partie 1 traiterment des boues

8/12/2019 Partie 1 Traiterment Des Boues

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19 TRAITEMENT DES BOUESLes procds de dshydratation, (mcaniques, parfois naturels), permettent dedonner aux boues une consistance physiqueplus ou moins solide. La texture et le taux d'humidit du sdiment obtenu doivent rpondre aux exigences de la destination finale choisievoir page 918).

La majorit des boues organiques ou des boues minrales hydrophiles (boues d'hydroxydes par exemple) doivent subir un prtraitementpcifique, appel conditionnement, pour permettre le bon fonctionnement des diffrents appareils de dshydratation mcanique.

Le degr de dshydratation dpend avant tout du type de boues traiter (voir page 123) mais aussi du procd de conditionnement, ainsi quedes nergies mcaniques mises en oeuvre.Les boues dshydrates peuvent ensuite subir diffrents traitements

amlioration de la texture et rduction du taux d'hydratation du sdiment par ajout de charges diverses (chaux vive par exemple, ou

ciure/copeaux de bois dans les procds de compostage),schageplus pouss, par des procds thermiques, pour faciliter leur vacuation: agriculture, amendements organiques, et mme

ncinration dans des fours d'ordures mnagres,et enfin, incinration, dans des fours adapts, avec le souci d'une consommation d'nergie extrieure minimale. Il est donc ncessaire

d'obtenir des sdiments de boues proches de l 'autocombustibilit et d'amliorer les rendements thermiques des fours. Ceci conduit unecupration maximale de l'enthalpie des fumes de combustion par change thermique: rchauffage de l'air de combustion et production de

vapeur ou d'eau chaude, et mise en place ventuelle d'un prschage thermique des sdiments avant injection dans le four.

1. CONDITIONNEMENT DES BOUESPour rendre exploitables les diffrents quipements de dshydratation, il faut procder la floculation de la boue pour "casser" la stabilitcollodale etpour augmenter artificiellement la taille des particules. C'est le conditionnement, qui a recours des procds de nature physiquethermique principalement) mais plus souvent de nature chimique (ajout de ractifs minraux ou de polymres de synthse). Parmi les

diffrents procds utiliss (figure 606), le conditionnement thermique est, de loin, le plus efficace pour diminuer l'hydrophilie particulaire.La floculation chimique, qui fait appel des lectrolytes minraux (sels mtalliques et chaux notamment), rduit galement, mais dans unemoindre mesure, le taux d'eau lie. La mise en oeuvre des polylectrolytes ne provoque, quant elle, aucune baisse de ce taux d'eau lie, etparfois mme l'augmente. Le type de conditionnement utilis va donc avoir une influence sur le taux d'hydratation du sdiment obtenu (voiranalyse thermogravimtrique des boues, page 124).Un conditionnement adquat de la boue est la base du bon fonctionnement de l'atelier de dshydratation.

1.1. CONDITIONNEMENT CHIMIQUEChaque ractif chimique employ a son efficacit propre en ce qui concerne la dimension des flocs forms: grenus avec les ractifs minrauxet volumineux avec les polylectrolytes.

1.1.1. Ractifs minrauxls sont mieux adapts la dshydratation par filtres-presses ou filtres sous vide, appareils mettant en oeuvre une filtration en surface auravers d'un gteau en formation, avec un support filtrant mailles fines (gnralement infrieures 100-200 m). Ces ractifs minraux

conduisent, en effet, la formation de flocs fins mais mcaniquement stables.De nombreux lectrolytes minraux cation polyvalent pourraient tre utiliss mais, pour des raisons d'conomie et d'efficacit, on emploiee plus souvent des sels mtalliques, tels que chlorure ferrique, chlorosulfate ferrique, sulfate ferrique, sulfate ferreux et, un degr moindre,es sels d'aluminium. Sur les boues organiques (traitements biologiques d'ERU et d'ERI), l'ion Fe" est de loin le plus efficace et le plus utilis.

Le choix entre FeCl3 et FeSO4CI est gnralement d'ordre conomique.

L'action de ces lectrolytes est doubleaction coagulante: leur charge est souvent oppose celle des particules boueuses, -action floculante: formation d'hydroxydes complexes

hydrats, tels que [Fe(H20)6, (OH)3]n, qui jouent le rle d'un polymre minral. Une introduction de chaux, conscutive celle de'lectrolyte, est toujours d'un grand intrt pour amliorer la filtrabilit

pH > 10, ce qui correspond un pH de floculation correct,diminution du taux d'eau lie (obtention d'un gteau plus sec et plus consistant),prcipitation d'un certain nombre de sels de calcium (organiques et minraux) favorables la filtration,apport d'une charge minrale dense (dstabilisation de la structure collodale).


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Avec les boues organiques, le double dosage sel de fer/chaux est d'ailleurs souvent obligatoire. Par contre, avec les boues d'hydroxydes

hydrophiles, une simple addition de chaux suffit gnralement amliorer la filtrabilit de la boue.Les doses de ractifs minraux dpendent bien sr de la nature des boues filtrer, mais galement de l'efficacit dsire. En premireapproche, avant filtre-presse, on peut les estimer comme suit

Pour l'exploitation correcte des filtres, les surdosages sont inutiles, n'amliorant que peu les rsultats, mais il est ncessaire de respecter undosage minimal pour obtenir une filtrabilitsuffisante (page 966)

rsistance spcifique pour filtre sous vide r0,5 = 2 5 x 1011 m.kg-1,

pour filtre-presse chambre r0,5 = 5 15 x 1011 m.kg-1.l est toujours recommand de dterminer, dans chaque cas, par des essais simples de laboratoire (voir pages 372 et 375r0,5 et test CST), lesdoses correctes ncessaires.La prsence, dans une boue, de fibres ou matires denses minrales, conduit gnralement des doses moindres de ractifs. Une forteproportion de matires organiques protidiques agit en sens inverse. L'ajout de ractifs augmente la quantit de matires filtrer, car une forteproportion des agents chimiques introduits reste sous forme solide dans la boue dshydrate, par suite de la prcipitation d'hydroxydesmtalliques, de CaCO3, de sels de calcium. Il faut donc en tenir compte pour le dimensionnement des appareils de filtration


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60 70 % du poids de FeCl3 introduit se retrouve dans le gteau,80 90 % du poids de Ca(OH)2 introduit se retrouve aussi sous forme solide.

Corrlativement, une certaine partie des ractifs passe en solution sous forme de Cl- ou de Ca++ et se retrouve dans lefiltrat.

Mise en oeuvre des ractifsminraux

Un excellent mlange des ractifs avec la boue doit tre recherch. Un apport d'eau de dilution (pour la solution concentre de FeC13) et'utilisation d'un lait de chaux 50-80 g.1-1, facilitent la diffusion des ractifs dans toute la masse.

La floculation des boues s'effectue dans des bacs agits en srie (le premier pour le sel mtallique, le deuxime pour la chaux - voir figure607). Les temps de sjour sont de l'ordre de 5 10 minutes, ce qui est suffisant pour le grossissement du floc.

L'nergie d'agitation est assez leve (150-300 W.m-3) mais non excessive.Un temps supplmentaire de mrissement du floc est souvent profitable, mais

une agitation prolonge et trop forte peut, dans certains cas, dtriorer la filtrabilit de la boue conditionne. Un stockage prolong de la boue

conditionne avant filtration (parfois utile pour les grosses stations) peut aussi avoir cet effet dfavorable, en particulier sur des bouesfraches urbaines insuffisamment chaules, donc susceptibles d'volution.Le transfert de la boue flocule ne doit pas provoquer la destruction du floc: la pompe centrifuge est ainsi viter. Pour les petites etmoyennes stations d'puration et sur certaines qualits de boues, il est possible de raliser la floculation en ligne avec des dispositifs demlange rapide trs bien tudis. La mise en oeuvre du conditionnement (figure 609) est simplifie, mais les doses un peu plus leves.L'atelier de conditionnement peut tre entirement automatis, avec asservissement des ractifs au dbit et, ventuellement, laconcentration des boues. Il est galement possible, avec des capteurs adapts, de contrler la filtrabilit des boues (capteur de capillaritautomatis) ainsi que la densit du lait de chaux (capteur photomtrique par exemple).


