Traitement des boues - Déshydratation

Déshydratation des boues

• La déshydratation des boues est un processus qui permet de réduire la teneur en eau des boues générées par les installations de traitement des eaux usées.
• L'objectif principal de la déshydratation des boues est d'atteindre une siccité finale élevée, c'est-à-dire de réduire au maximum la teneur en eau des boues pour faciliter leur manipulation, leur transport et leur élimination.

Critères de performance importants

• Les critères de performance importants pour les équipements de déshydratation des boues comprennent la siccité finale de la boue, le taux de capture des solides, le taux de conditionnement, le rendement énergétique et l'intégration dans la station d'épuration.
• Les critères techniques pour évaluer l'efficacité des équipements de déshydratation comprennent la siccité finale de la boue, exprimée en kg MS/m2/heure pour les filtres presses, en kg MS/m de largeur de bande/heure pour les filtres à bandes, et en kg MS/heure de marche pour les centrifugeuses ou les presses à vis.

Procédés de déshydratation

• Les différents procédés de déshydratation des boues comprennent l'essorage dans un manchon drainant, la filtration sous pression (filtre-presse, filtre à bandes presseuses), la filtration sous dépression (filtre sous vide), la décantation accélérée (centrifugeuse) et la combinaison d'une filtration et d'une évaporation naturelle (lit de séchage).

Taux de capture

• Le taux de capture désigne le pourcentage de matières solides extraites lors du processus de déshydratation des boues.
• Un faible taux de capture lors de la déshydratation des boues peut avoir des impacts négatifs.

Contraintes

• Lors de la déshydratation des boues, il est important de prendre en compte les contraintes de maintenance des équipements, les consommations d'eau et d'énergie, ainsi que la stratégie d'exploitation du système de traitement des eaux usées.

Réglages importants pour les presses à vis

• Le débit de pompe à boue
• Le débit de la pompe doseuse
• La vitesse de l'agitation dans le floculateur (si existant)
• La vitesse de rotation de la vis
• La position ou la pression de l'obturateur pneumatique en sortie de tambour
• La cadence de lavage du tamis filtrant

Avantages des presses à vis

• Faible encombrement
• Silence
• Exploitation et maintenance simples
• Possibilité de fonctionner en mode automatique
• Faible consommation d'énergie et d'eau de lavage

Inconvénients potentiels des presses à vis

• Siccités légèrement inférieures à celles obtenues sur centrifugeuse
• Nécessité d'intervenir pour ajuster les réglages en cas d'évolution de la qualité des boues en amont
• Surveillance de l'usure et du remplacement de certaines pièces

Fonctionnement d'une presse à vis

• Utilisation d'une vis tournante qui entraîne la boue vers une zone de compression
• Formation d'un bouchon de filtration
• Déplacement du bouchon vers une zone de déshydratation où l'eau est séparée des solides

Séparation des phases liquides et solides dans une centrifugeuse

• Séparation grâce à la force centrifuge générée par la rotation rapide d'un bol cylindro-conique
• Les matières solides sont entraînées vers la paroi du bol par une vis racleuse
• Le liquide clarifié déborde par un déversoir

Décanteuse équi-courant

• Introduction de la boue en tête de la partie cylindrique
• Liquide et solides progressent dans le même sens sur toute la partie cylindrique
• Applications courantes pour l'épaississement des boues biologiques
• Adaptée aux produits difficiles de densité et de concentration faibles

Avantages de la décanteuse équi-courant

• Meilleure adaptation aux produits de densité et de concentration faibles
• Centrât plus clair
• Moindre consommation de polymère

Inconvénients de la décanteuse équi-courant

• Sensibilité plus grande à l'abrasion
• Faibles capacités hydrauliques
• Sédiment légèrement moins sec
• Efforts plus importants entre la vis et le bol

Décanteuse contre-courant

• Introduction de la boue par un distributeur tournant au niveau de la cassure cylindro-conique du bol
• Séparation rapide des matières solides

Avantages de la décanteuse contre-courant

• Meilleure adaptation aux boues plus denses
• Abrasion plus localisée
• Capacité hydraulique plus importante due aux turbulences

Décanteuse polyvalente

• Version mixte qui permet une adaptation rapide entre les modes équi-courant et contre-courant
• Utile pour faire face aux fluctuations de composition des boues à traiter ou pour passer d'une fonction d'épaississement à une fonction de déshydratation

Éléments fondamentaux déterminant la structure et la géométrie d'un bol

• Diamètre du bol côté cylindrique (D)
• Diamètre du bol à la sortie du cône (d)
• Longueur totale du bol (LT)
• Pas du racleur (P)
• Hauteur du filet entre la vis et le bol (H)
• Angle de conicité (α)
• Diamètre interne de l'anneau liquide (DA)

Paramètres utilisés pour rapporter les capacités hydrauliques du bol

• D et D/LT

Valeurs traditionnelles pour le diamètre D d'un bol

• Comprises entre 0,15 et 1 m environ

Plage de valeurs pour le rapport D/LT d'un bol

• Entre 2,5 et 5

Impact de l'angle de conicité sur la clarification des boues à faible cohésion

• Fondamental pour la clarification des boues à faible cohésion
• Situé entre 10 et 15

