du produit fini.

Les boues sont amenées en continu au mélangeur par vis ou pompe. La chaux est contenue dans un silo d'où elle est extraite au moyen d'une vis actionnée par les sondes de niveau haut et bas de la trémie du doseur. Sous cette trémie se trouve un doseur vibrant réglable permettant de modifier instantanément le débit de chaux. Les produits passent alors par le mélangeur continu et ressortent sur une bande transporteuse.

L'emploi des mélangeurs à socs de charrue a permis de diminuer les quantités de chaux employées grâce à leur excellent effet de mélange. Mais ils se sont surtout avérés utiles par la meilleure apparence du produit obtenu, moins dense et moins liquide, ainsi que par leur excellente tenue dans le temps due à leur moindre encrassement et à leur meilleure résistance mécanique.

À noter également une réalisation récente et qui semble appelée à un certain succès pour le traitement des boues dans les petites stations ; il s'agit d'installations mobiles comprenant, sur camion et remorque, une centrifugeuse, un silo de chaux et un mélangeur à socs de charrue. Ces ensembles peuvent passer de station en station et y traiter en quelques heures les boues de plusieurs jours.

2) Compostage de supports carbonés.

Ce type d'utilisation est réservé pratiquement aux boues urbaines, car les boues industrielles peuvent contenir des quantités trop élevées de métaux lourds. Le but recherché est d’obtenir, en mélangeant à la boue des supports carbonés (sciure de bois, copeaux, déchets de papier ou de cellulose, paille hachée — et maintenant ordures fractionnées que nous étudierons plus loin) un compost qui, après fermentation, peut être utilisé en agriculture. De nombreux procédés existent et nous prendrons comme exemple celui du Bioréacteur.

Dans une cuve de 100 à 1 000 m³, la charge va, en dix jours, atteindre le fond. Un système de surpressions et dépressions alternées assure une aération continue. La chaleur et l'eau provenant de la fermentation sont recyclées, ce qui favorise la fermentation et amène la charge à une température de 75 °. Le produit obtenu est donc pasteurisé.

Les boues utilisées doivent être concentrées à 25 % de matières sèches et sont conduites au mélangeur continu à socs de charrue à raison d'une partie de boue pour 0,5 à 1 partie de support carboné + 3 parties de compost frais recyclé. Ce recyclage est très important pour la rapidité de la fermentation, mais très délicat à réaliser car il faut pouvoir mélanger intimement ce produit humide, motte et fibreux, sans formation de boulettes ou de nids qui nuiraient à la régularité de la fermentation.

Le schéma de l'installation (figure 2) en montre assez bien le fonctionnement.

Cette méthode est bien introduite actuellement sur le marché allemand ; elle est propre, économique et rentable : en 10 à 15 jours on obtient un compost frais, utilisable par exemple pour des cultures fruitières ; pour des cultures maraîchères, il peut être nécessaire de laisser mûrir le produit à l'air libre pendant 4 ou 6 semaines supplémentaires (sans gêne pour le voisinage). Mais, en tout état de cause, on obtient ainsi un produit commercialisable, répondant à un besoin — et donc valorisé.

Il est à noter que de nombreuses difficultés pratiques se sont manifestées au cours des premières années de fonctionnement de ces installations. Nous avons brièvement cité celles du mélange qui ont été résolues par l'emploi du mélangeur à socs de charrue, mais on peut également évoquer celles de l'extraction qui sont maintenant réglées par l'emploi d'appareils sophistiqués à double rotor.

3) Compostage de boues + ordures ménagères.

C'est à dessein que nous avons séparé ce problème du précédent bien qu'il s'agisse en fait d'un compostage du même type ; ici les quantités à traiter et le matériel nécessaire au traitement sont beaucoup plus considérables et un tel ensemble correspond à une réalisation nettement plus importante.

Le schéma de la figure 3 donne les grandes lignes du traitement :

Convenablement traitées, les ordures sont broyées jusqu'à une taille de 40 à 60 mm. Elles sont alors conduites au mélangeur à socs de charrue où elles sont mélangées à des boues déshydratées contenant environ 30 % de matières sèches, dans des proportions allant de 1 : 1 à 3 : 1, suivant la densité apparente des boues broyées. L'ensemble subit une fermentation, soit dans un Bioréacteur comme ceux que nous avons évoqués plus haut, soit sur une zone d'épandage munie de dispositifs d'insufflation d'air qui assurent une transformation régulière et accélérée du mélange en compost.

Là aussi il s'est avéré que le problème de mélange devait être considéré avec le plus grand soin : non seulement il est nécessaire que le mélangeur choisi soit capable de réaliser une excellente homogénéisation entre une masse d'ordures de forme et de nature variables et des boues dont la viscosité est également très changeante, mais encore il doit résister à des problèmes d'abrasion tout à fait considérables.

