Le traitement des boues g√©n√©r√©es dans les processus de traitement des eaux us√©es est r√©gi par une l√©gislation sp√©cifique, ce qui permet une fois trait√©e comme il se doit, de les employer dans le secteur agricole en tant que fertilisants. Ainsi, la qualit√© des boues varie en fonction de la composition de l’eau us√©e de d√©part.

CLASSIFICATION DES BOUES

En fonction du critère employé, nous pouvons disposer de 3 classifications des boues générées lors des processus de traitement des eaux usées:

a) Selon l’origine de l’effluent √† traiter:

  • Boues urbaines
  • Boues industrielles

b) Selon l’√©tape du traitement de l’eau us√©e : Illustration similaire

  • Boues Primaires
  • Boues Secondaires (biologiques)
  • Boues Mixtes
  • Boues Tertiaires (chimiques ou physiques-chimique)

Classification des boues

c) Selon le type de traitement dans la ligne de boues

  • √Čpaississement : boues √Čpaissies
  • Stabilisation : boues Stabilis√©es (dig√©r√©es)
  • D√©shydratation : boues D√©shydrat√©es

TRAITEMENT DES BOUES

Apr√®s la caract√©risation des boues √† traiter par diff√©rents syst√®mes d’analyse, parmi lesquels on peut signaler : chromatographie, spectroscopie de fluorescence √† Rayons X, analyse bact√©riologique… on √©tablit les valeurs des param√®tres suivants qui permettront de d√©terminer les processus de traitement des boues plus adapt√©es sur la base de leur destination finale.

traitement des boues

Concrètement, les paramètres qui ont une influence majoritairement sur la conformité des boues pour leur usage agricole et qui doivent donc être analysées avant et après leur traitement sont:

a) Métaux lourds: Cd, Cr, Ni, Hg, Pb, Zn y Cu

Les m√©taux lourds sont l’un des param√®tres √† prendre en compte pour la caract√©risation des boues. Depuis les ann√©es 70, il s’est produit une r√©duction tr√®s significative du contenu de ces m√©taux lourds dans les boues des stations d’√©puration. Les principales raisons de cette r√©duction drastique ont √©t√© les diff√©rentes l√©gislations qui ont surgi des diff√©rents pays, afin de r√©guler et de limiter ce type d’√©l√©ments √† cause de leurs effets nocifs sur l’environnement. Cela a conduit l’industrie et les diff√©rentes administrations concern√©es √† d√©velopper et optimiser des syst√®mes de gestion des m√©taux lourds qui ont permis de r√©duire les niveaux de m√©taux lourds √©mis dans l’environnement. Les deux processus qui ont le plus contribu√© √† ce mouvement sont:

  • Recyclage
  • Substitution

Gr√Ęce au d√©veloppement de technologies toujours plus optimales et de processus alternatifs li√©s √† ces deux points, nous sommes parvenus √† r√©duire tr√®s significativement les √©missions de m√©taux comme le Cadmium, dont les √©missions dans l’environnement ont diminu√© de mani√®re drastique sur les 30 ou 40 derni√®res ann√©es. (http://www.cadmium.org/environment/cadmium-emissions)

b) Microorganismes pathogènes : Salmonelle spp, Escherichia colli
c) Agronomiques: pH, Conductivité H, MO, NT, org NH3, P, Ca, Mg, K y Fe
d) Polluants organiques : AOS, LAS, Phtalates, Nonylphénols, Hydrocarbures aromatiques polycycliques, polychlorobiphényles, Dioxines et furanes, Diphényléther bromé

Ainsi, en prenant en compte la ligne de boues on peut différencier 3 grandes étapes de traitement, dans lesquelles on trouve différents processus associés:

1. √Čpaississement

Les processus de traitement des boues qui repr√©sentent cette √©tape permettent une r√©duction du volume de la boue √† traiter, en √©liminant l’eau et en augmentant ainsi la concentration en solides.¬†Le principal objectif est d’augmenter l’efficacit√© et l’optimisation √©conomiques des processus post√©rieurs.

