Traitement des boues - Conditionnement

Le conditionnement des boues

• L'objectif du conditionnement des boues avant la déshydratation est de modifier leur structure pour les rendre compatibles avec un traitement ultérieur.

Effets recherchés sur la boue

• Les effets recherchés sur la boue lors du conditionnement sont l'agglomération des particules entre elles, la libération de l'eau interstitielle et l'augmentation de la résistance mécanique des flocs à la pression.

Techniques de conditionnement

• Les principales techniques de conditionnement des boues sont le conditionnement chimique minéral, le conditionnement chimique organique et le conditionnement thermique.

Stabilité colloïdale

• La stabilité colloïdale des boues fait référence aux particules chargées électriquement qui diffusent la lumière et sédimentent difficilement.
• Pour les boues organiques, la surface des colloïdes est chargée négativement.

Hydrophilie particulaire

• L'hydrophilie particulaire des boues désigne les attractions entre la surface des colloïdes et les molécules d'eau.
• Cela englobe l'eau d'hydratation colloidale et l'eau micro capillaire emprisonnée mécaniquement dans les interstices créés par les exopolymères à la surface des micro-organismes.

Classement des boues

• Le classement d'une boue selon son état colloïdal dépend de plusieurs critères tels que l'origine de la boue (primaire/biologique), la nature de la pollution (organique/minérale), la fermentation (hydrolyse=colloïdes) et la qualité des retours en tête.

Conditionnement chimique organique

• Le conditionnement chimique organique permet la neutralisation des charges électriques (polymères cationiques) et l'adsorption et le pontage entre les particules, créant une réticulation.

Difficulté de déshydratation

• Les boues issues de l'épuration biologique d'effluents de laiteries ou de parfumerie sont parmi les plus difficiles à déshydrater, contrairement aux boues primaires fraîches qui offrent les meilleures siccités.

Conditionnement chimique minéral

• Le conditionnement chimique minéral est une technique utilisée pour traiter les boues avant leur déshydratation.
• Il consiste à incorporer successivement un sel de fer (FeCl3) et un lait de chaux (CaO) dans la boue afin d'augmenter la taille des flocs, améliorer leur filtrabilité et leur résistance à la compression.

Applications du conditionnement chimique minéral

• Le conditionnement chimique minéral est principalement utilisé pour le filtre presse, mais il peut également être utilisé dans d'autres équipements de traitement des boues.

Ajustement des dosages

• Les dosages de FeCl3 et CaO dépendent de la tendance colloidale des boues.
• Plus les boues sont colloidales, plus les dosages seront élevés.

Mélange des réactifs

• Pour obtenir un bon mélange des réactifs avec la boue, il est recommandé d'utiliser un apport d'eau de dilution pour la solution concentrée de FeCl3 et d'utiliser un lait de chaux 50-80 g.L-1.

Coagulants et floculants

• Le conditionnement chimique minéral utilise des coagulants tels que le FeCl3, qui favorise l'agglomération des particules, et des floculants tels que les polymères synthétiques organiques, qui favorisent la formation de flocs plus gros et plus résistants.

Propriétés des polymères

• L'iconicité des polymères est déterminée par la proportion de charges et peut être anionique ou cationique.
• Les polymères anioniques sont utilisés pour les boues minérales, tandis que les polymères cationiques sont efficaces pour la floculation des matières colloïdales.

Poids moléculaire des polymères

• Le poids moléculaire des polymères est proportionnel à la longueur de la chaîne.
• Les polymères à faible poids moléculaire favorisent la formation de petits flocs adaptés à la floculation des boues destinées au compactage.
• Les polymères à haut poids moléculaire produisent des flocs plus gros et plus rigides, adaptés à la centrifugation ou à la filtration.

Structure des polymères réticulés

• Les polymères réticulés sont des chaînes linéaires reliées entre elles par d'autres molécules.
• Le degré de réticulation est déterminé par le nombre de liens.
• Les polymères réticulés favorisent la formation de gros flocs résistants mieux aux effets de cisaillement et sont utilisés pour la centrifugation des boues.

