Contribution à la valorisation de boues de station d'épuration par l'appréciation d'une nouvelle méthodologie de l'essai au bleu méthylène

6.1. L'épaississement

Première étape du traitement des boues, l'épaississement réduit le volume et concentre la matière en suspension. Pour une boue activée, la concentration moyenne de la liqueur mixte est de l'ordre de 5 g/l, de 10 g/l au niveau des boues extraites du clarificateur, et, après épaississement, de l'ordre de 20 à 100 g/l. Plusieurs types d'épaississement sont à distinguer :

- L'épaississement statique gravitaire : Cette technique est utilisée principalement pour les boues primaires ou de forte charge. L'ouvrage peut être équipé d'un pont racleur afin d'améliorer le fonctionnement, c'est alors un procédé très économique (1 à 7 kWh/T de MS). L'épaississeur statique est un ouvrage circulaire, en général en béton avec une pente du radier comprise entre 10 et 20 % (jusqu'à 25 % pour les boues de papeteries) et une hauteur cylindrique de 4 à 5 m. Le dimensionnement repose sur la loi de Kynch (la vitesse de chute dépend de la concentration locale) et, en général pour les ERU :

- boues primaires : 40 à 80 kg MS/m2/j

- boues biologiques : 25 kg/m2/j et V < 0.25 m/h

- vitesse du pont : 4 cm/s (et 18 cm/s en papeterie)

A signaler qu'il est possible d'ajouter chlorure ferrique ou polymère pour améliorer le rendement. Cette technique présente cependant par rapport à d'autres certains inconvénients : temps de séjour long, relargage en anaérobie du PT, dégazage des boues....

- L'épaississement dynamique (flottation, égouttage, centrifugation) :

a- La flottation : Cette technique est utilisée pour des boues biologiques d'aération prolongée ou de biofiltration (concentration de l'ordre de 2 à 8 g/l maxi), en général pour des installations de moyenne et grosse importance (>40 000 Eq.Hab). Elle présente plusieurs avantages (faible emprise au sol : 4 fois moins de place qu'un épaississement statique, meilleur rendement d'épaississement ~ 60 à 200 mg/l dans le surnageant, contrôle des odeurs car le milieu est aéré. Il existe 2 techniques car la flottation peut être directe ou indirecte. En flottation directe, la boue est directement pressurisée et, en indirecte, l'eau clarifiée (eaux blanches) des sousverses est pressurisée puis détendue dans un mélange eau + boue avant admission dans l'ouvrage. Il y a donc recyclage de l'eau traitée et la boue peut être soit admise dans le circuit en co-courant (dans la boucle), soit admise à contre-courant dans un bol de mélange.

La flottation directe donne de meilleurs rendements pour les boues biologiques, a fortiori avec du polymère. Pour les constructeurs, les garanties peuvent être données en reliant l'indice de Mohlman à la concentration des boues. Les ratios utilisés sont les suivants :

? 5 kg MS/m² pour boues bio. Sans D I, et, avec D I : 4 kg/m2, V < 2 m/h

? 5 à 7 % en polymère pour siccité + 5 %

? Consommation électrique : 60 à 100 kWh/ T MS

? vitesse ascensionnelle : 2 m/h maxi

b- L'égouttage : Cette technique est en général utilisée pour des petites STEP et avec des boues biologiques d'aération prolongée (5 à 10 g/l). Elle permet une réduction du volume de boues de l'ordre de 6 à 7 (siccité de l'ordre de 5 - 8 %). Souvent, la grille d'égouttage est associé à une déshydratation sur filtre bande (voir plus loin). Les ratios suivants sont classiquement observés :

? Consommation énergétique faible (30 à 60 kWh/T MS)

? vitesse de l'ordre de 8 à 10 m3/m/h

? Polymère : 5 kg/T MS

c- La centrifugation : Cette technique, comparable à la flottation, est en général utilisée pour des boues biologiques ou de traitement tertiaire physico-chimiques. Elle est en général utilisée pour des STEP moyennes (20 à 100 000 Eq.Hab) ou dans des STEP compactes. Ce procédé est onéreux en investissement et en exploitation mais assure une excellente maîtrise des nuisances olfactives. Elle est compact, sans odeur, avec un degré d'épaississement important mais impose une consommation de polymères onéreuse. En association avec des polymères liquides performants et pour des boues comprises entre 6 et 9 g/l, les performances des centrifugeuses permettent de produire des boues à des concentrations de l'ordre de 6 à 7 % et des centrats à 0.5 g/l. Les ratios suivants sont courants :

? polymère : 1.5 kg/T MS

? consommation électrique : 150 à 300 kWh/T MS (0.8 à 1.5 kWh/m3)

Procédé	Avantages	Inconvénients
Epaississeur statique	-Simplicité & facilité d'exploitation Faible -consommation énergétique Investissement réduit	-Importante emprise au sol -Performance médiocre pour boues biologiques -Nuisances olfactives possibles
Flottateur	-Simplicité & facilité d'exploitation -Surface réduite & nuisances contrôlées	-Faible adaptabilité -Consommation élect. élevée
Table d'égouttage	-Simplicité & facilité d'exploitation -Compacité & nuisances contrôlables	-Main d'oeuvre, eaux de lavage -Polymère indispensable
Centrifugeuse	-Compacité & souplesse d'utilisation -Nuisances contrôlées	-Texture de boues médiocre -Maintenance & entretien spécialisés, coût élevé -Consommation élect. élevée

Tableau 5 : les avantages et inconvénients de chacune des techniques

	Boues primaire	Boues mixte	Boues biologique	Boue physico-chimique
				< 50 mg/l FeCl3	> 100 mg/l FeCl3
Epaississement gravitaire Cm en kg (MS/m^2/j) Siccité sortie en %	70 à 120 6 à 10	30 à 60 3.5 à 5.5	20 à 30 2.0 à 3.5	50 à 70 6 à 10	40 à 60 4 à 6
Flottation Cm en kg MS/m^2/j Siccité sortie en %			70 à 150 3.5 à 5.0
Centrifugation Siccité sortie en %			5 à 7

Tableau 6 : Les performances des procédés d'épaississement attendues