Les principaux processus d’√©paississement sont:

  • √Čpaississement par gravit√© : utilise la force de gravit√©. L’alimentation se produit dans la zone centrale, dans la partie inf√©rieure sont r√©cup√©r√©es les boues √©paissies et dans la partie sup√©rieure reste le surnageant. Ce syst√®me est utilis√© pour les boues primaires, physiques-chimiques et mixtes qui se d√©cantent bien par gravit√©. Les boues biologiques se d√©cantent lentement
  • L’√©paississement par flottaison : la boue se concentre dans la partie sup√©rieure, par l’union de microbulles, g√©n√©ralement d’air, aux solides en suspension, qui sont finalement moins denses que l’eau. Ce type de syst√®me est indiqu√© pour √©paissir des boues biologiques √† cause de leur faible capacit√© de s√©dimentation.
  • √Čpaississement m√©canique : la concentration de boue s’effectue en augmentant les forces gravitationnelles.
    • Centrifugation : une force centrifuge est appliqu√©e, ce qui permet la s√©paration. Elle s’utilise principalement sur les boues biologiques. Ce sont g√©n√©ralement des appareils tr√®s couteux qui exigent des mesures de maintenance adapt√©es.
    • Tambour rotatif : s√©paration par filtrage, au travers du tambour rotatif. Il est utilis√© dans le cas des boues biologiques. Les co√Ľts d’intervention ne sont pas √©lev√©s, ils exigent peu d’espace et ne produisent pas d’odeurs.
    • Tables d’√©paississement : la s√©paration se produit par drainage de l’eau au travers d’une bande horizontale poreuse en mouvement. Elles sont indiqu√©es pour des boues actives ou dig√©r√©es. Elles ne sont pas adapt√©es dans le cas de boues physiques-chimiques.

2. Stabilisation

L’un des 3 processus principaux utilis√©s pour la stabilisation des boues permet une r√©duction de la MO pr√©sente, afin de:

a) Réduire les pathogènes
b) √Čliminer les odeurs
c) Réduire ou éliminer la capacité de putréfaction de la MO

Les processus de stabilisation sont divisés en:

2.1. Stabilisation biologique

2.1.1 Stabilisation aérobie

Processus biologique dans lequel, par action microbiologique, la MO est oxyd√© gr√Ęce √† un apport d’oxyg√®ne dans les digesteurs ouverts. On r√©duit ainsi la masse finale de la boue, en la modifiant afin de l’adapter aux processus post√©rieurs.

Elle est utilis√©e comme traitement secondaire d’une EDAR sans traitement primaire. Elle peut √©galement s’utiliser pour des boues mixtes avec un apport d’oxyg√®ne plus √©lev√©.¬†Les facteurs qui influencent ce processus sont:

  • Temps de r√©tention
  • Temp√©rature
  • Besoins d’oxyg√®ne et de m√©lange

2.1.2 Stabilisation aérobie thermophile

Il s’agit d’une digestion a√©robie auto-thermique d√©velopp√©e pour parvenir √† r√©pondre √† des r√©glementations toujours plus strictes. Elle se base sur la conservation de l’√©nergie thermique g√©n√©r√©e dans la digestion a√©robie de la MO des boues, afin d’atteindre et de se maintenir √† des temp√©ratures thermophiles (50-70 ¬ļC).

2.1.3 Compostage

Il s’agit d’un processus de d√©composition biologique et de stabilisation de MO dans des conditions contr√īl√©es et a√©robies, en d√©veloppant des temp√©ratures thermophiles, produit de la chaleur g√©n√©r√©e biologiquement. Le r√©sultat est un produit stable et libre de pathog√®nes. La MO se d√©compose en CO2, en eau, en min√©raux et en MO stabilis√©e.

Il peut s’effectuer uniquement avec des boues ou en les m√©langeant √† des agents structurants qui facilitent les conditions a√©robies.¬†Les principales √©tapes sont:

  • M√©lange
  • Fermentation ou compostage
  • Maturation
  • Raffinage

C’est efficace dans la d√©contamination de polluants organiques tels que : Hydrocarbures de p√©trole, compos√©s mono-aromatiques, explosifs, chloroph√©nols, certains pesticides et compos√©s aromatiques polycycliques.

Les microorganismes peuvent agir en les minéralisant ou en les transformant partiellement.

Dans le cas des polluants m√©talliques, ils ne sont pas retir√©s de mani√®re significative lors du processus. Il se produit des r√©actions d’oxydation et de r√©duction de ces polluants qui influencent la solubilit√©, en r√©duisant leur disponibilit√© et toxicit√© dans la fraction solide.

