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6. LES BOUESLes lments polluants et leurs produits de transformation retirs de la phase liquide au cours de tout traitement d'eau, quelle qu'en soitla nature, se trouvent finalement rassembls dans la trs grande majorit des cas dans des suspensions plus ou moins concentresdnommes "boues":Le caractre commun de toutes ces boues est de constituer un dchet encore trs liquide, de valeur gnralement faible ou nulle.Certaines d'entre elles sont chimiquement inertes, mais celles qui proviennent de traitements biologiques sont souvent fermentescibleset nausabondes.Toutes les boues de caractre organique ncessitent un traitement spcifique qu'elles soient recycles, rutilises ou remises dans lemilieu naturel. Il en est de plus en plus de mme pour les boues essentiellement minrales.

L'urbanisation et la protection de l'environnement rendent de jour en jour plus difficile le retour pur et simple sans condit ionnementpralable de ces produits dans le milieu naturel. Le traitement de la boue est devenu un corollaire invitable du traitement de l'eau, et ilncessite des moyens techniques et financiers parfois suprieurs.

6.1. CLASSIFICATIONLa caractrisation d'une boue est fondamentale pour le choix de la mthode de traitement qui lui est applicable ainsi que pour la

prvision des performances des appareils employer. Le tableau 32 propose une classification des differentes boues en fonction de leurorigine et de leur composition.

Cette composition dpend la fois de la nature de la pollution initiale de l'eau et des procds d'puration auxquels cette eau at

soumise; traitements physiques, physicochimiques, biologiques.

Classe organique hydrophile: c'est une des classes les plus tendues. Les difficults de dshydratation de ces boues sont dues laprsence d'une fraction importante de collodes hydrophiles. Se rangent dans cette catgorie toutes les boues rsultant du traitementbiologique d'eaux rsiduaires, et dont la teneur en matires volatiles peut atteindre jusqu' 90% de la totalit des matires sches (eauxrsiduaires d'I.A.A., de chimie organique, par exemple). Classe minrale hydrophile: ces boues contiennent des hydroxydes mtalliques forms au cours des procds physicochimiques par

prcipitation d'ions mtalliques prsents dans l'eau traiter (Al, Fe, Zn, Cr) ou ds (emploi de floculants minraux (sels ferreux ouferriques, sels d'aluminium). Classe huileuse: elle est caractrise par la prsence dans les effluents de quantits mme faibles d'huiles ou de graisses minrales(ou animales). Ces huiles sont en mulsion ou adsorbes aux particules boueuses hydrophiles ou hydrophobes. Une fraction de boue

biologique peut aussi tre prsente en cas de traitement final par boues actives (exemple: traitement d'eaux rsiduaires de raffinerie). Classe minrale hydrophobe: ces boues sont caractrises par un taux prpondrant de matires particulaires faible teneur en eau

lie (sables, limo ns, scories, battitures, sels cristalliss...). Classe minrale hydrophile - hydrophobe: ces boues comprenantprincipalement des matires hydrophobescontiennentsuffisamment de matireshydrophiles pour que l'influence dfavorablede celles-ci en dshydratation deviennentprpondrante. Cesmatires hydrophiles sontsouvent les hydroxydes mtalliques(coagulants). . Classe fibreuse: ces boues sontgnralement faciles

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dshydrater sauflorsque la rcupration pousse de fibres fait voluer cette classe vers le type hydrophile,par suite de la prsenced'hydroxydes ou deboues biologiques.

Tableau 32. Tableau des diffrentes classes de boues.

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Tableau 32. Tableau des diffrentes classes de boues. (suite).

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Tableau 32. Tableau des diffrentes classes de boues. (suite).

Il est noter que dans le traitement des E.R.U. les boues fraches concentrent 90% des germes pathognes et contiennent- entrobactries 107 1010par ml- salmonelles 10 107par ml- oeufs de parasites 10 107par ml ainsi que des amibes et des virus.

6.2. NATURE DES BOUES6.2.1. Facteurs caractrisant la nature de la boue

A) Concentration en matires sches (MS): elle s'exprime gnralement engrammes par litre ou en pourcentage enpoids et estdtermine par schage 105Cjusqu' poids constant. Pour des bouesliquides, elle est gnralement proche de la teneur en matiresen suspension (MES),dtermine par filtration ou centrifugation.

B) Teneur en matires volatiles (MV)exprime en pourcentage en poids des M.S., elle se dtermine par gazification dans un four 550 - 600C.Pour les boues de la classe organohydrophile notamment, elle est souvent proche de la teneur en matires organiques (MO) et estcaractristique de la teneur en matires azotes.