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1.1.2. Polylectrolytes

Les polymres naturels (amidon, polysaccharides, alginates, etc.) n'ont toujours eu que peu d'application en conditionnement des boues, dufait de la floculation mdiocre obtenue. Les polylectrolytes sont beaucoup plus efficaces, formant des flocs volumineux (plusieursmillimtres), bien diffrencis dans une eau interstitielle clarifie.Les polylectrolytes ont pour effet

une floculation extrmement marque, par formation de ponts entre particules, grce aux longues chanes ramifies.Cette floculation est renforce par une action coagulante dans le cas de polymres cationiques (voir figure 611).

une trs forte diminution de la rsistance spcifique de la boue, l'eau libre interstitielle libre tant trs rapidement drainable. Par contre,es flocs, souvent spongieux et assez hydrophiles, entranent dans la plupart des cas une augmentation du facteur de compressibilit de la

boue.La structure du floc ainsi obtenu a rendu possible

le dveloppement de filtres quips de support filtrant larges mailles (0 ,4 1 mm) donc moins colmatable : c'est le cas des filtres bandes presseuses de type SUPERPRESSDEG, spcifiquement tudis pour la dshydratation des boues,

le dveloppement d'appareils de drainage pour paissir rapidement et efficacement les boues: GDE, tambours filtrants, tables d'gouttage deype TDEG,l'amlioration trs sensible des performances des dcanteuses continues (dbit, mais surtout clarification) par augmentation trs nette de la

densit des particules rassembles.


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Un nombre important de polylectrolytes est disposition, et il faut gnralement faire appel des tests simples de floculation, de drainage etde pressage, pour choisir le produit le mieux adapt; ces tests permettent - de choisir le polymre le plus conomique, -de trouver le floc leplus diffrenci, - de juger de la rsistance mcanique du floc (important pour la centrifugation), - d'apprcier la bonne drainabilit de la boueflocule (importante pour les filtres bandes et les appareils de drainage), - de tester la compression du floc drain estimation de l'aptitude ounon au fluage sous l'effet de la pression, et de l'adhsion du floc press la toile de filtration.Le choix dfinitif du produit ne s'effectue gnralement qu'aprs tests de laboratoire, puis tests industriels, avec les produits prslectionns.

Les polylectrolytes cationiques sont surtout efficaces pour le conditionnement de boues teneur leve en matires organiques collodalesMO/MES suprieur 40 % gnralement) ou teneur leve en fibres cellulosiques.

Les polylectrolytes de masse molaire moyenne sont plus adapts au filtre bandes presseuses (drainage facilit). Ceux de trs haute massemolaire, conduisant des flocs trs volumineux, denses et de forte rsistance, conviennent mieux la centrifugation.Les polylectrolytes anioniques trouvent une large application dans lessuspensions boueuses caractre minralprpondrant (bouesdenses hydrophobes,boues d'hydroxydes mtalliques). Les dosesemployes avec ces polymres sont souventplus modestes de l'ordre de 0,3 2 kg/tonneMES.Pour un mlange de boues organiques (biologiques par exemple) et de boues minrales (hydroxydes par exemple), l'ionicit du

polylectrolyte peut varier en fonction du rapport de coprsence. L'association de deux polylectrolytes, anionique et cationique (injectsparment), permet, sur certaines boues, de rduire le cot global du conditionnement ou d'obtenir une floculation plus efficace.

Pour certaines applications (dshydratation sur filtre-presse par exemple), le polylectrolyte peut tre associ un sel mtallique:prcoagulation au sel ferrique et, ensuite, constitution d'un floc moins hydrophile l'aide du polylectrolyte. Mise en oeuvre des polylectrolytesEn traitement des boues, les polylectrolytes utiliss sont souvent livrs en poudre, notamment dans les moyennes ou grandes stationsd'puration. Pour des installations plus petites, il y a possibilit d'utiliser des polylectrolytes en sirop visqueux, plus faciles mettre enoeuvre. La gamme des polylectrolytes en poudre est trs tendue, ce qui est un avantage important, du fait de la diversit de qualit desboues. Au chapitre 20, 6.1., les postes de prparation et distribution sont prsents.


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La solution mre (4 6 g.l-1) est gnralement dilue avant introduction dans la boue mais il n'y a pas de rgle prcise tout dpend desviscosits respectives de la boue, et de la solution de polylectrolyte. Le mlange boue-polylectxolyte s'effectue de faon trs simple, lafloculation tant quasi immdiate, mais les flocs forms sont souvent fragiles

pour une dcanteuse continue, injection du polylectrolyte directement dans la conduite de boue, juste l'entre de l'appareil, sansutilisation de floculateur.

L'nergie engendre dans la centrifugeuse suffit, - pour un filtre bandes presseuses, injection du polylectrolyte dans une petite cuve agite,place juste en amont de la zone de drainage de l'appareil. Le temps de floculation est trs court, gnralement infrieur la minute,pour la GDE et les filtres bandes simplifis, la floculation peut se faire par injection du polylectrolyte en conduite au travers d'un

mlangeur statique de type MSC,pour un filtre-presse, les modalits d'injection sont plus complexes. Le dbit d'un filtre-presse n'tant pas constant au fur et mesure du

cycle, deux modes opratoires sont possiblesfloculation dans un bac avant pompage, puis envoi de la boue flocule dans le filtre: cette faon de procder conduit assez souvent des

checs (sauf sur des boues tendance fibreuse) car le floc se dtruit en partie pendant le pompage,floculation aprs la pompe d'alimentation du filtre (voir figure 614) dans ce cas, il faut raliser la proportionalit du db it de polymre au

dbit trs variable de boue, ce qui implique l'emploi de deux pompes HP de mmes caractristiques (ou d'une pompe doseuse attele lapompe boue).


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rutilisation optimale du biogaz; l'association d'une digestion anarobie et d'un conditionnement thermique est l'unedes filires les plus sduisantes. Elle permet de grer au mieux les productions et consommations d'nergie.

1.2.2. Sujtions d'emploiL'efficacit du conditionnement thermique s'accompagne des sujtions suivantes Recyclage des "jus" en tte de station La pollution organique lie cesjus est aisment biodgradable, et sarpercussion sur la bonnemarche del'installation de traitement d'eau estd'autant plus rduite que le recyclage estralis de faon continue. Ceci peut treobtenu danses grandes stationsd'puration. La surcharge en DBO5 est del'ordre de 10 25 % (pollution en grandepartie soluble et riche en azote). Il

fautdonc en tenir compte dans ledimensionnement des bassins d'aration.

Un traitement spar, par voie anarobie, de ces effluents concentrs, permet une rduction de la DCO, lie la charge polluante recycle, de'ordre de 55 70 % avec une production de biogaz rutilisable (environ 0,4 Nm3/kg DCO dtruite).

Les digesteurs de type "contact" (2 3 kg DCO/m3.j) ou " lit de boue" (3 6 kg DCO/m3.j) sont les plus utiliss, mais des racteurs cultures fixes sont galement possibles. Production d'odeursLes mesures de prvention les plus appropries sont les suivantes: couverture des paississeurs et stockeurs, refroidissement final des bouescuites (notamment par prchauffage simultan des boues digrer ou en cours de digestion), limitation, voire suppression, des purges des

acteurs de cuisson. Les contraintes locales imposent souvent la dsodorisation de l'air aspir dans les principales enceintes: cuisson -paississement - dshydratation. Ncessit d'un nettoyage priodique des surfaces d'change (Interdisant, en particulier, la mise enoeuvre du procd sur des bouesd'ERI tropriches en calcium). Investissement relativement coteuxCircuit chauds, sous pression de 15 25 bars.

1.2.3. Mise en oeuvre de la cuisson des boues

La figure 616 donne les schmas de fonctionnement les plus souvent mis en oeuvre. Dans tous les cas, on cherche rcuprer le maximumde calories en provenance des boues cuites pour prchauffer les boues cuire, de sorte que l'apport extrieur de calories ne corresponde qu'un rchauffement complmentaire de 25-40 C. Cette rcupration est ralise dans des changeurs tubulaires contre-courant On a toujoursntrt disposer d'un racteur spar assurant un temps minimal de cuisson une temprature contrlable.

L'apport de calories se faitsoit par injection directe de vapeur vive dans le racteur (systme COTHERMA avec un changeur "boue/boue" ou systme COTHERMA-B avec deux changeurs "boue/eau"),

soit par change indirect de chaleur avec un fluide caloporteur non vaporisable, de l'huile par exemple: c'est le systme COTHERMOL. Unventuel appoint de vapeur vive dans le racteur permet d'espacer les dtartrages des changeurs.