Il est indispensable de contr√īler de mani√®re ad√©quate les param√®tres citrique (pH, a√©ration, humidit√©, relation C/N) afin d’√©viter les conditions ana√©robiques dans la masse de compostage qui provoquent une augmentation des odeurs.

2.1.4 Stabilisation anaérobique

C’est l’une des m√©thodes les plus r√©pandues pour la stabilisation des boues. Elle consiste √† d√©grader la MO gr√Ęce √† l’absence d’oxyg√®ne, en lib√©rant de l’√©nergie, du m√©thane (CH4), du dioxyde de carbone (CO2) et de l’eau (H2O), gr√Ęce √† l’action de certains types de bact√©ries.

Elle se produit 4 étapes : Hydrolyse, Acidogénèse, acétogénèse et methanogénèse.

Ces syst√®mes sont class√©s en : charge faible, charge √©lev√©e, contact ana√©robique et avec s√©paration des gaz.¬†Dans ce processus, il faut contr√īler:

  • pH
  • Temp√©rature
  • Alimentation en vase
  • Temps de r√©tention
  • Production de gaz

2.2 Stabilisation chimique

C’est une alternative √† la stabilisation biologique pour le traitement des boues. L’objectif de ce type de stabilisation est de r√©duire ou de minimiser les pathog√®nes et de r√©duire substantiellement les microorganismes capables de produire des odeurs.

2.2.1 Stabilisation avec calcaire

Le produit majoritairement appliqué est le calcaire. Il est ajouté aux boues à la dose adéquate afin de maintenir le pH à 12 pendant le temps suffisant (minimum 2 h) afin de supprimer ou de réduire les microorganismes pathogènes responsables des odeurs. Ce système est généralement utilisé:

  • Dans les petites stations d’√©puration avec incorporation de boues √† des terrains naturels ou entrepos√©s avant le transport
  • Stations d’√©puration avec besoin de stabilisation suppl√©mentaire
  • Syst√®me compl√©mentaire de stabilisation pendant des p√©riodes o√Ļ les autres syst√®mes sont hors service

Elle est normalement incorporée avant le séchage des boues mais elle peut également être utilisée à postériori, en utilisant de plus faibles quantités de calcaire. Le dosage de calcaire dépend de:

  • Type de boue
  • Composition chimique de la boue (y-compris la MO)
  • Concentration de la boue

Pendant le processus de traitement des boues par chaux vive, il est n√©cessaire de maintenir le pH au-dessus de 12 pendant au moins 2 heures, afin de s’assurer de la destruction des pathog√®nes et de fournir l’alcalinit√© r√©siduelle suffisante pour que le pH ne passe pas en dessous de 11. Cela permet d’avoir suffisamment de temps pour l’entreposage ou la disposition de la boue stabilis√©e La quantit√© de calcaire n√©cessaire pour stabiliser la boue est d√©termin√©e par le temps de celle-ci, sa composition chimique et la concentration de solides. L’intervalle se trouve environ entre 6 et 51 %. En prenant en compte que les boues primaires sont celles qui exigent le moins de quantit√© de calcaire et les boues activ√©es celles qui utilisent la plus grande quantit√©.

2.2.2 Oxydation avec chlore

On incorpore une dose √©lev√©e de chlore √† la boue √† traiter. Elle est effectu√©e dans des r√©acteurs ferm√©s et elle n√©cessite des p√©riodes de r√©tention courtes.¬†Ce syst√®me n’est pas encore √©tendu au niveau industriel.

