Réponse rapide : Les boues sont épaissies avant d'être déshydratées car les équipements de déshydratation sont dimensionnés en fonction du volume de boues qu'ils doivent traiter, et non des matières sèches qu'elles contiennent. Faire passer une boue de 1 % à 4 % de matières sèches élimine les trois quarts de l'eau et réduit le volume de 75 %, de sorte que le filtre-presse, sa pompe d'alimentation, la dose de polymère et le temps de cycle diminuent tous en conséquence. Les épaississeurs gravitaires, la flottation à air dissous, les épaississeurs à tambour rotatif et les épaississeurs à bande gravitaire sont les choix courants ; lequel choisir dépend de la nature des boues : primaires, biologiques, chimiques ou minérales. Un filtre-presse alimenté à 3–6 % de matières sèches effectue deux à quatre fois plus de cycles par jour qu'un filtre alimenté à 1 %.
Ce que fait l'épaississement et pourquoi il vient en premier
L'épaississement et la déshydratation sont la même opération à des échelles différentes. Tous deux retirent l'eau de la boue ; l'épaississement la fait passer de moins de 1 % à 3–8 % de solides, et la déshydratation la fait passer de là à 20–40 % de solides ou plus. La raison pour laquelle ce sont des étapes distinctes est que l'équipement qui effectue le premier travail à moindre coût ne peut pas effectuer le second, et l'équipement qui effectue le second travail ne peut pas se permettre d'effectuer le premier.
Prenons une usine produisant une tonne de solides secs par jour sous forme de boues activées en excès à 0,8 % de solides. Cela représente 125 m³ de boues. Épaissies à 4 %, elles occupent 25 m³. Un filtre-presse alimenté avec les boues non épaissies passerait la majeure partie de chaque cycle simplement à se remplir d'eau, et la pompe pousserait 100 m³ d'eau par jour à travers le tissu sans aucun bénéfice. Après épaississement, le même tonnage tient dans une presse d'un tiers de la taille fonctionnant selon un cycle normal. Le même calcul s'applique aux presses à bandes, aux centrifugeuses et aux presses à vis.
L'épaississement stabilise également l'alimentation. Les équipements de déshydratation fonctionnent de manière optimale avec une concentration d'alimentation constante ; un épaississeur lisse les variations provenant de la purge du clarificateur et des perturbations du procédé, et offre un volume tampon permettant à la presse de fonctionner selon un horaire de poste tandis que l'usine de traitement fonctionne en continu. Notre article sur quelle quantité de boues une station d'épuration produit-elle donne la méthode d'estimation de la charge quotidienne.
Les méthodes d'épaississement
| Méthode | Alimentation typique | Solides épaissis typiques | Meilleur sur | Faible sur |
|---|---|---|---|---|
| Épaississeur gravitaire (réservoir circulaire avec râteau à dents) | 0.5–2% | 3–8 % (primaire), 2–3 % (biologique) | Boues primaires, chimiques et minérales qui se déposent | Les boues activées en excès (deviennent septiques, flottent, n'atteignent que 2 à 3 %) |
| Flottation à air dissous (FAD) | 0.3–1% | 3–5% | Boues activées usées, boues huileuses et boues légères | Solides minéraux lourds ; énergie pour la saturation en air |
| Épaississeur à bande gravitaire | 0.5–1.5% | 4–7% | Boues biologiques avec polymère ; simple et compact | Nécessite un polymère ; ouvert aux odeurs ; eau de lavage de la bande |
| Épaississeur à tambour rotatif | 0.5–1.5% | 5–9% | Boues biologiques avec polymère ; enceinte, faible encombrement | Nécessite un polymère ; colmatage de l'écran par des fibres ou de la graisse |
| Centrifugeuse (mode épaississement) | 0.5–1.5% | 4–8% | Lorsque l'espace est très restreint et que les odeurs doivent être confinées | Puissance, maintenance, polymère |
| Cuve statique de stockage des boues (décantation et soutirage) | 1–3% | 2–5% | Petites usines, boues chimiques et minérales | Lent ; les boues biologiques deviennent septiques |
Le schéma est que les boues qui décantent d'elles-mêmes, c'est-à-dire les boues primaires, physico-chimiques et minérales, sont épaissies par gravité, tandis que les boues biologiques qui décantent mal sont épaissies par flottation ou par un épaississeur mécanique assisté par polymère. Notre guide pour quand le DAF est nécessaire couvre le cas de la flottation plus en détail.