Les solutions avec injection de vapeur vive dans le racteur ne sont pas les plus conomiques en nergie mais elles prsentent l'avantage depouvoir assurer la temprature de cuisson quel que soit l'encrassement des changeurs-rchauffeurs tubulaires.Avec l'change indirect par fluide caloporteur, des prcautions supplmentaires sont prendre s'il n'y a pas de secours prvu par injection devapeur vive: surlvation possible de la temprature du fluide caloporteur par rapport aux conditions normales de fonctionnement, moyens denettoyage ais et rapide des tubes intrieurs.La fiabilit des technologies employes repose sur les principes suivants

mise en uvre de ce conditionnement dansdes stations relativement grandes, permettant de disposer de chanes de dbit compris entre 20 et

50 m3.h-1. Il est alors possible d'assurer une dcharge continue des boues, vitant les cavitations destructrices, et de construire des changeurs grande section de passage spcialement profils (nettoyage possible par tuyre eau sous 100 bars, ne demandant qu'un arrt de quelquesours),utilisation prfrentielle sur les boues digres, permettant l'emploi d'changeurs "boue/boue" sans difficult. Dans le cas de boues

contenant une certaine proportion de matires htrognes, non ou mal stabilises, il est prfrable de raliser les rcuprations decalories des boues cuites l'aide d'un fluide intermdiaire (l'eau par exemple) et aussi de dessabler les boues pour viter des usuresprmatures, voire d'utiliser l'acier inox pour prvenir certaines corrosions.


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La dpense calorifique brute (combustible) ncessaire varie suivant les schmas et l'tat d'entartrage des changeurs. Avec une exploitationuivie et une surface d'change suffisante, les consommations nergtiques sont comprises dans les limites suivantesinjection directe de vapeur vive: 50 80 th.m-3 de boue,

apport indirect par fluide caloporteur 35 60 th.m-3 de boue.

REMARQUE: La rcupration calorifique est aussi envisageable par dtentes en cascade de la boue cuite. Cette solution, qui vite leschangeurs tubulaires, impose, par contre, les pompages successifs, sous forte pression et haute temprature, de la boue conditionner.


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1.2.4. Combustion humide des boues

A son origine, ce procd consistait chauffer la boue en prsence d'air, sous de trs fortes pressions (jusqu' 200 bars et plus) dans le but dealiser une oxydation pousse de la matire organique, simultanment la transformation physique de la matire collodale. La technologie

mise en oeuvre tait trs lourde.Une alternative ce procd utilise la technique du puits profond, selon les mthodes de forage ptrolier (profondeur 1500 m).La seule nergie de pompage ncessaire correspond la perte de charge dans le puits. Les fortes tempratures atteintes sont dues auxempratures des grandes profondeurs et au caractre exothermique de la raction. L'injection d'oxygne est prfre l'air.

Les rsultats suivants sont annoncs sur des boues biologiques d'ERU oxydes:rduction des MES: 70 80rduction des MV : > 95 %rduction de DCO : 75 80 %

Du puits profond sont extraitsdes gaz (CO2 surtout et quelques hydrocarbures),une boue oxyde, dont les MES sont facilement filtres ou centrifuges (siccit du rsidu de 40 70 %). Le "jus" clarifi peut tre trait par

mthanisation.Ce procd intressant d'oxydation pousse de la MO en milieu liquide n'a, cependant, eu, ce jour, que trs peu d'applications industriellespetits dbits, cot du forage, corrosions du fond de puits invitables). Nanmoins, il peut s'avrer attractif pour traiter de petites quantits

d'ERI trs concentres en pollution organique.

1.3. CONDITIONNEMENTS DIVERSl existe d'autres procds de conditionnement, dont les applications sont rares, soit en raison de leurs cots d'investissement ou

d'exploitation, soit du fait de leur efficacit faible ou alatoire.

1.3.1. Conglation

La solidification totale de la boue par conglation, pendant un temps suffisant, permet de rduire trs efficacement la quantit d'eau lie lamatire, et par lmme de regrouper les particules. Ce regroupement demeure stable aprs fusion de la glace, et la filtrabilit de la boue estalors nettement amliore. La conglation s'effectue des tempratures de l'ordre de - 10 - 2 0 C, et pendant une dure de 1 4 h.usqu' prsent, la conglationdconglation (systme fron-glycol le plus connu) a t applique principalement aux boues prdominance

minrale, difficiles dshydrater: cas notamment des boues d'hydroxydes d'aluminium provenant de la production d'EP ou de la prparationd'El. Ce conditionnement, qui reste coteux en nergie, est souvent associ une filtration sous vide trs performante (siccit suprieure 30%).

1.3.2. Conditionnement par charges

L'apport de matires sches, gnralement inertes, amliore la cohsion de la boue, disperse le milieu collodal et, par l mme, agit

favorablement sur la filtrabilit. Le facteur s de compressibilit est, en mme temps, nettement amlior.En conditionnement de boues liquides, cet ajout minral (CaC03, gypse, cendres volantes, charbon, etc.) permet de diminuer les doses desactifs habituellement utilises mais non de les supprimer. L'effet essentiel recherch est l'amlioration de la texture du gteau, soit pour en

faciliter la manutention, soit pour permettre une exploitation correctedes appareils de dshydratation: par exemple, addition de carbonates des boues biologiques, ou ajout de sciure ou matires fibreuses desboues huileuses avant filtre bandes.l est aussi toujours intressant de combiner la dshydratation de boues difficiles (hydroxydes, biologiques) avec des boues minrales densesdcarbonatation, lavage de gaz, sulfate de calcium, boues de papeterie, etc).

Les apports de charges, pour tre efficaces, sont en gnral de l'ordre de 20 40 % des MES initiales de la boue.L'ajout de charges sur des gteaux prdshydrats peut avoir aussi pour but

l'augmentation de la siccit avant dcharge ou valorisation (ajout CaO ou sciure par exemple),la rduction du facteur de compressibilit de la boue avant un deuxime tage de dshydratation: ajout de cendres volantes par exemple, sur

un gteau de filtre bandes, avant passage dans un filtre trs haute pression (10 voire 40 bars).

1.3.3. Conditionnement

lectro-acoustique Il constitue plus une amlioration du conditionnement chimique qu'un procd de conditionnement en lui-mme.Ce procd assure une synergie entre

une lectro-osmose, qui conduit l'eau en dehors des capillaires vers la surface, - et des ultra-sons, qui orientent les particules dans leurposition la plus stable, facilitant ainsi le drainage travers le gteau.Ce conditionnement pourrait tre adapt la dshydratation sur filtrepresse et filtre bandes. En laboratoire, les gains en siccit dpassent 10points, mais ce procd est certainement d'une mise en oeuvre onreuse l'chelle industrielle.

1.3.4. Conditionnement par solvants ou huiles

Le mlange de la boue des solvants ou des huiles, permet, dans certaines conditions de temprature, de sparer plus facilement, par voie

mcanique, les matires sches, tout en ayant la possibilit de rcuprer une bonne partie du solvant. La fiabilit du procd n'a pas tconfirme.Certains autres produits chimiques peuvent, en principe, amliorer le degr de dshydratation: formol, glyoxal, amines hydrophobes, etc.mais, en ralit, le gain en siccit est trs alatoire et les cots d'utilisation sont levs.


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La monte progressive en pression (donc la consolidation lente du gteau de filtration) prsente, en principe, un certain avantage, car elleetarde le phnomne de tassement du gteau et facilite donc le drainage des boues trs compressibles.

2.1.3. Siccit limite

Si l'on filtre une boue sous pression diffrentielle leve (de 5 15 bars), la courbe de filtration

prsente l'allure caractristique de la figure 620.


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On voit que la courbe prsente deux parties principalesune partie rectiligne AB o la loi gnrale de la filtration est respecte, comme dans le cas d'une pression diffrentielle plus rduite (0,5 1

bar par exemple),une partie asymptotique CD, telle qu'une augmentation du temps de filtration ne permet plus un accroissement du volume de filtrat. Des

phnomnes complexes, tels que tassement diffrentiel du gteau, dformation des agglomrats de matire sous l'effet de la pression,conduisent ce "blocage".On dfinit prcisment comme "siccit limite" SL, la siccit du gteau obtenue aprs un temps "infini" de filtration (en pratique lorsqu'il n'y aplus d'coulement de filtrat). Le volume de filtrat VL est une fonction logarithmique de la pression P.La droite de Carman se complte d'une partie asymptotique dfinie par

L'tablissement des courbes SL= f(P)permet de dterminer, approximativement,dans le cas de filtration forte pression, lapression sousaquelle il est ncessaired'oprer pour obtenir une siccit dsire. Lapression choisie doit tre telle que le point defonctionnement se trouve

en-de du point Csi l'on veut rester dans des conditionsd'exploitation acceptables (cadence defiltration suffisamment rapide).La valeur de SL est une indicationessentielle pour la prvision desperformances des diffrents appareils defiltration mcanique, et pour ladfinition desfilires de traitement des boues: choix du conditionnement qui influe ou non sur la siccit limite, ou choix de la pression mise en oeuvre

Le tableau ci-dessous donne quelques valeurs de siccit limite SL 15 bars

SL, ne peut tre dpasse que par mise en oeuvre d'nergie thermique. Pour un conditionnement donn, la siccit obtenue industriellement nepeut donc que s'approcher, plus ou moins, de cette valeur SL, en fonction de l'importance et du mode d'application de l'nergie mcaniquemise en oeuvre.Sur des boues organiques trs protidiques (boues stabilises arobies par exemple), conditionnes aux polylectrolytes, et prsentant unefaible valeur de SL, il est inutile de faire appel des appareils permettant d'appliquer de fortes pressions: la siccit obtenue sous 1 bar est djrs voisine de la siccit SL.