SYST√ąME AVANTAGES INCONV√ČNIENTS
STABILISATION BIOLOGIQUE A√ČROBIE
  • Contr√īle facile et exploitation
  • CAPEX bas
  • Risques d’exploitation faibles (non inflammable)
  • Boues biologiquement inoffensives et stables.
  • R√©sidu final applicable aux terrains naturels
  • R√©duction de solides volatiles
  • R√©duction presque totale des odeurs
  • R√©sultat faible avec froid
  • OPEX √©lev√© car consommation √©nerg√©tique √©lev√©e
  • R√©sultats faibles dans les unit√©s de s√©chage
  • Volume important du r√©acteur
THERMOPHILE
  • Destruction √©lev√©e de solides volatiles
  • Volume bas du r√©acteur
  • Boues nettoy√©es
  • besoin inf√©rieur d’oxyg√®ne sp√©cifi√© (30-40 % de moins que les processus conventionnels)
  • Boues d√©shydrat√©es plus s√®ches
  • √Čpaississement pr√©alable n√©cessaire
  • Agitation √©lev√©e
  • R√©servoir avec bon isolant thermique
  • Odeurs occasionnelles
  • Mousses
  • Consommation de poly√©lectrolyte plus √©lev√©e
COMPOSTAGE
  • CAPEX et OPEX raisonnables dans les processus peu intensifs
  • Haute r√©duction du volume initial de boue
  • Haute r√©duction humidit√© (60-70 %)
  • D√©composition et stabilisation de la mati√®re organique
  • R√©duction √©lev√©e du poids dans le produit final
  • Boues nettoy√©es : √©limination des pathog√®nes et parasites et inhibition des graines
  • R√©duction significative des odeurs
  • Produit final optimal pour utilisation comme fertilisant ou modification organique
  • CAPEX OPEX √©lev√©s dans des syst√®mes modernes de compostage (tunnels et canaux)
  • N√©cessit√© de grandes surfaces principalement en technologies peu intensives (compostage en piles)
  • Pas de r√©cup√©ration √©nerg√©tique
  • Gestion probl√©matique des eaux g√©n√©r√©es dans le processus
  • N√©cessit√© d’agents structurants
  • Production de poussi√®re et a√©rosols dans certains types de compostage
  • Dans des installations √† l’air libre le processus de compostage en hiver est ralenti
  • G√©n√©ration d’odeurs qui exige un contr√īle des param√®tres critiques
ANA√ČROBIQUE
  • Volume inf√©rieur du r√©acteur
  • R√©duction de biomasse
  • R√©duction de pathog√®nes
  • Consommation √©nerg√©tique plus faible
  • R√©cup√©ration √©nerg√©tique (CH4)
  • √Člimination des odeurs
  • OPEX bas
  • CAPEX √©lev√©s
  • Processus lent
  • Contr√īle exhaustif des param√®tres critiques
ESTABILISATION CHIMIQUE CAL
  • CAPEX et OPEX bas
  • Forte r√©duction des agents pathog√®nes
  • Haute r√©duction des odeurs
  • Plus grand volume utilisable
  • Neutralisation sans frais en sols acides
  • M√©thode de sauvegarde pour d’autres syst√®mes de stabilisation
  • Produit final adapt√© √† l’agriculture (teneur √©lev√©e en chaux et en azote)
  • Contr√īle du pH critique pour √©viter la r√©apparition des odeurs et des agents pathog√®nes
  • Les ajustements de pH peuvent provoquer des √©missions de gaz (pH √©lev√© de l’ammoniac // faible pH sulfurique)
  • Co√Ľts de transport plus √©lev√©s en raison de l’augmentation du volume du produit final

2.3 Conditionnement

Les boues à consistance gélatineuse peuvent rendre les opérations de séchage plus difficiles. Dans ces cas, on réalise un conditionnement préalable pour améliorer les caractéristiques de la boue pour sa déshydratation. Les méthodes les plus fréquentes sont:

2.3.1 Conditionnement chimique

Il donne comme r√©sultat la coagulation des solides et la lib√©ration de l’eau absorb√©e, il s’utilise avant le processus de s√©chage.¬†Les produits chimiques utilis√©s sont:

  • Chlorure de fer
  • Calcaire
  • Sulfate d’alumine
  • Polym√®res organique

Les 3 premiers permettent la désinfection et la stabilisation de la boue. Les polymères ne provoquent pas de désinfection mais ils sont plus faciles à alimenter et sont généralement plus économiques.

L’objectif de ce type de stabilisation est de r√©duire ou de minimiser les pathog√®nes et de r√©duire substantiellement les microorganismes capables de produire des odeurs.

2.3.2 Conditionnement thermique

On effectue un chauffage des boues √† des temp√©ratures qui varient entre 160-210 ¬ļC pendant de courtes p√©riodes de temps sous pression. Cela provoque une coagulation des solides et un changement dans la structure, ce qui r√©duit l’affinit√© de l’eau de la part des solides de la boue.