Comment l'épaississement modifie le filtre-presse
Un filtre-presse est une machine discontinue à volume de chambre fixe. Chaque cycle remplit les chambres de gâteau, et le temps de cycle correspond au temps nécessaire pour former ce gâteau à partir de l'alimentation. Les solides d'alimentation l'influencent de trois manières :
- Temps de remplissage. À 1 % de solides, une chambre doit recevoir environ 30 fois son propre volume de boue pour se remplir de gâteau ; à 4 %, environ 8 fois. La phase de remplissage passe de plusieurs heures à bien moins d’une heure.
- Usure et colmatage de la toile. Chaque mètre cube d'eau poussé à travers le tissu y entraîne des fines. Une alimentation épaissie signifie moins d'eau par kilogramme de gâteau et des tissus plus propres.
- Polymère. Le polymère est dosé par kilogramme de solides secs, mais le mélange est meilleur et la dose plus faible lorsque la boue est concentrée avant le conditionnement plutôt qu'après.
Le résultat pratique est qu'une presse alimentée à 3–6 % de solides effectue deux à quatre fois plus de cycles par jour que la même presse alimentée à 1 %, de sorte que la presse qui traite la charge est plus petite et moins chère. En termes de dimensionnement, le chiffre de solides dans l'alimentation est le premier paramètre que nous demandons, car il modifie le nombre de plateaux plus que tout autre paramètre individuel. Voir Comment calculer la capacité d'un filtre-presse et De combien de plaques filtrantes ai-je besoin.
Quand vous pouvez omettre l'épaississant
Toutes les plantes n'ont pas besoin d'une étape d'épaississement séparée :
- Boues chimiques et minérales Les boues issues du sous-écoulement d'un clarificateur ont souvent déjà une teneur en solides de 3 à 10 % et sont directement envoyées à la presse. Les boues de galvanoplastie, de tannerie, de textile et d'exploitation minière appartiennent généralement à ce groupe.
- Petites STP et ETP En dessous d'environ 500 m³/jour, on procède généralement à un épaississement dans le bassin de stockage des boues par décantation et soutirage pendant la nuit, ce qui suffit à alimenter une petite presse à 2–3 %.
- Stations de traitement par bioréacteur à membrane Maintenez leur liqueur mixte à 8–12 g/L, de sorte que leurs boues usées sont déjà proches de 1 % et un épaississeur à tambour rotatif ou une DAF est généralement nécessaire avant une presse ; il n'y a pas de boues primaires pour aider.
La règle générale : si la boue arrivant à la presse a une teneur en solides inférieure à 2 %, l'épaississement se justifie par la réduction de la taille de la presse ; si elle est supérieure à 3 %, un épaississeur apporte peu. Entre 2 % et 3 %, cela dépend du nombre d'heures par jour pendant lesquelles la presse peut fonctionner.
Épaississement dans la filière de traitement
Dans une STEP typique, le train est constitué d'un clarificateur primaire et d'un clarificateur secondaire → mélange de boues → épaississeur → (digesteur, si présent) → conditionnement → déshydratation. Dans une station d'épuration industrielle, il s'agit généralement d'un clarificateur ou d'un DAF → bac de stockage des boues → conditionnement → déshydratation, le bac de stockage assurant l'épaississement. Dans les mines et le traitement des minéraux, l'épaississeur est une unité à haut débit de grand diamètre alimentant la presse à 30–60 % de solides, et les rôles d'« épaississeur » et de « déshydratation » sont les mêmes que ci-dessus à une concentration beaucoup plus élevée. Notre ETP vs STP et Déshydratation des résidus miniers Les articles montrent où se situe la presse dans chacun d'eux.