2.2. LITS DE SCHAGE

2.2.1. Lits de sable

Le schage des boues sur des lits de sable drains, longtemps la technique la plus utilise, est en rgression continue du fait:des grandes surfaces de terrain ncessaires,

des dpenses de main-d'oeuvre qu'elle entrane,des performances trs dpendantes des conditions climatiques, ne permettant pas, dans bien des rgions, une vacuation rgulire des boues

produites. Dans les rgions tempres, la dure possible de schage naturel est d'une centaine de jours par an.Des lits de schage de grande dimension sont ralisables s'ils sont quips de ponts mobiles permettant la rcupration mcanise des bouesches, ainsi qu'une distribution des boues liquides sur toute la surface (figure 623).

La dshydratation naturelle n'est retenir que sur des boues bien stabilises (digres anarobies ou ventuellement d'aration prolonge).Les temps de schage varient de trois semaines un mois et demi, pour scher 30 40 cm de boue liquide, selon les conditions climatiques.Les aires de schage sont gnralement ainsi constitues (figure 622)

premire couche support de gros cailloux avec une couche de graviers (15-30 mm) de l'ordre de 20 cm. Des drains sont amnags au fondde cette couche support,

deuxime couche filtrante de sable (0,5 2 mm) de l'ordre de 10 15 cm.Le systme de drainage doit videmment se situer au-dessus de la nappe phratique.La dshydratation comporte une premire phase de drainage, une seconde de schage atmosphrique. La siccit peut atteindre 40 et mme 60% en cas d'ensoleillement optimal. Si les lits sont aliments en un seul point, il est difficile de dpasser une largeur de 8 m pour une longueurde 20 m. La mcanisation du ramassage des boues sches permet de raliser desmodules de 20 m de large et de 1 km de long (figure 624). L'investissement devient cependant assez lourdUne amlioration du rendement des lits de schage peut tre obtenue par conditionnement des boues l'aide de polylectrolyte; sa mise enoeuvre est aise et se gnralise. Les vitesses de drainage sont ainsi considrablement amliores. Nanmoins, le temps dechage demeure toujours tribu-


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aire des conditions climatiques. Lorsque celles-ci sont trs favorables, un schage peut tre obtenu en deux semaines. Dans les payshumides, une couverture des lits peut tre recommande, mais le procd devient peu concurrentiel avec les filtres mcaniques de

dshydratation.Ds que la dimension de la station le permet, la solution la plus sre est de prvoir un poste de filtration mcanique de secours pour lespriodes de l'anne o les lits ne sont plus oprationnels.


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2.2.2. Lits de schage DEHYDRO

La configuration d'ensemble rappelle celle des lits conventionnels mais la couche de sable est remplace par un plancher rigide et permable.Avec cette technique, de fortes siccits ne sont pas recherches: priorit est donne une rotation rapide des lits (cycles de 24 48 h) aux

dpens de la phase de schage. Pour cela, la boue est prflocule au polylectrolyte avant d'tre envoye sur le plancher constitu deplaques poreuses (obtention d'un filtrat bien clarifi). Aprs une premire phase de drainage, la zone sous plancher est mise sous faibledpression, pour parfaire l'coulement de l'eau interstitielle libre par la floculation. Le gteau, rapidement drain de ce fait, est ensuiteconsolid par un rapide schage atmosphrique. Il est ramass manuellement ou, le plus souvent, avec une petite pelle mcanique. La surfacedu lit est nettoye au jet entre chaque cycle, avec l'objectif de prvenir les phnomnesde colmatage.Ces lits sont adapts aux petites et moyennes stations d'puration. Les cycles trs courts permettent de dshydrater environ 300 600 kgMES par jour et par lit de 72 m2 (6x 12 m), tout en produisant des sdiments de siccit modeste, mais cependant manipulables (12 16 % deiccit pour une boue d'aration prolonge et 11 17 % pour une boue d'eau potable).

2.3. FILTRATION SOUS VIDECe procd, le plus ancien de dshydratation mcanique continue, n'a plus aujourd'hui que des applications limites. Les filtres utiliss pour

'essorage des boues rsiduaires sont du type tambour rotatif (surface pouvant atteindre 80 m2 et auge ouverte. D'autres types de filtresfiltres disques) n'ont eu que trs peu d'applications.

2.3.1. Description etfonctionnementLe filtre rotatif tambour (figure 625) est essentiellement constitu d'un cylindre tournant, partiellement immerg dans un bac qui contient laboue filtrer. Ce cylindre est form par la juxtaposition d'un certain nombre de compartiments tanches les uns par rapport aux autres, etecouverts d'une toile unique de filtration. Les compartiments sont mis successivement sous vide ou l'atmosphre, par l'intermdiaire d'undistributeur".

Le cycle de filtration s'tablit ainsi

a - Partie immerge du tambour: par l'effet du vide la matire retenue sur la toile s'accumule, formant le "gteau" qui va s'paississant (1 3cm). Le temps de filtration est de l'ordre de 1 2 min.

b - Partie suprieure du tambour: la couche de gteau humide sort de l'auge et, toujours sous l'effet du mme vide, s'essore pendant plusieursminutes, pour former un gteau, de cohsion suffisante, voire craquel.

c - vacuation du gteau: aprs une rotation quasi complte, les compartiments sont mis hors vide, la toile de filtration, jusque-l appliquetroitement sur le tambour, s'en carte, permettant ainsi, d'une part le dcollement et l'vacuation du gteau (5 15 mm), et d'autre part leavage l'eau sous pression du support filtrant. Par le lavage continu de la toile, le filtre sous vide peut donc avoir des performances stables

dans le temps, et peut aussi fonctionner avec de faibles paisseurs de gteaux.

La filtration des boues se ralise sous des vides industriels de 300 600 mm de mercure. La vitesse de rotation du tambour varie entre 8 et 15ours par heure. Les toiles filtrantes sont constitues de fibres synthtiques, et le vide de maille.peut varier de 30 100 m (MES des filtrats

gnralement infrieures 300 mg.l-1).Dans le cas de boues trs colmatantes (grasses, par exemple), on peut utiliser des filtres tambour prcouche (sciure de bois souvent) quifait alors office de support filtrant: un racleur, quip d'une avance micromtrique, vacue avec le gteau une pellicule de prcouche. Ce

procd prcouche n'est plus que trs peu employ, la centrifugation s'imposant normalement pour le traitement de ces boues huileuses.


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2.3.2. Capacit de production

Elle est exprime en kg de MS retenues par m2 de surface de tambour et par heure. Une capacit de filtration exploitable doit dpasser 15kg/m2.h.La capacit L de production d'un filtre sous vide peut tre approche et calcule par l'intgration de l'quation de Carman, pour le temps defiltration effective tf = Nt (o T reprsente la dure de rotation du tambour, n tant la fraction d'immersion)

ok =terme de correction dpendant de lasistance propre du support filtrant (k pris entre 0,75 et 0,85),

P = vide effectif en kg.cm-2 (gnralement 0,5),C = concentration de la boue en kg.dm-3,SF = teneur en MS du gteau filtr en %,? = viscosit du filtrat en centipoises (1,1 20 C),

= rsistance spcifique de la boue sous 0,5 bar en 1011 m.kg-1,n = fraction d'immersion du tambour, prise entre 0,3 et 0,4,T = temps de rotation en minutes.

Cette relation montre l'intrt d'une concentration leve de la boue et du maintien de la propret de la toile filtrante (facteur k).

2.3.3. Dtermination du taux de conditionnement chimique

Pour obtenir un fonctionnement acceptable, la rsistance spcifique la filtration r doit tre trs faible, comprise entre 1 et 3.1011 m.kg-1.Ceci impose

de rserver le filtre sous vide aux boues denses, minrales, de trs bonne filtrabilit naturelle (boues de dcarbonatation par exemple),ou de procder des ajouts trs importants de ractifs sur des boues collodales plus difficiles.L'tablissement des courbes donnant la capacit L de filtration en fonction des diffrents dosages de ractifs (sel ferrique et chaux pour uneboue organique) permet, pour chaque type de boue, de trouver le domaine raliste d'exploitation. La capacit de 20 kg/m2.h. est dpasser si'on veut une vacuation satisfaisante du gteau de filtration (paisseur du gteau de filtration suprieure 0,6 - 0,7 mm) (voir figure

626).