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C) Composition lmentaire pondrale (surtout pour les boues organiques)- C et H pour apprcier le degr de stabilisation ou calculer le pouvoir calorifique infrieur,- N et P pour apprcier la valeur agricole de la boue,- autres composs (mtaux lourds par exemple). Pour les boues minrales, sont souvent utiles les teneurs en Fe, Mg, Al, Cr, en sels decalcium (carbonates et sulfates), et en silice.

D) Composition de l'eau interstitielle- substances dissoutes, - TAC, TA, - DCO, DBO5, pH, etc.

6.2.2. Facteurs caractrisant la structure de la boue

A) Viscosit apparente en rapport avec le comportement rhologique

Les suspensions boueuses sont des liquides non newtoniens: la valeur trouve pour la viscosit est toute relative et dpend de lacontrainte de cisaillement applique.Pour certaines boues, et sous certaines prcautions, il peut tre dduit une viscosit dite de Bingham pour une contrainte caractristiquede TB (voir figure 29) du mme nom.La viscosit peut tre considre comme une mesure de l'intensit des forces interparticulaires. Elle permet galement d'valuer lecaractre thixotropique d'une boue (aptitude de cette boue se prendre en masse en l'absence de brassage, et devenir fluide ds qu'elleest lgrement agite).Cette caractristique est trs utile pour apprcier les possibilits de collecte, de transport et de pompage d'une boue.

B) Analyse granulomtrique.

C) Nature de l'eau contenue dans la boue.L'eau contenue dans une boue est la somme :

- d'une eau libre assez facilement liminable,- d'une eau lie comprenant: l'eau capillaire, l'eau d'hydratation collodale, l'eau cellulaire et chimiquement lie.La libration de l'eau lie ncessite une nergie assez forte. L'eau cellulaire n'est sparable que par des moyens thermiques puissants(conditionnement thermique, schage ou incinration)La proportion d'eau libre et d'eau lie est donc dterminante dans l'aptitude d'une boue la dshydratation. Elle peut tre approche parthermogravimtrie, c'est- lire par l'tablissement de la courbe de perte de poids d'eau temprature constante d'un chantillon de

boue paissie dans des conditions prcises de manipulation (figure 30). Le point d'inflexion du thermogramme peut tre dtermin entraant la courbe V = f(S) o V est la vitesse de schage et S la siccit de l'chantillon (figure 31). Pour chaque boue, on lit une siccit Scorrespondant au premier point critique: S est considre comme tant la siccit de la boue aprs perte de l'eau libre; pour des raisonsd'interprtation pratique, l'eau libre est dfinie, en thermogravimtrie, comme la quantit d'eau liminable vitesse constante deschage.

La thermogravimtrie permet donc d'estimer la tendance hydrophile d'une boue, mais aussi- de suivre l'volution du taux d'eau lie en fonction de divers conditionnements,

- d'valuer en laboratoire les performances des appareils de dshydratation avec une prcis ion suffisante,- de dterminer, par tudes comparatives, une siccit limite pour chaque type de traitement,- ventuellement de calculer l'nergie de liaison des diffrentes natures d'eau avec la matire boueuse.L'interprtation des thermogrammes de boues d'hydroxydes est plus complexe cause de la prsence d'une assez grande proportiond'eau chimiquement lie.

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6.2.3. Facteurs caractrisant le comportement d'une boue en cours de dshydratation

Ces facteurs sont propres aux techniques d'essorage mises en oeuvre :- aptitude l'paississement (voir page 158),- caractrisation numrique de la filtrabilit (voir page 177), - caractrisation numrique de la compressibilit d'une boue,- dtermination d'une siccit limite,- centrifugabilit (voir page 197).

6.3. PRODUCTION DE BOUESLa quantit de boues produites dpend directement de la quantit de MES limine et de celle des ractifs de traitement utiliss. Dans letraitement biologique cependant, une partie importante des lments dissous est assimile par la population bactrienne et utilise lasynthse de matire vivante.Le traitement des ERU conduit la production des quantits de boues moyennes indiques dans le tableau 33.