Impact de la vitesse de rotation du bol sur la décantation des boues

• Détermine l'accélération centrifuge et la vitesse de décantation des boues
• Valeurs élevées améliorent le compactage et la siccité, ainsi que les débits, mais peuvent entraîner des problèmes tels que des bruits, une usure accrue et des vibrations

Centrifugeuse

• Une centrifugeuse est un équipement utilisé pour séparer les solides des liquides dans les boues.
• La forme de la vis d'extraction, la hauteur du filet et le pas de la vis influencent les capacités hydrauliques de la centrifugeuse.
• La vitesse de rotation du bol détermine l'accélération centrifuge et donc la vitesse de décantation des boues.
• La vitesse relative représente la différence de vitesse entre la vis et le bol, correspondant à la vitesse de raclage des boues dans la centrifugeuse.
• Les avantages de l'utilisation d'une centrifugeuse incluent une large gamme d'utilisation, une souplesse d'exploitation, un démarrage et un arrêt rapides, une surveillance réduite, une automatisation poussée possible, une tolérance vis-à-vis de la fluctuation de la qualité des boues, un dispositif compact, une déshydratation en enceinte fermée, pas de contact avec la boue, un confinement des odeurs, une faible consommation d'eau de lavage et un coût d'investissement souvent inférieur à celui d'une installation de filtration sous pression.
• Les inconvénients comprennent la nécessité d'un entretien effectué par un personnel qualifié, une siccité souvent inférieure à 30 %, une boue collante nécessitant un dispositif de manutention adapté, une consommation d'énergie parfois importante, un équipement bruyant et la nécessité d'un dégrillage en présence de filasses pour éviter le colmatage du distributeur.

Floculation et filtration sur presse à bande

• L'étape de préparation de la boue avant la filtration est la floculation, où des produits chimiques sont ajoutés pour agglomérer les particules et former des flocs.
• L'efficacité de l'égouttage peut être améliorée en inclinant la toile ou en ajoutant une herse pour augmenter l'évacuation de l'eau libre.
• L'essorage vise à appliquer une pression progressive sur la boue égouttée entre les toiles filtrantes enroulées sur des tambours, afin d'éliminer davantage d'eau.
• Le cisaillement est créé par les vitesses différentielles de défilement des bandes presseuses, ce qui induit des contraintes de cisaillement à l'intérieur du gâteau de boue, favorisant l'exportation de l'eau libre restante.
• Le pressage ultime se produit lorsque la bande extérieure est entraînée à une vitesse supérieure à la bande intérieure en contact avec le rouleau, permettant une pression plus élevée pour extraire l'eau du gâteau de boue.
• Certains équipements annexes utilisés sur une presse à bande sont le guidage des toiles, le lavage des toiles filtrantes, la tension des toiles et la détection du déraillement des toiles.
• La tension des toiles filtrantes est assurée par des vessies pneumatiques à pression réglable ou par une centrale hydraulique actionnant des vérins hydrauliques.

Filtre à bande

• Le filtre à bande offre une large gamme d'utilisation et fonctionne de manière continue à forte production.
• Il a une faible consommation d'énergie et sa machinerie simple permet l'entretien et le démarrage par l'exploitant.
• La siccité de la boue déshydratée avec le filtre à bande est souvent inférieure à 30 %.
• Le taux de capture du filtre à bande est généralement supérieur à 95 %.

Filtre presse

• Le filtre presse est un équipement utilisé pour la déshydratation des boues.
• Il fonctionne selon le principe de la pression.
• Les plateaux du filtre presse sont généralement fabriqués en fonte, en acier revêtu de caoutchouc ou en polypropylène.
• Les filtres presse plus récents sont équipés de plateaux à membranes.
• Le serrage des plateaux est effectué par le déplacement d'une presse mobile qui pousse l'ensemble des plateaux en butée sur un sommier fixe à 400 bars de pression.
• Le filtrat peut être évacué soit par écoulement direct, soit par des robinets latéraux, soit par un ou plusieurs conduits dans l'angle des plateaux.
• Le débatissage des filtres peut être effectué manuellement, par minuterie, par pressostat ou par un indicateur de débit de filtrat.
• Le lavage des toiles peut être effectué manuellement ou par l'intermédiaire de laveurs à pulvérisation d'eau sous très forte pression.
• Les équipements annexes d'un filtre presse peuvent inclure un dispositif de régulation de débit et de pression pour la pompe d'alimentation en boues, ainsi qu'un dispositif d'évacuation des gâteaux.
• Les gâteaux sont évacués sous le filtre, généralement dans un bâtiment à deux niveaux.

Caractéristiques du filtre presse

• La capacité de production d'un filtre presse classique se situe entre 1,5 et 10 kg MS par m2 de surface filtrante et par heure.
• Les critères de dimensionnement d'un filtre presse incluent la taille des plateaux, le nombre de plateaux, le type de plateaux, la nature des boues à déshydrater, le type de conditionnement, le temps de travail de l'atelier de déshydratation et le degré d'automatisme souhaité.
• Les avantages d'un filtre presse sont une siccité élevée des boues, la capacité des boues à être auto-combustibles, la facilité de stockage des boues gerbables, la production d'une clarification excellente et une consommation d'énergie modérée.
• Les inconvénients d'un filtre presse sont la nécessité d'une surveillance quasi obligatoire du débatissage, l'encombrement important du dispositif qui nécessite un bâtiment à deux étages et une ventilation appropriée, ainsi qu'un coût d'investissement plus élevé.