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Les ractifs minraux (ou le conditionnement thermique) sont adapts au traitement des boues avant filtre sous vide: bonne consistance dugteau essor et peu d'adhrence de ce dernier la toile filtrante.L'utilisation de polylectrolyte n'est, par contre, pas adapte (sauf exception sur quelques boues minrales ou fibreuses). En effet, dans cecas, la baisse de rsistance spcifique est beaucoup trop forte, provoquant ainsi la formation d'un gteau trop pais, assez mou et de faiblecohsion. Il est alors difficile de maintenir le gteau sur le tambour, de l'essorer, puis de le racler.

Figure 626. Exemple de filtration sous vide d'une boue ERU digre (MES = 40 g.l-1). Filtrabilit et capacit L en fonction de

[FeCl3/Ca(OH)2].

performances indicatives sur des boues dont la filtration sous vide est envisageable industriellement:


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La technique du filtre sous vide parat en net recul du faitdes fortes consommations d'nergie ncessaires pour la mise sous vide (de l'ordre de 80 150 kWh par tonne de MES pour une boue mixte

urbaine),des dosages prohibitifs de ractifs avec la majorit des boues organiques ou d'hydroxydes. Mme avec un trs fort conditionnement (apport

minral suprieur 50 % sur MES), la filtrabilit de certaines boues trs collodales reste insuffisante, et le filtre sous vide est alors proscrire totalement,

des contraintes d'entretien (dtartrage des circuits de mise sous vide, de la pompe anneau liquide et de la toile filtrante).

2.4. FILTRATION SOUS PRESSION EN CHAMBRES TANCHESElle est assure sur des filtres-presses permettant d'appliquer sur le gteau des pressions trs leves (5 15 bars et parfois plus).Ceci permet d'obtenir des siccits de gteaux gnralement suprieure 30 sur la majorit des boues organiques ou d'hydroxydes,convenablement conditionnes.

2.4.1. Filtres-presses plateaux chambrs classiques

Cette technique est la plus rpandue, malgr le caractre discontinu de son fonctionnement L'investissement est relativement lev parapport celui d'autres procds, tels que, notamment, les filtres bandes presseuses (voir page 994).

2.4.1.1. Description gnraleUn filtre est constitu essentiellement par une batterie de plaques (1) vides, verticales, juxtaposes et appuyes fortement les unes contrees autres par un(des) vrins) hydrauliques) (2) placs) une des extrmit de la batterie (voir figure 628).

Cette disposition, en plaques verticales formant des chambres tanches (3) de filtration, permet une mcanisation aise pour la dcharge desgteaux ("dbtissage").Sur les deux faces canneles des plaques, sont appliques des toiles filtrantes (4) de mailles assez fines, voire parfois trs serres: 10 300m.Les boues filtrer arrivent (5), sous pression, dans les chambres de filtration par l 'intermdiaire d'orifices (6) amnags gnralement aucentre des plateaux l'alignement de ces orifices constitue le conduit d'alimentation en boue. L'alimentation centrale permet une bonnepartition, dans toute la chambre, du dbit, de la pression et, par lmme, du drainage.

Les matires solides boueuses s'accumulent progressivement dans la chambre de filtration, jusqu' formation d'un gteau final compact.Le filtrat est recueilli dans les cannelures l'arrire du support filtrant, et vacu au moyen de conduits internes (7) : ce mode d'vacuationduit les nuisances (odeurs ...) et il est prfr la sortie "plaque par plaque" tout au moins dans le 978 traitement de boues organiques.

La pression applique sur les plans de joints de chaque plateau filtrant doit rsister la pression interne de la chambre, dveloppe par le

ystme de pompage de la boue. La pression engendre par le(les) vrin(s) de serrage des plaques est uniformment rpartie grce une ttemobile intermdiaire. Celle-ci est gnralement monte sur rotules ou coussinets, de faon ce que la pousse s'exerce toujours selon un axehorizontal, mme en cas d'accumulation de boues sches sur les plans de joints infrieurs, aprs un certain temps de fonctionnement


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2.4.1.2. Technologies de mise en oeuvreElles se diffrencient essentiellement par

le supportage des plaques filtrantes soit latral sur deux barres longitudinales (voir figure 630), soit par accrochage un ou deux railsuprieurs (voir figure 631),le systme de halage des plateaux, un un (lectromcanique ou hydromcanique),le systme de serrage: un ou plusieurs vrins (hydrauliques gnralement),le systme de lavage des toiles,et, bien sr, les coefficients de scurit adopts dans le calcul du bti-support.

Les plus grandes units de filtres-presses comprennent jusqu' 150 plateaux de 2 m de ct: la surface totale de filtrationatteint alors 1000 m2 environ et le volume des chambres 15 0001 (avec des gteaux de 3 cm d'paisseur) pour une surface au sol infrieure 40 m2

De petites units existent galement, pouvant ne comporter qu'une vingtaine de plateaux de 0,4 m de ct (moins de 5 m2 de surfacefiltrante).Gnralement, les pressions appliques sont de 13 -15 bars. Sur certaines boues, dontla siccit obtenue 5 - 7 bars est proche de lasiccitimite, des filtres-presses construitspour ces pressions sont utilisables.La profondeur des chambres de filtration(et donc l'paisseur finale

du gteau), doittre choisie en fonction de la nature de laboue. Pour des boues difficiles filtrer et peuconcentres, des paisseurs assezfaibles sont retenir (25 mm environ). Pour des bouesdenses, de trs bonne filtrabilit, des fortespaisseurs (40 50 mm) vitent d'avoir descycles trop courts, pnalisants. L'paisseur laplus couramment rencontre se situe auxenvirons de 3 0 mm; elle permet d'obtenirdes gteauxourds, dbtis plus facilement:c'est l'paisseur gnralement adopte sur lamajorit des boues urbaines, pour des tempsde cycle de 2 4

heures.Les plateaux sont excuts en diffrents matriaux: le polypropylne est le plus utilis pour les units moyennes. La fonte reste employepour les filtres de trs grande dimension. L'acier, revtu de caoutchouc moul, est parfois galement mis en oeuvre


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Chaque plateau comporte plusieurs bossages (voir figure 633) uniformment rpartis: ceux-ci vitent la dformation, voire la casse, de lapartie centrale des plaques filtrantes, en cas de remplissage incomplet du filtre-presse.Si une chambre de filtration reste vide ou incompltement remplie, l'effort provenant des chambres juxtaposes est alors support par lesbossages disposs en vis --vis , au lieu de l'tre, comme normalement, par le gteau luimme.Les toiles filtrantes, dans la majorit des cas, sont des toiles tisses en fibres synthtiques monofilament (polypropylne ou polyamide- Rilsan, gnralement). La toile est le plus souvent monte sur une sous toile plus grossire. Celle-ci permet une meilleure vacuation dufiltrat, un lavage plus efficace, et rduit les tensions sur la toile fine de filtration, surtout en fin de presse. Avec des boues d'hydroxydes trscollodales, des toiles multifilaments, plus fermes, sont utilisespour viter trop d'entranement de 980 fines dans les filtrats.

2.4.1.3. Cycle de filtrationLe filtre-presse est un procd de dshydratation discontinu. Il opre par presses successives. Chaque presse comp rend les diffrentesphases suivantes Fermeture de la presseLe filtre tant compltement vide, la tte mobile, actionne par le(les) vrin(s), serre les plateaux entre eux. La pression de fermeture estautorgule pendant toute la filtration. RemplissageDurant cette phase de courte dure (5 10 minutes), les chambres de filtration sont remplies de boue filtrer. Le temps de remplissagedpend du dbit de la pompe d'alimentation. Avec des boues de trs bonne filtrabilit (r0,5 < 1011 m.kg-1), il est prfrable de remplir le filtrers vite, de faon viter la formation d'un gteau dans les premires chambres avant que les dernires ne soient remplies.

FiltrationUne fois les chambres remplies, l'arrive continue de la boue provoque une monte en pression, par suite de la formation d'une couche deboue filtre de plus en plus importante sur les toiles filtrantes. La pression maximale de filtration est gnralement atteinte en une demi-heure. Les dures de filtration peuvent varier de 1 6 heures, selon la profondeur des chambres et la filtrabilit de la boue.


