Contribution à la valorisation de boues de station d'épuration par l'appréciation d'une nouvelle méthodologie de l'essai au bleu méthylène

6.2. La déshydratation

Seconde étape du traitement des boues, la déshydratation intervient après l'épaississement. En général, une boue est considérée apte à être déshydratée quand sa concentration est supérieure à 15 g/l. Le traitement produit alors des boues de l'ordre de 15 à 30 % de siccité (150 à 300 g/l). La siccité du produit conditionne la filière d'élimination/valorisation :

? besoin pour compostage : siccité de l'ordre de 15 à 30 %

? incinération sans OM : siccité de l'ordre de 25 à 35 %

? co-incinération avec OM : siccité de l'ordre de 15 à 30 %

? mise en décharge : siccité > 30 %

On distingue plusieurs techniques de déshydratation :

Centrifugation : Depuis quelques années, des fabricants proposent des modèles combinés (épaississement/déshydratation) dits "haute performance". L'emploi d'un polymère est toujours indispensable et la consommation électrique est importante. Les ratios suivants sont observés :

? polymère 3 kg/T pour boues I (7 kg/T pour boues bio. et digérées)

? consommation électrique : 25 kWh/T MS pour boues I (60 kWh/T MS pour boues bio. et digérées)

Il convient de souligner que la centrifugation est le procédé le plus compact. Cette technique est recommandée pour des installations avec des débits de boues épaissies supérieurs à 20 m3/h. Depuis quelques années, des fabricants proposent des modèles combinés (épaississement/déshydratation) dits "haute performance". Pour ces équipements, la boue à déshydrater est admise avec des concentrations de l'ordre de 7 à 12 g/l et permet des siccités de l'ordre de 18 à 27 %. Le centrât est de l'ordre de 1 g/l, le taux de polymère varie entre 7 et 12 g/kg MS et la consommation électrique est de 200 kWh/T MS.

Filtration : La filtration peut être réalisée par différents procédés (filtre à bandes & filtre à plateaux). Il convient en outre, pour mémoire, de mentionner le filtre sous vide, le filtre à disque et la presse à vis, procédés aujourd'hui peu utilisés.

6.3. Les conditionnements

Conditionnement chimique : Lors des opérations de déshydratation, il a pu être observé que des réactifs pouvaient avantageusement être utilisés. En effet, par la réalisation d'une floculation des boues, la stabilité colloïdale est cassée et la taille des particules augmentée. En général, le conditionnement est de nature chimique (réactifs minéraux ou polymères organiques - voir annexe 2.2) mais le conditionnement thermique existe également (voir plus loin).

a- Les sels de fer : Le conditionnement avec le chlorure ferrique (parfois le chloro-sulfate de fer) est le plus courant pour les boues organiques car il réalise une double opération de coagulation (neutralisation des charges) et de floculation (polymérisation de type minérale). Le mélange est réalisé dans un bac avec un temps de contact de l'ordre de 10 mn et une agitation de 200 à 300 W/m3. En complément, l'ajout de chaux après FeCl3 est souvent nécessaire pour améliorer la filtrabilité, et dans certains cas, des polymères peuvent être utilisés. La boue obtenue a un pH supérieur à 10. Cette opération est en général indispensable pour la déshydratation avec des filtres presses. Le chlorure ferrique se présente en général sous forme de solution commerciale à 600 g/l, un poste de dosage est indispensable.

b- La chaux : Il convient de signaler que la chaux peut être utilisée sur des boues liquides :

? soit en amont d'un épaississeur de boues fraîches pour bloquer temporairement les fermentations (ratio de 15 %),

? Soit sur des boues liquides avant épandages pour réduire le taux de micro- organismes (pH >12 et, après 2 h, abattement des CF de l'ordre de 10⁴ - 10⁵).

Sur les boues déshydratées, la chaux doit être malaxée et la chaux vive permet d'éliminer une partie de l'eau grâce à la réaction exothermique d'hydratation. Avec des doses de l'ordre de 40 % de MS, le rendement d'abattement des CF de l'ordre de 10⁶ - 10⁷.