Les mélangeurs à socs de charrue ont donné d'excellents résultats dans ce type d'opérations. Non seulement ils assurent un mélange impeccable, sans « nids » de produits secs ni boules de pâte humide et ceci sans être influencés par les variations physiques des matières premières, mais encore, et surtout, ils peuvent, grâce à un traitement approprié, fonctionner sans problème particulier d'usure. Ce point a été particulièrement mis en lumière lors du remplacement de mélangeurs classiques là où l’outillage devait être refait deux à trois fois par mois, les mélangeurs à socs de charrue, en service depuis près d'une année, n'ont pas encore eu à subir d'interventions particulières.

4) Traitement avant séchage.

Nous avons dit plus haut que ce type de traitement était considérablement handicapé par la montée du prix de l'énergie. Dans certains cas cependant, c'est la seule solution envisageable, soit qu'il s'agisse de boues industrielles ne pouvant pas servir dans les schémas précédents, soit qu'une source d'énergie particulière soit disponible sur leur lieu de production. Le séchage peut alors être considéré comme un procédé d'obtention d'une matière sèche commercialisable comme la phase précédant une incinération.

Divers types de sécheurs peuvent être envisagés : appareils rotatifs à lit fluidisé, ou sécheurs broyeurs ; mais dans tous les cas ces appareils ne peuvent pas fonctionner sur des boues même déshydratées jusqu’à 20 ou 30 % de matières sèches. Il est nécessaire de mélanger ces boues avec du produit sec recyclé pour obtenir une masse homogène, non collante, offrant un maximum de surface pour les échanges thermiques.

La figure 4 montre le principe d’une telle installation :

1. 1 Pompe à boue
2. 2 Mélangeur à socs de charrue.
3. 3 Transporteur
4. 4 Tambour de séchage.
5. 5 Four.
6. 6 Séparateur.
7. 7 Extraction.
8. 9 Transport.
9. 10 Silo.
10. 11 Dosage.
11. 12 Transport.
12. 13 Silo produit fini.
13. 14 Ventilateur.
14. 15 Lavage des vapeurs.

Là encore les mélangeurs à socs de charrue ont donné de bons résultats : ils sont en effet capables, suivant la proportion des composants liquides ou solides, de produire un granulé ayant une granulométrie très resserrée, mais pouvant à volonté être plus ou moins fine. L’emploi de couteaux rotatifs tournant à grande vitesse constitue d’autre part une assurance contre la présence indésirable d’agglomérats de grande taille, difficiles à sécher, et risquant d’encrasser les appareils de séchage.

Un mélange intime des boues sèches et humides permet aussi d'éviter la présence de boulettes humides, extérieurement enrobées de produits secs et qui entravent considérablement la bonne marche du séchage.

En tout état de cause, il a été constaté dans la quasi-totalité des installations de séchage actuellement en service que le rendement de celles-ci dépendait étroitement de la régularité et de la précision du mélange alimentant les sécheurs : meilleure est la répartition et la granulation et moins il est nécessaire d’augmenter le taux de recyclage, ce qui augmente d’autant le débit de l’installation.

CONCLUSION

Nous avons commencé cet article en évoquant les 50 millions de mètres cubes de boue produits en 1978 dans les stations d’épuration de la R.F.A. L’estimation pour 1985 est de 80 millions de mètres cubes. Chaque année, plusieurs dizaines de stations de traitement de boues y sont réalisées ou modernisées.

Dans pratiquement tous les cas, l'accent est maintenant mis sur les problèmes posés par le mélange des boues ; chacun admet qu’il conditionne l’ensemble des résultats obtenus, tant par la qualité du produit visé que par l’économie réalisée en employant un minimum d’adjuvants pour l’obtention d'une qualité donnée. Chacun a pu constater en outre à quel point les mélangeurs de boues d’épuration sont soumis à de fortes contraintes mécaniques. Or, l’installation, depuis deux ou trois ans, en R.F.A., de plusieurs dizaines de mélangeurs à socs de charrue semble bien indiquer qu'une solution a enfin été trouvée à ce problème difficile.

Au moment où la France se penche à son tour sur la nécessité de tels traitements, il peut sembler dommage de ne pas tenir compte de ce qui a été fait chez nos voisins. Certes, il ne nous est pas interdit d’espérer trouver des solutions plus brillantes ; cependant l’étude de leur expérience devrait à tout le moins nous aider à éviter des erreurs de détail qui ont été déjà commises par d'autres et reconnues par tous.

BIBLIOGRAPHIE

• (1) TEWES + MOLLENKOPF — Klärschlamm nach Behandlung mit Kontinuirlichen Pflugscharmsicher — Aufbereitungs Technik 1-82.
• (2) Blickwedel + Mach — Klärschlamm-Behandlung und Abfallkompostierung auf der IFAT München 1981 — Müll u. Abfall 11-81.
• (3) MOLLENKOPF + TEWES — Hygienisierung und Verfestigung von Klärschlamm durch Branntkalkbeimischung — Verfahrenstechnik 1-82.