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La phase de filtration peut tre arrtesoit manuellement,soit par minuterie,

ou, plus judicieusement, par un indicateur de dbit de filtrat: cet indicateur met le signal d'arrt pour un dbit de fin de filtration de l'ordrede 10 20 1 par m2 de surface filtrante et par heure.Lorsque la pompe de filtration est arrte, les circuits de filtrat et la conduite centrale encore remplie de boue liquide, sont purgs avec de'air comprim.


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DbtissageLa tte mobile est recule pour dgager la premire chambre de filtration. Le gteau form tombe de son propre poids. Par un systmemcanis, les plateaux sont alors tirs un un. La vitesse de halage est gnralement modifiable pour tenir compte de la texture plus oumoins collante des gteaux.En fonctionnement normal, les dures de dbtissage sont de l'ordre de 20 30 minutes pour les grandes units.Cette phase rclame la prsence d'un surveillant: un taux de conditionnement minimal, des toiles ou rainures encrasses, obligent souvent ntervenir manuellement pour assurer l'jection complte du gteau qui peut rester coll.

Le filtre-presse, comparativement aux autres appareils de dshydratation, ncessite donc plus de main d'oeuvre, en particulier cause de laurveillance du dbtissage ; toutefois, toutes les autres squences du cycle peuvent tre automatises.

A ces quatre phases du cycle de filtration il faut ajouter la phase trs importante de nettoyage: nettoyage du support filtrant, mais galementnettoyage des rainures d'vacuation des filtrats.Le nettoyage des toiles s'effectue toutes les 15 ou 30 presses. Pour les moyennes ou grosses units, il s'effectue, in situ, l'aide de laveurs pulvrisation d'eau sous trs forte pression (80 -100 bars) (figures 634, 635 et 636) synchroniss avec le halage des plateaux. Le lavage d'unfiltre dure de 2 4 heures et certains constructeurs proposent des laveurs entirement automatiss, donc travaillant sans surveillance.La carbonatation des toiles peut tre combattue, soit par trempage des toiles dmontes, dans un dcapant appropri, soit directement dans lefiltre ferm, par circulation de solution de HCI. Lorsque le laveur haute pression ne permet plus un nettoyage correct des rainures des filtresboues et chaux trop compactes) un sablage peut alors tre mis en oeuvre sur les plateaux en fonte (tous les 3 6 000 cycles).

2.4.1.4. Capacit de filtration

La capacit de production d'un filtre-presse se situe gnralement entre 1,5 et 10 kg MS par m2 de surface filtrante et par heure (pour desemps de presse de 6 1 heure).

Dans la pratique, les temps de presse choisis restent infrieurs 4 heures. Un des avantages du filtre-presse est d'accepter des boues defiltrabilit moyenne; avec des boues de concentration leve, une rsistance r0,5 del'ordre de 50.1011 m.kg-1 est encore admissible, tandisqu'avec des boues de concentration d'environ 40 g1 -1, une rsistance r0,5 de 15 20.1011 m.kg-1 est ncessaire. Pour conserver des temps depresse raisonnables (2 3 h environ avec des gteaux d'paisseur de 3 cm) des rsistances de 5 10.1011 m.kg-1 doivent tre obtenues.Tout cela, bien entendu, si le coefficient de compressibilit est infrieur 1, et de prfrence infrieur 0,8.En fonction de la rsistance spcifique r et de la compressibilit s (facteurs dtermins en laboratoire - voir pages 3 72 et 374), un calculapproch du temps de filtration peut tre dduit des lois de la filtration (voir page 178) avec introduction d'un facteur de correction k pourenir compte du colmatage des toiles:

o:f = temps de filtration en minutes,

C = concentration de la boue conditionne (MES) en kg.l-1,dg = masse volumique du gteau final en kg.l-1,? = viscosit du filtrat en centipoises (1,1 20C),

ou r0,5 = rsistance spcifique sous


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P = 0,5 bar de la boue conditionne, en 1011 m.kg-1, = coefficient de compressibilit,

P = pression maximale de filtration en kg.cm-2,e = paisseur de la chamb re de filtration en cm,SF = siccit finale des gteaux en fraction de leur masse,k = coefficient de colmatage des toiles (k =1,2 1,3 jusqu' 500 presses environ, puis k = 1,5 au-del).La capacit L de production du filtre, en MES de boues conditionnes, est donne par:

avec:

cy = temps (h) de cycle total = tf + td + tr, o:d = temps de dbtissage et de refermeture du filtre,

et:r = temps de remplissage du filtre (5 15 min).

Dans la pratique, la capacit de production du filtre est dduite du schage du gteau 105 C, et s'exprime donc en kg MS/m2.h (chapitre 5, 6.2.1).Le temps de filtration est fonction essentiellement

de l'paisseur du gteau, (e2).de la concentration en boue, (1/c),de la rsistance spcifique r0,5 25du coefficient de compressibilit

l est notamment d'un grand intrt de toujours paissir au mieux les boues avant passage sur filtre-presse. Si de bonnes filtrabilits de bouespermettent d'augmenter les capacits de production, le filtre-presse accepte cependant une moindre prcision du conditionnement et, paruite, prsente une grande scurit d'exploitation.

Aprs les premires minutes, les filtrats rcuprs sont gnralement peu chargs en MES, car la filtration s'effectue au travers d'uneprcouche de gteau en formation: les filtres-presses permettent ainsi d'atteindre les rendements de sparation les plus levs (suprieurs 95% dans bien des cas).

2.4.1.5. PerformancesLe tableau 81 montre que le filtre-presse est un appareil applicable presque tous les types de boues avec, par groupe de boues, lesemarques gnrales suivantes:

boues organiques hydrophiles:le conditionnement minral est souvent recommand, car le conditionnement la chaux permet un

dbtissage satisfaisant des gteaux (adhrence minimale des gteaux sur la toile). L'emploi de polylectrolyte est possible (voir 1.1.2)mais les gteaux spongieux sont souvent plus longs et difficiles dbtir; l'encrassement des toiles est aussi, dans ce cas, plus rapide: lavageparfois ncessaire toutes les 5 10 presses.L'utilisation de polylectrolytes, en lieu et place de la chaux, doit donc tre dcideaprs tests industriels, car l'universalit du procd n'est pas assure, et lesexploitants renoncent parfois dbtir des gteaux trop collants. Les boues endance fibreuse sont les mieux adaptes au conditionnement par polylectrolyte, boues minrales hydrophiles: le filtrepresse requiert gnralement l'addition dechaux seule; boues minrales hydrophobes: ces boues denses sont trs adaptes aufiltrepresse et sont dshydrates sans conditionnement pralable. Ceci est dprincipalement au faible coefficient de compressibilit (infrieur 0,6) et la nature

cristalline des particules. Dans ce cas, la granulomtrie des particules estdterminante pour les capacits de production. Les siccits obtenues sont trsouvent suprieures 50 % ; boues huileuses: les huiles sont prsentes sous forme mulsionne, ou sontadsorbes aux particules. Le filtrepresse permet de traiter les boues contenant deshuiles lgres (avec souvent rcupration d'huiles dans les filtrats). La prsence degraisses peut parfois perturber la bonne marche du filtre: les toiles sont alors dgraisser frquemment. Le chaulage est ici encore le conditionnement le plusadapt.

2.4.1.6. Mise en oeuvreLe dbit d'alimentation d'un filtrepresse, peu prs constant tout au dbut de la

filtration, dcrot ensuite rgulirement avec le temps.L'asservissement du conditionnement minral au dbit d'alimentation du filtre estdonc pratiquement impossible. Ceci oblige installer un volume tamponntermdiaire pour stocker la boue conditionne pendant le cycle de filtration. Le

conditionnement est donc totalement indpendant du rythme de filtration (figure607).Avec polylectrolyte cependant, dans le cas o la qualit des boues le permet, la


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floculation, quasi instantane, peut s'effectuer en conduite, dbit proportionnel au dbit de boue.Le mode d'alimentation des filtres presses mrite la plus grande attention.Des pompes pistons et membranes sont utilises de prfrence, avec ajustement automatique du dbit en fonction de la perte de charge danse filtre.l est galement possible d'utiliser des pompes rotor exc entr ou pistons, mais ces pompes, de dbit plus modeste, sont toutefois plusensibles aux usures.

Sur des boues denses trs filtrables et dans le cas de grosses units, un remplissage par pompe centrifuge fort dbit permet une alimentationapide des chambres et une rduction des temps de presse.


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Tableau 81. chelle de performances des filtres-presses.