La chaux se présente sous diverses formes, elle est livrable sous forme de chaux vive (poudre ou granulés) ou de chaux éteinte ou hydratée (Ca(OH)2), plus facile à manipuler mais plus chère aussi. En général, la chaux éteinte est diluée en suspension aqueuse et utilisée sous forme de lait de chaux à des concentrations comprises entre 50 et 100 g/l (afin d'éviter la déposition et la carbonatation). Il ne faut pas confondre le lait avec l'eau de chaux utilisée en eau potable (1.6 g/l). La préparation et le transfert de la chaux exigent toujours un matériel spécifique et une grande attention du personnel (distribution par boucle du lait).

c- Les polymères : Les polymères permettent d'améliorer le traitement des boues. Ils sont en général organiques et de type cationique. Ils sont bien adaptés à la déshydratation sur grille d'égouttage, filtre bandes, centrifugeuses et, pour certaines applications, pour les filtres presses. Le rôle des polyélectrolytes est double :

? D'une part ils permettent une floculation plus facile en raison des longues chaînes ramifiées et une action coagulante est obtenue pour les composés cationiques.

? D'autre part, la boue floculée présente une forte diminution à la résistance spécifique et une augmentation à l'hydrophilie particulaire et du coefficient de compressibilité.

Le choix du polymère relève essentiellement de tests. Dans le domaine des boues, le test de drainabilité est le plus utilisé. De façon générale, les polymères cationiques sont utilisés pour les boues organiques et fibreuses, les anioniques pour les boues minérales.

Au niveau de la mise en oeuvre du traitement par polymères, le produit est le plus souvent livré en poudre mais des polymères liquides et réticulés peuvent également être utilisés pour obtenir des rendements supérieurs de l'ordre de 3 % avec des solutions à 50 %. Il convient donc de diluer le produit avant incorporation dans les boues et l'on distingue 4 phases (dispersion, hydratation, dissolution & maturation). Il existe ainsi des postes pré-assemblés de préparation en continue et automatique de polymères pour les unités de taille grandes et moyennes. Les solutions préparées ont une concentration de l'ordre de 2 à 5 g/l pour les cationiques et de 1 à 2 g/l pour les anioniques (la solution est très visqueuse). Le temps de préparation dépend du polymère et de la qualité de l'eau propre utilisée et est en général proche de 1 h. L'admission de la solution se fait à l'entrée de la centrifugeuse, au niveau du floculateur du filtre bande et en aval de la pompe HP du filtre presse.

	épaississeur	Grille d'égouttage	centrifugeuse	filtre bande	flottateur	filtre presse
-Polymère de synthèse -Chaux vive -Chaux éteinte (lait) -Sels de fer + chaux	++ ++ ++	+++	+++ ++	+++ ++	+++	+ +++

+ : conditionnement possible

++ : conditionnement occasionnel

+++ : conditionnement normal

Tableau 7 : utilisation des polymères dans le traitement des boues

Type de boues	FeCl3 % au MS	CA(OH)2 % au MS
ERU primaire	2 - 3	10 - 15
ERU mixte	4 - 6	18 - 25
ERU biologiques aération pro	6 - 8	25 - 30
ERU/ERI (physico)	0 - 5	15 - 30

Tableau 8 : les doses de réactifs pour déshydratation sur filtre presse

NB : il convient de souligner que le traitement au chlorure ferrique ou à la chaux a une forte incidence sur le tonnage de boues à traiter. Ainsi, 60 à 70 % de la masse

de FeCl3 se retrouve dans les boues et respectivement 80 à 90 % pour la chaux !

Le conditionnement thermique : Il est possible de réaliser un conditionnement thermique des boues autour de 150 à 200 °C pendant 30 à 60 minutes. Selon la nature des boues ainsi thermiquement traitées, 20 à 40 % de la matière organique est solubilisée. La qualité du jus de cuisson est très particulière (DBO de l'ordre de 3 à 6 g/l et NH4+ de l'ordre de 1 g/l) et doit faire l'objet d'un traitement (recyclage dans la filière "eau" : + 10 à 25 % de pollution). Ce procédé de cuisson présente de nombreux avantages en rapport avec le prix très élevé de l'investissement, en effet, toutes les boues organiques peuvent être ainsi traitées et les boues cuites s'épaississent très bien (120 à 200 g/l). Les boues cuites peuvent être déshydratées dans un filtre presse avec une excellente siccité (taux de MS >50 %) et sans réactif. L'association d'une digestion avec récupération du biogaz et un conditionnement thermique est une option qui peut être intéressante pour les grosses STEP. Mais il faut souligner le coût très élevé de circuit chaud sous pression de 15 à 25 bars.