La boue est stérilisée, pratiquement désodorisée et sa capacité de déshydratation augmente significativement

3. Déshydratation

Il s’agit d’une op√©ration physique (naturelle ou m√©canique) employ√©e pour r√©duire le taux d’humidit√© de la boue et son volume.¬†Ses principaux objectifs sont:

  • Augmenter la teneur en mati√®re s√®che de seulement 3-40%
  • Diminuer les co√Ľts de transport par r√©duction de volume
  • Am√©liorer la manipulation et le transport des boues
  • √Čviter les odeurs
  • Augmenter le pouvoir calorifique par baisse de l’humidit√©

Les syst√®mes les plus r√©pandus sont les syst√®mes m√©caniques devant les syst√®mes naturels. Du point de vue √©conomique, les technologies de d√©shydratation pr√©valent dans l’ordre d√©croissant:

  • Centrifuges
  • Filtres de presse de courroie
  • Filtres de presse

3.1 Systèmes mécaniques

3.1.1 Centrifuges

Il consiste en un tambour cylindrique-conique √† essieu horizontal qui s’appuie sur la force de centrifugation pour la s√©paration de la phase solide de l’eau.¬†Il y a deux types de centrifugation dans la d√©shydratation des boues:

a) Centrifugation contre le courant -: les solides et le cylindre circulent dans le sens contraire dans le cylindre.
b) Centrifugation √©quicourant : la fraction solide et la fraction liquide s’√©coulent dans le m√™me sens.

3.1.2 Filtre de presse

Les filtres presse disposent d’une s√©rie de plaques rectangulaires verticales dispos√©es les unes derri√®re les autres sur un ch√Ęssis. Sur les faces de ces plaques sont plac√©s des tissus filtrants, g√©n√©ralement en tissus synth√©tiques. L’espace qui reste entre deux plaques, dans leur partie centrale creuse, est l’√©paisseur qui sera acquise par la tourte r√©sultante. Cette √©paisseur peut varier entre 15 et 30 mm.

La surface des filtres presse peut mesurer jusqu’√† 400 m2, et la surface des plaques de 2 m2. Ces filtres sont g√©n√©ralement form√©s de plus de 100 plaques.¬†Le processus de filtrage varie entre 25 heures, en fonction e la dur√©e des diff√©rentes √©tapes qui sont √©num√©r√©es ci-dessous:

  • Remplissage
  • Filtrage
  • T√©l√©chargement
  • Nettoyage

Avec ce processus de traitement des boues, on obtient une √©tanch√©it√© de 35-45 % en fonction des caract√©ristiques des boues √† traiter.¬†Il est n√©cessaire de disposer d’une personnel sp√©cialis√© et qualifi√© pour sa maintenance et son exploitation.

3.1.3 Filtre de bande

C’est un syst√®me d’alimentation continu de vase, o√Ļ est √©galement r√©alis√© un conditionnement chimique, g√©n√©ralement avec des poly √©lectrolytes.

Dans les filtres √† bande il se produit d’abord un drainage par gravit√© et ensuite il passe √† la vase par une application m√©canique de pression pour que se produise la d√©shydratation, gr√Ęce √† l’action d’un tissu poreux.

C’est une m√©thode bon march√©, car elle ne n√©cessite pas un grand investissement initial, les co√Ľts de maintenance et d’exploitation sont bas et l’installation repr√©sente une faible consommation √©nerg√©tique.

3.2 Systèmes naturels

3.2.1 Temps de séchage

Il s’agit d’un syst√®me de d√©shydratation naturelle. Ce sont des couches de mat√©riel dispos√©es √† la verticale dans un r√©ceptacle.

La vase passe sur ces couches de gravier ou de sable, ce qui produit le filtrage et la d√©shydratation des boues par √©vaporation. Cette √©vaporation d√©pendra des conditions climatiques de la zone , les jours d’exposition des boues et les caract√©ristiques de la boue.

Le mat√©riel drainant est g√©n√©ralement form√© de couches de 10 cm de sables avec une couche de gravier de 10-20 cm, en pla√ßant un r√©seau de tuyauteries dans la partie inf√©rieure pour r√©cup√©rer l’eau qui sera √† nouveau trait√©e dans l’E.D.A.R. La couche de sable doit √™tre remplie r√©guli√®rement car du sable se perd dans le processus de filtrage et la r√©cup√©ration des boues.

L’inconv√©nient pr√©sent√© par ce processus est la grande surface de terrain n√©cessaire.