La dure d'utilisation des toiles est trs variable, mais 1500 2 000 cycles sont rgulirement obtenus dans les ateliers bien entretenus.La rception des gteaux s'effectue sous le filtre. Aprs un premier cassage sur filins d'acier, ils sont vacus en continu par un systmermie-transporteur (transporteurs courroies ou chanes en enceinte close).

Les filtres-presses ncessitent gnralement des btiments deux niveaux.

2.4.2. Filtres-presses classiques plateaux-membranes

Ces filtres-presses ressemblent de extrieur aux filtres classiques. L'une des faces internes de chaque plateau est cependant revtue d'unemembrane plastique (cas de plateau polypropylne membrane intgre, voir figure 637) ou d'une membrane en caoutchouc (dans le cas

d'accrochage sur le plateau, cette membrane peut tre alors dmonte et remplace, voir figure 638). L'autre face de la chambre de filtrationest classique rainurage du plateau et toile de filtration.Pour faciliter le dbtissage certains constructeurs (plateaux-membranes polypropylne notamment) proposent des membranes sur les deuxfaces de la chambre de filtration. La filtration s'effectue d'un seul ct de la chambre ou des deux cts: la membrane est alors ellemmeainure et revtue d'un mdium filtrant. Les capacits de production sont bien sr augmentes avec une filtration des deux cts de la

chambre, et c'est ce procd qui est maintenant gnralement employ pour les filtres-presses plateauxmembranes.


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Ce type de filtre prsente les avantages suivants:par gonflage (air et parfois eau) de la membrane, la pression est exerce de faon uniforme sur toute la surface du gteau (ce qui ne peut

tre le cas dans les filtres-presses classiques, o le systme de mise en pression par pompage provoque toujours des gradients de pression 'intrieur de la chambre de filtration). Les siccits sont, de ce fait, amliores, et les gteaux obtenus sont plus faciles dbtir car plus

homognes (limination des zones humides difficiles viter en filtre classique), - l'alimentation en boue du filtre s'effectue jusqu' 3 ou 4bars, de prfrence avec des pompes rotor excentr. Les temps de pompage dpendent de la filtrabilit et de la concentration des boues.Lorsque la quantit de boue envoye dans le filtre est juge suffisante, le pom 988 page est arrt et la mise en pression des membranes (7-10bars) poursuit la dshydratation.

Ces filtres permettent de mieux s'adapter au conditionnement par polylectrolyte, avec dbtissage un peu plus ais; nanmoins, commepour le filtre classique, des tests industriels pralables sont trs recommands car certaines boues (notamment les boues biologiquescollodales) ne peuvent tre filtres correctement avec ce conditionnement,

les capacits de production sont amliores

de l'ordre de 20 40 % par rapport un filtre classique. Les cycles sont plus courts mais les temps de dbtissage restent toujours de 15 20 minutes. Le gain en capacit de filtration n'est cependant pas toujours assur avec des boues de filtrabilit moyenne et de fortecompressibilit (s > 0,7)

cas des boues organiques ayant reu un conditionnement limit au minimum.Les installations sont toutefois plus complexes (arrive indpendante du fluide de mise en pression des membra ns sur chaque plateau) etouvent plus onreuses. Ces filtres demandent galement plus d'entretien (remplacement priodique des membranes) et il faut que toutes les

chambres soient rgulirement et suffisamment remplies chaque cycle: la prsence d'lments htrognes dans la boue est donc viterpossibilit de bouchage du conduit d'alimentation des chambres).

Ces filtres plateaux membranes, trs rpandus dans les fabrications industrielles, le sont moins pour des boues rsiduaires, car uneurveillance du dbtissage demeure toujours ncessaire.

Au prix d'une plus grande complexit, certains constructeurs proposent d'autres perfectionnements mcaniques accrochage des toiles unystme vibrant ou mobile mais le dbtissage de gteaux collants reste difficile.

2.4.3. Filtres-presses automatiques

Les filtres-presses classiques, mme les plus perfectionns, avec halage mcanis des plateaux et lavage automatique des toiles, ncessitentoujours la prsence d'un oprateur pour surveiller et aider la dcharge des gteaux raison de 20 30 minutes par cycle de 1 4 heures.

Des filtres-presses d'un type nouveau, entirement automatiss, ont donc t dvelopps pourrduire ces frais de maind'oeuvre.

2.4.3.1. Filtre-presse multicellulaire plateaux verticauxCe sont des filtres plateaux-membranes. Ils se distinguent des filtres classiques plateaux-membranes par les deux innovations principalesuivantes (figure 639)

les plateaux s'cartent tous ensemble l'ouverture du filtre, provoquant la dcharge simultane des gteaux. Les temps morts dedbtissage sont donc trs sensiblement rduits (quelques minutes), mais le dispositif de rception des gteaux doit tre prvu enconsquence,

lorsque le filtre est ouvert, les toiles filtrantes accroches un systme mobile sont droules vers le bas, provoquant ainsil'jectionforce du gteau de filtration. Enprvision de collage ventuel, un raclage dusupport filtrant est prvu en bas de chaqueplateau. Aprs ledbtissage, lorsque la toilefiltrante se remet en place, un lavage parpulvrisation d'eau moyenne pression peuttre effectu.Grce au systme des plateauxmembranes, l'paisseur des gteaux peut tre limite 10 mm environ, et la dure de filtration est ainsi trsduite: de l'ordre de 10 20 minutes.

Ces filtres ont des capacits de production (kg/m2.h.) de 5 10 fois suprieures celles des filtres classiques. Toutefois, le trs srieuxhandicap de ces appareils est le cot d'investissement, de 2 3 fois plus lev que celui d'une installation classique. De plus, certainescontraintes d'exploitation subsistent

importance du suivi et de l'entretien d'un ensemble mcanique complexe membranes, organes de mise en rotation des supports filtrants,circuits de mise en pression et dpression des membranes, systmes mobiles d'introduction des boues dans les chambres, etc.,

systme rserv des boues trs bien conditionnes et ne comportant pas de matriaux htrognes grossiers (filasses, etc.). En effet,'inconvnient principal de ces filtres rside dans les faibles passages prvus pour l'introduction des boues dans les chambres de filtration. Il

vaut mieux rserver ces filtres des boues composes de particules homognes et fines, du type boues de clarification chaules (hydroxydes)ou boues de dcarbonatation.


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Lorsque toutes les prcautions prcdentes sont prises, ces filtres automatiques

peuvent fonctionner sans prsence de personnel, avec production de gteaux debonne siccit.

2.4.3.2. Filtre-presse multicellulaire tambourUne toile filtrante est enroule autour d'un tambour perc d'orificesd'alimentation en boue. Des cellules filtrantes (avec ou sans membrane) retenuespar une enveloppe fixe extrieure au tambour, sont appliques (par vessie) sur laoile, constituant ainsi des chambres de filtration tanches. A chacune de celles-

ci correspond un des orifices aliments, travers un distributeur rotatif, par lapompe boue haute pression (figure 640)Le debtissage est assur par mise en rotation du tambour et droulement de laoile.

Dans la partie basse de l'appareil, la toile s'carte du tambour pour tre racle et

ave.Les capacits de production sont 6 10 fois suprieures celles d'un filtreclassique: filtration rapide en couche mince de 3 10 mm et dbtissage court enmoins de 1 minute.Ces appareils, rservant des passages troits pour le transit des boues, ne sont utiliser que sur des boues fines homognes

traitement de surface, boues de clarification, boues de dcarbonatation...Les capacits de production sont optimales avec des rsis tances spcifiques des boues conditionnes infrieures 3.1011 m.kg-1..

2.4.3.3. Le SQUEEZOR :filtre-presse monocellulaire plateau-membrane horizontal A la diffrence des autres filtres-presses prcdemment dcrits, cet appareil est fonctionnement continu: alimentation en boue et vacuation du gteau.

La filtration s'effectue selon le principe de filtration en couche mince (3 6 mm) par l'intermdiaire d'un systme plateau et membrane.

L'appareil comprend (figure 641) une premire partie, correspondant un filtre bandes presseuses simplifi (page 1007) : les boues sont conditionnes au polylectrolyte1), gouttes en zone de drainage (2) et pr-presses dans la zone d'enroulement (3). La boue pntre (4), partiellement dshydrate, en zone

de presse.