6.4. DESTINATION FINALE DES BOUES ET FINALIT DE LEUR TRAITEMENTLa valorisation des boues est souvent alatoire et leur vacuation constitue presque toujours une charge d'exploitation importante. Sur le

plan conomique le but atteindre est en ralit de limiter les frais de leur traitement et de leur transport. Cette optimisation dpend desconditions d'coulement du produit, des besoins en nergie et du cot de celle-ci, du prix de la main d'oeuvre, des ractifs deconditionnement, etc.Paralllement, l'hygine du travail et la protection de l'environnement imposent le dveloppement de solutions provoquant le minimumde nuisances tout en restant conomiquement supportables.Les principales destinations des boues et sous-produits issus de leur traitement sont les suivantes.

6.4.1. Amendement des sols

On peut utiliser des boues provenant du traitement d'ERU et de certaines ERI. Des essais encourageants ont t galement mens avecdes boues provenant du traitement physico-chimique d'ERU. Les caractristiques agronomiques principales des boues provenant de

stations d'puration biologique d'ERU, exprimes en pourcentage sur M.S. sont

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Tableau 34.

Mais les boues sont gnralement plus intressantes par les matires humiques qu'elles apportent et par l'amlioration du pouvoir dertention d'eau du sol que par le seul apport de matires nutritives. La forme sous laquelle se prsentent ces matires nutritives estgalement importante car la vitesse d'assimilation en dpend: l'azote, par exemple n'est assimilable qu'en partie la premire anneenviron 30 50% pour les boues liquides et 20 40% pour les boues dshydrates. Les taux d'assimilation annuelle vont ensuite endcroissant. L'intrt de l'utilisation des boues dpend de la culture des sols, (en particulier pH, teneur en Ca), des cultures, et des typesd'exploitation, ainsi que du mode d'pandage.Du fait des besoins cycliques des cultures, une politique d'utilisation agricole des boues n'est viable que si une solution a t trouve lavariabilit des besoins en agents nutritifs tout au long de l 'anne rotation de cultures, stockage, existence d'une autre voie d'vacuationdes boues. Une capacit de stockage importante et suffisante est, dans la quasi totalit des cas la condition premire dont dpend lafiabilit d'une solution d'utilisation en cultures. La constance de la qualit du produit a aussi son importance.Les boues digres prsentent l'avantage d'une forte rduction de germes pathognes et vitent le dgagement de mauvaises odeurs l'pandage. Cependant les risques bactriologiques ne doivent pas tre surestims, car la dcontamination par voie microbienne dans lesol est importante.En dehors de la prsence excessive dans certains cas de graisses ou fibres le risque potentiel le plus important de l'utilisation des bouesen culture est celui li la prsence de mtaux lourds dont l'origine est essentiellement industrielle (en particulier traitement dessurfaces mtalliques). Les cations dangereux les plus frquemment rencontrs sont Zn, Cd, Cu, Ni, Cr, Hg.Les quantits de boues pandables dpendent de la lgislation en vigueur qui, gnralement, prend en compte la dure de l'pandage etles teneurs initiales du sol en lments riches en mtaux lourds. Ces quantits ne doivent pas conduire un accroisssement notable del'azote lessivable.L'pandage est proscrire sur les sols dont le pH conduit une forte mobilit des lments trace. Aprs l'pandage des boues le pH dusol ne doit pas tre infrieur 6. Bien que les apports annuels doivent tre dtermins aprs une enqute agronomique locale, une dosed'application de 3 t.MS/ha.an est une valeur guide raisonnable.Les boues peuvent tre utilises :- soit sous une forme liquide,- soit sous une forme pteuse (avec structure thixotropique),- soit l'tat solide plastique (faible adhrence du produit) avec possibilit de pelletage et correspondant des teneurs en MS de l'ordrede 15 % dans le cas de boues biologiques collodales et de < 50% dans le cas de boues minrales trs denses,- soit l'tat solide friable conduisant un morcellement du rsidu sous contrainte mcanique,- soit l'tat de granuls ou de poudre ncessitant un schage thermique en plus d'une dshydratation mcanique. Dans ce cas, la valeuragronomique du produit peut tre amliore par apport d'agents nutritifs complmentaires.Les boues liquides ou pteuses peuvent tre pandues en surface ou enfouies. Ce dernier mode d'utilisation rduit les dgagementsd'odeurs qui sont spcialement craindre sur

Des boues fermentescibles forte teneur en eau.Gnralement plus la quantit de boues vacuer est leve, plus la dshydratation doit tre pousse de faon rduire les cotsd'vacuation. En effet, il s'agit alors d'agglomrations importantes avec des zones de cultures fort loignes du centre ville.