Présentation des polymères solides et liquides

• Les polymères solides peuvent être présentés sous forme de billes ou de poudres.
• La durée de préparation des polymères solides varie (40 minutes pour les billes et 100 minutes pour les poudres).
• La concentration de la préparation est généralement de 1 à 5 g/l.
• Les polymères liquides sont généralement présentés sous forme de émulsions ou de dispersions.
• La concentration de la préparation varie de 1 à 5 g/l et le temps d’utilisation est d'environ 48 heures max pour une conservation optimale.

Critères de choix du polymère

• Les critères à prendre en compte pour choisir le polymère pour la floculation des boues comprennent le degré d'ionicité, le poids moléculaire, la structure du polymère, son dosage, la taille et la stabilité du floc souhaitées, les conditions de mélange, la viscosité du floculant, les conditions de dissolution du polymère, etc.

Tests pour le choix du polymère

• Un test de présélection en laboratoire est un essai simple et rapide pour caractériser les meilleurs compromis entre la nature du polymère et son dosage.
• Les tests d'égouttage sur Büchner permettent d'évaluer la capacité de la boue floculée à se déshydrater rapidement.
• Les paramètres à examiner lors des essais industriels comprennent le débit de boues, les concentrations en matière sèche et matière volatile des boues, le débit de floculant, la concentration du floculant, le débit éventuel d'eau de dilution, les points d'injection, ainsi que des observations spécifiques liées aux appareils de déshydratation utilisés.
• Les tests de présélection en laboratoire et les essais industriels sont importants pour pré-évaluer les performances des polymères et ajuster les paramètres en fonction des conditions réelles d'exploitation.
• Cependant, les tests de présélection en laboratoire et les essais industriels ne garantissent pas un choix de polymère parfait et il est donc important de surveiller les performances et d'effectuer des ajustements si nécessaire lors de l'application du polymère en conditions réelles.

Préparation des polymères

• La préparation des polymères en poudre est plus longue, prenant de 45 à plus de 60 minutes, tandis que la préparation des polymères liquides est plus rapide, prenant environ 20 minutes.
• Le mouillage des produits secs dans la préparation des polymères en poudre se fait soit par une chute des grains sur une lame d'eau, soit par leur propulsion pneumatique dans un vortex d'eau.

Durée de conservation des solutions de polymères liquides

• La durée de conservation des solutions de polymères liquides dépend de la concentration, des caractéristiques du polymère et de l'eau de dilution.
• La durée de conservation d'une solution à 1 g/l est d'un jour, tandis que celle à 5 g/l est de trois jours ou plus.

Facteurs influençant la durée de conservation

• La concentration du polymère, les caractéristiques du polymère et l'eau de dilution peuvent influencer la durée de conservation d'une solution.

Eau de dilution recommandée

• Il est recommandé d'utiliser de l'eau potable plutôt que de l'eau traitée si celle-ci présente une dureté élevée, une teneur en fer supérieure à 1 mg/L, ou si elle conduit à un pH de solution supérieur à 6.

Floculation lors de l'application du polymère

• Les effets de la floculation sont directement observables à l'entrée de la zone d'égouttage lors de l'application du polymère sur un filtre à bande.

Calage d'une pompe doseuse en polymère

• Le calage d'une pompe doseuse en polymère est calculé en utilisant la formule : Qpolymère [l/h] = (Qboue [m^3] * MeS boue [g/l ou kg/m^3] * Taux traitement [g/kgMes]) / (Cpolymère [g/l]).

Conditionnement thermique des boues

• Le conditionnement thermique des boues est un processus qui consiste à cuire les boues préalablement épaissies dans un réacteur à haute température et sous pression équilibrante.
• Le conditionnement thermique des boues provoque une destruction importante des colloïdes avec libération de l'eau liée, une solubilisation d'une partie des matières en suspension et une augmentation de la densité des particules de boue.

Avantages et autres méthodes de conditionnement

• Les avantages du conditionnement thermique des boues sont un épaississement rapide, une forte siccité sur le filtre presse et l'absence de gestion de réactifs.
• Les autres méthodes de conditionnement des boues incluent la congélation.