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La capacit de production est ainsi amliore, une deuxime partie, assimilable une chambre tanche de filtration: le gteau,uniformment rparti en couche mince entre deux toiles filtrantes (5), est press sur ses deux faces par l'intermdiaire de deux plateauxfiltrants: l'infrieur fixe sur le plan vertical, le suprieur actionn verticalement par des vrins Pour assurer une vacuation continue du gteaudshydrat, l'ensemble de la presse (6) est mobile et avance avec les toiles; en bout de course la fin d'une phase de filtration, la presse libreune "galette" et revient trs rapidement en arrire, pour venir s'appliquer sur la partie amont des toiles o a t dpose la boue pr-

dshydrate pendant la priode de filtration prcdente. La cinmatique du systme est rgle de faon ce qu'il y ait juxtaposition desgalettes presses.Du fait de la dcharge en continu des gteaux, du fort pr-paississement avant pressage, et de la faible paisseur du gteau, les capacits deproduction sont 15 20 fois suprieures celles d'un filtre-presse classique. Par suite de l'alimentation large section de la zone de presse,cet appareil peut traiter des types de boues trs varis, un dgrillage de scurit est toutefois recommand. De plus, les temps de pressagetant trs courts (de 1 2 minutes), il faut mieux rserver cet appareil des boues prsentant, aprs conditionnement par polylectrolyte, defaibles coefficients de compressibilit (s < 0,7) et des siccits limites suprieures 35 % (boues organiques texture fibreuse, boues urbainespeu hydrophiles, boues minrales tendance hydrophobe par exemple).Comme avec tous les filtres-presses automatiques, des contraintes spcifiques d'entretien doivent tre respectes. Une variante intressantede ce filtre, prvoyant un module de pressage form de plusieurs plateaux-membranes verticaux, permet d'augmenter temps de compressionou capacit de production.


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Figure 643. Installation de VIC-LE-COMTE (Puy-de-Dme) pour la Banque de France.

Capacit: 1500 kg de MS.h-1. 2 presses vis 600.

2.4.4. Autres presses les presses vis

Ces appareils ne permettent d'essorer convenablement que des boues trs fibreuses.ls sont constitus d'une vis (simple ou double) qui tourne lentement (quelques tours/minute), dans un cylindre perfor large maille en

comprimant la boue (figure 642). Cette compression est rendue possible en limitant la sortie du "boudin" par formation d'un bouchon de bouedshydrate en sortie de vis. Les forces ncessaires pour pousser ce bouchon sont importantes, et la boue est donc soumise de fortespressions (parmi les plus fortes des systmes de dshydratation mcanique), et des contraintes leves de cisaillement (favorables 'expulsion de l'eau interstitielle). La formation du 'bouchon" est facilite par la rduction du passage en sortie de vis (en gnral par un

obturateur rglable).Dans la principale application de ces presses, sur les boues primaires de papeterie contenant plus de 50 % de fibres, des siccits de 40 55 %ont obtenues. Un appareil de pr-gouttage (GDE ou vis) permet d'augmenter les capacits massiques de l'appareil: 200 400 kg.h-1 de MES

pour une presse de diamtre de bol 300 mm et 600 1000 kg.h-1pour un bol de 650 mm.

Comparativement aux filtres bandes, les consommations de polylectrolyte sont plus leves car le floc doit tre trs rsistant.L'entretien normal de ces matriels est li aux phnomnes d'usure de la vis et du tamis. Leur construction prend en compte les fortescontraintes exerces.


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2.5.2. Les filtres SUPERPRESSDEG

Selon le but recherch et la qualit des boues dshydrater, plusieurs filtres sont disponibles.

2.5.2.1. SUPERPRESS STCette version standard permet d'obtenir des rsultats optimaux sur un grand nombre de boues. Elle est de ce fait la plus utilise.La figure 645 montre une coupe schmatique de l'appareil

la boue est introduite avec le floculant dans un mlangeur (1) quip d'un agitateur vitesse variable. La boue flocule se dverse sur uneoile (2) dans la zone d'gouttage (3). La boue est uniformment rpartie sur toute la largeur du filtre par l'intermdiaire de bandes

caoutchouc empchant un drainage trop rapide et favorisant donc l'talement de boues liquides.Dans cette zone d'gouttage, le tapis de boue est hers (4), et ensuite rparti en couche rgulire et homogne par un rouleau (5) dit rouleau

de drainage.Ce rouleau permetd'introduire en zone de presse un tapis rgulier de boue (paisseur variable de 10 40 mm selon positionnement prfix par l'oprateur),et surtout d'effectuer un premier compactage de la boue, de faon limiter le fluage en dbut de pressage.

La boue est ensuite prise entre les toiles infrieure (2) et suprieure (6) et soumise un premier pressage modr autour d'unambour perfor de grand diamtre (7). Les deux toiles, entranes de faon continue, passent ensuite sur une srie de rouleaux de renvoi8), de diamtres dcroissants, permettant la mise en pression progressive de la boue. Le nombre d'enroulements est choisi de faon que la

dshydratation soit presque termine avant l'attaque du dernier rouleau.En sortie, les deux toiles se sparent, aprs passage sur le rouleau d'entranement (9), et le gteau est dgag par deux racloirs (10) pour

vacuation par bande transporteuse ou par pompe gaveuse.Le centrage automatique de chacune des toiles est assur par un rouleau dplacement angulaire, commande pneumatique (11).Les deux toiles, larges mailles, sont laves en continu dans des enceintes fermes (12) au moyen de rampes de pulvrisation d'eau souspression (4-6 bars).Des rglages simples permettent d'adapter le fonctionnement du filtre aux caractristiques des boues

tension des toiles par vrins pneumatiques (13) pression rglable,vitesse d'entranement des toiles modulable de 1 4 m.min-1.nergie de floculation adaptable par modification de la vitesse de l'agitateur du floculateur,ajustement de la hauteur du tapis de boue l'entre du pressage.

Le chssis du filtre SUPERPRESS est tudi de faon permettreune bonne visualisation de la zone de drainage,une accessibilit aise aux organes mcaniques. Des largeurs de bande possibles de 1,2 ou 3 m autorisent une grande latitude dans le

dimensionnement d'ateliers de traitement des boues.


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2.5.2.2. SUPERPRESS SP et SPILes dispositions de base restent identiques celles de la version ST. Une protection anticorrosion accrue permet de rduire les cotsd'entretien, dans le cas de traitements de certaines boues corrosives.Les rouleaux de pressage sont caoutchouts et de nombreux lments sont raliss en acier inoxydable: floculateur, auges, laveurs, tambourperfor, rouleau de drainage...Le renforcement du dispositif d'entranement permet d'accepter des boues forte cohsion, conduisant des efforts de pressage levs (boues

de papeterie trs fibreuses et certaines boues minrales).La version SPI comporte un chssis en acier inoxydable.

2.5.2.3. SUPERPRESS SL (voir figure 649)Cette appareil (largeur 1 m) est une version simplifie de la version ST qui permet de diminuer l'investissement Il comprend un nombre plusestreint d'enroulements.

Lorsque ce filtre est utilis sur des boues collodales de faible siccit limite (boue d'aration prolonge par exemple), la rduction du tempsde pressage n'a qu'une faible influence sur les siccits du gteau (perte de 1 3 points par rapport la version ST).Toutefois , les dbits massiques linaires de ces filtres sont souvent lgrement rduits. La qualit de construction des versions ST ou SP estconserve.

2.5.2.4. SUPERPRESS HDLe filtre HD permet d'assurer de hautes performances sur des boues forte cohsion, dans des conditions industrielles svres; sa grandeobustesse est spcialement adapte aux fortes contraintes mcaniques dveloppes.l rpond bien au cas de boues faible coefficient de compressibilit et forte siccit limite (mines, chimie, papeterie...). Il peut tre aussi

utilis sur d'autres boues (par exemple boues urbaines tendance fibreuse) pour accrotre les capacits de filtration et (ou) se rapprocher de laiccit limite des boues. Par contre, les gains en siccit, sur des boues d'origine essentiellement biologique, sont modestes et justifient

difficilement le surcrot d'investissementLe SUPERPRESS HD (voir figure 650) diffre de la version standard ST par la construction

chssis plus lourd,entranement des toiles adapt,paliers semelles, double range de rouleaux pour supporter plus longtemps les plus gros efforts engendrs dans les enroulements,conception anticorrosion identique la srie SP,pression applique sur la boue 3 5 fois suprieure.

le procdsurface active de pressage plus de trois fois suprieure,mise en pression trs progressive de la boue,vitesse de toiles plus leve (jusqu' 6 m.min-1), permettant d'augmenter les dbits massiques,module de laminage en sortie d'appareil, permettant le gain de plusieurs points de siccit, grce de plus fortes pressions.

Le module de laminage du SUPERPRESS HD comprend trois rouleaux d'crasement disposs sur deux rouleaux de gros diamtre (voirfigure 652).Le gteau, dj bien dshydrat, subit une compression supplmentaire par passage entre des rouleaux qui se font face et dont l'cartementest plus faible que l'paisseur initiale du gteau (voir figure 653).

partie 1 traiterment des boues

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