6.4.2. Rcupration de produits

La rcupration n'est envisageable que sur certains lments contenus dans les boues. En particulier :- rcupration de fibres dans les industries du papier-carton et du bois,- rcupration de protines (en particulier dans les industries de la viande) des fins de production d'aliments du btail, ou pour la

pisculture,- rcupration de produits coagulants dans les boues provenant de la clarification d'eaux de rivire (par exemple acidification de bouesd'hydroxydes d'Al),- rutilisation du carbonate de calcium et de la chaux des boues provenant d'un traitement massif la chaux. Tel est le cas, par exemple

des boues de dcarbonatation d'eau potable utilises pour le conditionnement avant dshydratation de boues prdominance organiqueprovenant du traitement biologique d'ERU.- rcupration de Zn, Cu, Cr, dans les boues provenant d'une puration d'eaux de traitement de surfaces mtalliques,- rutilisation de boues minrales aprs schage thermique ou de cendres d'incinration dans la construction de revtements routiers, de

produits stabilisateurs de sol ou de bton (mais, une telle rutilisation n'a jusqu' ce jour reu que des applications limites).

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6.4.3. Rcupration d'nergie

La rcupration d'nergie n'est pas normalement le but premier du traitement des boues. L'emploi des boues comme combustibleexportable en dehors de l'usine d'puration est rare. Tel peut tre le cas pour des boues dshydrates provenant de la dcantation decertaines eaux uses trs charges en combustible (poussire de charbon par exemple) pour des suspensions huileuses ou des graissesrcupres par flottation ou mme encore pour des boues organiques sches sous forme de granuls ou de poudre. La production degranuls (voire de poudre), partir de boues trs organiques, est galement propose pour la fabrication de combustibles transportables.La rcupration d'nergie se ralise essentiellement sous deux formes principales- production de gaz mthane par fermentation. Le gaz est utilis pour le chauffage, l'alimentation des groupes lectrognes et leconditionnement thermique des boues elles-mmes,- production calorifique dans les fours d'incinration. L'nergie ainsi produite sert essentiellement, sinon totalement, scher

pralablement les boues. Lorsque la siccit initiale des boues le permet, l'nergie thermique excdentaire peut tre transforme en

nergie lectrique.Toute rcupration d'nergie s'accompagne de la rduction partielle ou totale des germe pathognes dans les boues.

6.4.4. Dcharge

C'est encore sans doute la destination finale la plus frquente des boues produites. Le rsidu peut tre plus ou moins important, maismme dans le cas d'incinration il demeure un sous-produit de volume non ngligeable et rassemblant normalement tous les mtauxlourds contenus dans les boues.Cette dcharge peut aller de la simple "lagune boues liquides" alimente en boues stabilises et dont le drainage et l'vaporationncessitent des mois ou des annes, jusqu'au remblaiement d'excavations ou de dpressions l'aide de boues sches dont le compactageest plus rapide.Une solution parfois envisage, en particulier sur les boues toxiques, est, avant dcharge, d'incorporer aux boues liquides des produitssolidifiants (silicates, ciments, etc.). Ce mode de traitement prsente l'inconvnient de condamner dfinitivement des surfaces au sol

importantes. De plus, les risques de lixiviation par les eaux de ruissellement ne semblent pas totalement carts.Enfin, la mise en dcharge commune des boues avec les ordures mnagres est une pratique encore frquente. Les lgislations en lamatire varient suivant les pays. Il convient de ne pas dpasser une teneur maximale en eau du produit, de veiller son homognit etde prendre les dispositions ncessaires la protection de la nappe, avec collecte et traitement du lixiviat (voir page 592).

6.4.5. Rejet en mer

Cette solution expditive consiste le plus souvent en un dversement discontinu au large au moyen de barges et chalands. Dansquelques cas cette vacuation est ralise par un missaire sous-marin suffisamment long et immerg en profondeur.Le choix d'un rejet en mer ncessite au pralable un examen minutieux et prolong des courants ainsi que des tudes bactriologiques,

biologiques et piscicoles de qualit. La destruction des germes pathognes et la dgradation des matires organiques en milieu marinsont lentes.Les boues dverses en mer doivent tre dbarasses des matires flottantes. La digestion anarobie est le prtraitement pralable le

plus souvent adopt.

6.4.6. Rinjection dans le sol

Cette solution envisage essentiellement sur des boues toxiques ou des eaux trs concentres consiste injecter les boues l'tat liquide grande profondeur dans les poches poreuses du sous-sol isoles entre des couches continues permables. Une tude gologique trssrieuse est videmment indispensable.