Procédés de traitement des boues de station d`épuration

Procédés de traitement des boues de station d’épuration
A. Léonard, T. Salmon, L. Fraikin, M. Crine
Laboratoire de Génie Chimique
http://www.ulg.ac.be/bioreact
Contexte
Suite aux législations de plus en plus contraignantes concernant le traitement des eaux usées, la capacité épuratoire des pays industrialisés est en augmentation constante. En
conséquence, la production de boues d’épuration résultant du traitement biologique des eaux est en croissance. La gestion de ces boues est devenue un enjeu environnemental de
premier ordre. Compte tenu de l’interdiction de mettre en décharge des produits dits non ultimes, les deux issues majeures pour les boues sont la valorisation énergétique et la
valorisation agricole. Dans ce contexte, d’importants efforts de recherche doivent être menés afin d’optimiser notamment la déshydratation mécanique et le séchage des boues et de
trouver de nouvelles filières de valorisation.
Eaux usées
Dégrillage
DessablageDéshuilage
Traitement biologique
Bassin à boues
activées
Séparation eau épurée
et boue
Décanteur
Evacuation des
boues
déshydratées via
conteneurs
Egouttage et
déshydratation
mécanique des boues
Eau épurée
Chiffres clé
clés
Epuration de 1 équivalent habitant = production de 30 à 40 kg de matières sèches* de boue/an
Région Wallonne : production de 30 000 T de matières sèches* de boue/ an
Union Européenne : production de 10 000 000 T de matières sèches* de boue/an
*Compte tenu de la teneur en eau en sortie de station d’épuration, ces quantités doivent être multipliées par un facteur 4 à 5
Déshydratation mé
mécanique
Dans les stations d’épuration, l’étape de traitement finale des boues est leur
déshydratation mécanique afin d’éliminer un maximum d’eau. En fonction de la
technologie utilisée (centrifugeuse, filtre presse, filtre à bandes), une teneur en matières
sèches située entre 15 et 35% est obtenue, ce qui signifie que les boues contiennent
encore jusqu’à 85% d’eau. Il est donc impératif d’optimiser cette étape afin d’assurer la
plus grande élimination possible d’eau. Pour ce faire, le Laboratoire de Génie Chimique
dispose d’une cellule de filtration-compression normalisée ainsi que d’un filtre à
plateaux. Ces équipements permettent de caractériser le comportement des boues lors
de la déshydratation et d’essayer de l’optimiser, notamment par la sélection et le dosage
de floculants.
Cellule de filtrationcompression
Filtre à plateaux
Filtre à bandes industriel
Séchage thermique convectif
En aval de la déshydratation mécanique, le séchage thermique est utilisé pour atteindre des teneurs en matières
sèches proche de 90 à 95%. Cette opération présente de nombreux avantages, tant en amont d’une valorisation
énergétique que d’une valorisation agricole :
- Réduction de la masse et du volume, et par conséquent diminution des coût de stockage, manutention et
transport
Micro-sécheur
- Obtention d’un granulé facilement manipulable
Sécheur pilote
- Transformation de la boue en un combustible dont le pouvoir calorifique dépend du niveau de siccité
- Stabilisation et hygiénisation du produit lorsque la température de séchage est suffisamment haute
L’une des spécificités du Laboratoire de Génie Chimique est l’utilisation de la tomographie et de la
microtomographie à rayons X pour le suivi du séchage. La tomographie est utilisée pour caractériser la structure
(porosité, surface spécifique, …) du lit de boue alors que la microtomographie permet de quantifier le retrait subit
par un extrudat individuel et de déterminer les profils d’humidité internes se développant au cours du séchage. Ces
données sont essentielles à une meilleure compréhension des mécanismes régissant le séchage des boues et au
développement et à la validation de modèles de simulation.
Image 3D d’un lit de boue obtenue
par tomographie à rayons X
Extrusion de la boue
Vitesse de séchage (g/min)
Les recherches menées au Laboratoire de Génie Chimique se concentrent sur la technologie du séchage
convectif, qui consiste à mettre la boue en contact avec un flux d’air chaud, dans des conditions de température,
d’humidité et de vitesse d’air contrôlées. Les études sont réalisées à deux échelles : celle de l’extrudat dans un
micro-sécheur et celle du lit de boue dans un sécheur pilote discontinu. Ces équipements permettent le suivi de la
masse de l’échantillon au cours du temps, afin de déterminer la cinétique de séchage des boues. L’étude de
l’influence des conditions opératoires sur la cinétique est une étape essentielle afin d’optimiser le fonctionnement
des sécheurs industriels et d’en réduire la consommation énergétique.
30
Boue brute
25
Boue pré-chaulée
20
Boue post-chaulée
15
Influence du chaulage sur la
cinétique de séchage
10
5
0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
Teneur en eau (kg eau/kg MS)
Production de maté
matériaux adsorbants
Cette thématique s’inscrit dans la volonté de développer de
nouvelles filières de valorisation pour les boues d’épuration.
Les recherches menées au laboratoire consistent à produire un
matériau adsorbant à partir de boues séchées et à caractériser
ses performances pour l’élimination de polluants présents en
phase liquide. L’intérêt est de produire, à partir d’un résidu, une
alternative bon marché aux charbons actifs couramment utilisés
pour le traitement d’effluents liquides
Collaborations
Influence de l’origine de la boue sur son comportement au séchage
Influence du chaulage sur la cinétique de séchage
Réacteurs discontinus
Etude des émissions gazeuses et des odeurs lors du séchage des
boues (collJ. Nicolas et A.C. Romain, ULg-Arlon