Choisir l'épaississant en gardant la presse à l'esprit
Deux points importants pour la presse en aval. Premièrement, le polymère ajouté dans un épaississeur mécanique conditionne la boue une fois ; en ajouter davantage à la presse pour un second conditionnement est normal, mais les deux produits doivent être compatibles et la dose totale doit être vérifiée par essai au bocal plutôt que supposée. Deuxièmement, la boue épaissie doit être pompable vers la presse : au-delà de 6–8 % de matières sèches, la boue biologique devient difficile à pomper avec une pompe centrifuge et nécessite une pompe à vis excentrée ou à piston, et le réservoir de stockage de boue nécessite un mélangeur pour l'empêcher de se stratifier. Notre page sur équipement de traitement des eaux usées énumère les options d'épaississement et de pompage qui s'associent à nos presses, et conditionnement des polymères pour toile de filtre-presse couvre le côté dosage.
Questions fréquemment posées
Pourquoi le sludge est-il épaissi avant la déshydratation ?
Parce que l'équipement de déshydratation est dimensionné en fonction du volume de boues. L'épaississement de 1 % à 4 % de matières solides élimine les trois quarts de l'eau, de sorte que le filtre-presse, la pompe d'alimentation, le polymère et le temps de cycle sont tous plus petits. Cela permet également de lisser la concentration d'alimentation et d'offrir un stockage tampon.
Quelle concentration de solides dois-je alimenter une presse à filtre ?
Pour les boues biologiques et mixtes, une teneur en matières solides de 3 à 6 % est un bon objectif ; pour les boues chimiques et minérales provenant d'un clarificateur, une teneur de 3 à 10 % est typique et ne nécessite pas d'épaississeur séparé. En dessous de 2 %, un épaississeur est rentabilisé par la taille de la presse.
Quel épaississant est le meilleur pour les boues activées résiduaires ?
La flottation à air dissous, un épaississeur à bande gravitaire ou un épaississeur à tambour rotatif, tous atteignant 4 à 7 % de solides. L'épaississement gravitaire seul n'atteint que 2 à 3 % sur les boues activées et les boues ont tendance à devenir septiques.
Puis-je omettre l'épaississant ?
Souvent, pour les boues chimiques et minérales qui quittent déjà le clarificateur à 3 % ou plus, et pour les petites installations qui décantent et soutirent dans le bassin de stockage des boues. Les boues biologiques diluées à moins de 2 % bénéficient presque toujours d'un épaississeur.
L'épaississement réduit-il la consommation de polymère ?
Le polymère est dosé par tonne sèche, donc le total ne diminue pas automatiquement, mais le mélange et la formation de flocs sont meilleurs dans les boues concentrées, et en pratique la dose combinée épaississeur-plus-presse est généralement inférieure au dosage direct des boues diluées dans la presse.
Comment la teneur en solides de l'alimentation affecte-t-elle le temps de cycle du filtre-presse ?
Fortement. À 1 % de solides, une chambre nécessite environ 30 volumes de chambre de boue pour se remplir de gâteau ; à 4 %, environ 8. La presse effectue deux à quatre fois plus de cycles par jour sur une boue épaissie, de sorte qu'une presse plus petite traite le même tonnage.
Dites-nous votre type de boues, la quantité quotidienne de matières sèches et la concentration actuelle de l'alimentation, et nous vous dirons si l'ajout d'un épaississeur en vaut la peine et dimensionnerons la presse dans tous les cas : demander une proposition d'épaississement et de déshydratation.
Références : US EPA — Fiche technique sur les biosolides : Épaississement par gravité, US EPA — Fiche technique sur les biosolides : Épaississement et déshydratation par centrifugeuse, US EPA — Fiche d'information sur la technologie des biosolides : filtre-presse à plateaux à chambres.