Systèmes d'épaississement des boues pour les stations de traitement de l'eau potable (STEP)

• 1. La nécessité de réduire les boues dans une STEP
• 2. Application DAF pour l'épaississement des boues dans une station d'épuration.
• 3. Tests de laboratoire SIGMALAB.
• 4. Pilotage avec l'équipement SIGMADAF.
• 5. Conclusions.

1) Réduction des boues dans une station de traitement de l'eau potable (STEP)

Les eaux usées rejetées par une STEP (station de traitement de l'eau potable) dans le réseau d'égouts proviennent de la chaîne de traitement des boues, en particulier lors des étapes d'épaississement, de séchage et de déshydratation.

L'optimisation de l'efficacité de l'épaississement des boues dans une station d'épuration peut réduire le volume des effluents de plus de 50 %.

Dans le cas que nous allons analyser, l'entreprise qui exploite la STEP recherche une solution technique qui permette de réduire la charge polluante des rejets dans le réseau d'égouts et d'en minimiser le volume.

Un procédé de séparation des boues est proposé en utilisant la flottation à air dissous (DAF) avec ajout minimal de floculant, qui doit être un produit à base d'amidon, propre à la consommation humaine.

Pour tester ce processus, un service de pré-test est fourni en laboratoire et un pilote industriel pour démontrer l'efficacité de l'un de nos systèmes DAF pour le traitement des boues de la station d'épuration.

2. les systèmes de flottation à l'air dissous pour l'épaississement des boues dans les STEP

Les systèmes DAF utilisés pour l'épaississement des boues biologiques comprennent des plaques inclinées et un grattoir spécialement conçu.

Nos systèmes DAF permettent d'obtenir un épaississement des boues avec une teneur en matière sèche 3 à 4 fois supérieure à celle obtenue avec les systèmes conventionnels.

Tels sont les avantages qu'offrent nos systèmes DAF pour l'épaississement des boues :

• Efficacité accrue de l'épaississement : une concentration très élevée en matière sèche de la boue déshydratée est obtenue.
• La séparation de la phase solide est très rapide.
• Les systèmes DAF nécessitent moins d'espace que les épaississeurs par gravité ou conventionnels.

3. Tests de laboratoire SIGMALAB

L'échantillon de boue est reçu de la station d'épuration. Il s'agit de boues déjà floculées provenant du traitement physico-chimique de la conduite d'eau.

Le client souhaite minimiser les rejets d'eau de sa ligne de boues dans le réseau d'égouts. Il convient de rappeler que la plupart de ces boues proviennent de l'étape d'épaississement.

L'objectif poursuivi est donc double:

• Pour obtenir la concentration la plus élevée possible des boues épaissies.
• Renvoyer autant d'eau clarifiée que possible dans la conduite d'eau pour une purification plus poussée.

Afin de déterminer la dose de floculant à base d'amidon, des tests en laboratoire simulant le processus de floculation et de clarification DAF sont effectués :

• Essais de floculation en laboratoire Jar-Test.
• Tests de flottation par injection de microbulles pour établir la viabilité de la flottation du floc formé.

Le floculant utilisé est un polymère anionique à base d'amidon naturel. Il s'agit du même polymère que celui déjà utilisé dans la conduite d'eau de la STEP, qui est approuvée pour la consommation humaine.

Le floculant est dosé dans une partie de l'échantillon d'eau usée et le comportement des solides est observé. La figure suivante montre la formation d'un floc pour chacune des doses testées en vue d'une réinjection sûre dans le processus.

Si aucun floculant n'est appliqué, la sédimentation est extrêmement lente. Dans les essais où un floculant est appliqué, on observe que, plus on dose de polymère, plus les flocs forment une structure spongieuse et expansée.

L'élimination du total des solides en suspension dans l'eau clarifiée est pratiquement la même, quel que soit le dosage de polymère utilisé, puisqu'elle est supérieure à 99 %.

En ce qui concerne la DCO, une tendance claire se dégage : plus le polymère est dosé, plus la DCO dans l'eau clarifiée augmente :

• À 30 ppm, 96,3 % de la DCO est éliminée.
• À 60 ppm, 88,9 % de la DCO est éliminée.
• À 144 ppm, 74,1 % de la DCO est éliminée.

Ceci indique que nous sommes en surdosage lorsque nous dépassons 30 ppm de floculant, c'est-à-dire qu'une partie du floculant, qui est celui qui n'agit pas sur les MES, est transféré dans la phase liquide. L'amidon modifié contribue à la DCO, il n'est donc pas recommandé d'utiliser des doses supérieures à 30 ppm de polymère.

Le dosage optimal en laboratoire est de 30 ppm de polymère. Ce dosage doit être ajusté lors du pilotage industriel et de la mise en service de l'équipement industriel.

On observe que le floc a une grande capacité de flottation et reste cohésif lorsque de l'air saturé de microbulles est injecté. Le produit clarifié est totalement limpide, avec une turbidité inférieure à 10 NTU.

4. Pilotage avec l'équipement SIGMADAF

Une fois que la faisabilité du processus physico-chimique a été démontrée en laboratoire, un essai pilote est réalisé à la station d'épuration pour valider le processus à l'échelle industrielle. L'essai pilote est réalisé avec un SIGMA DAF COMPACT.

SIGMADAF fournit un système compact de flottation à l'air dissous, comprenant tous les composants nécessaires :

• Le floculateur.
• La cuve de préparation des polyélectrolytes.
• Pompes et sondes de contrôle.
• Équipement de flottation à l'air dissous.

L' installation et la mise en service sont effectuées, y compris :

• Le réglage du système de saturation de l'air.
• Ajustement des débits.
• Tests avec et sans polyélectrolyte.
• Optimisation de l'équipement en fonction des conditions des boues dans la station d'épuration.

Sans l'ajout d'un floculant, les boues clarifiées n'ont pas fière allure, car elles retiennent les matières en suspension, leur turbidité est supérieure à 20 NTU et les boues ne cohabitent pas correctement.

A des doses de polymère de 30 ppm (similaires à la dose optimale en laboratoire), une amélioration significative de la clarification est observée, avec des valeurs de turbidité inférieures à 5 NTU.

Le dosage est encore ajusté et il est déterminé que la plage optimale se situe entre 35 et 45 ppm de polymère (variable en fonction des légères variations dans la boue d'entrée). Des échantillons de la boue concentrée sont prélevés pour analyse.

Les boues épaissies dans le système DAF sont d'une couleur beaucoup plus foncée que les boues provenant de la station d'épuration, car elles sont plus denses et plus compactes. La turbidité de la boue clarifiée, qui est l'eau à renvoyer à la station, est de 3,99 NTU.

• La concentration de MES dans les boues de la station d'épuration est de 0,475 g/L.
• La concentration de MES dans les boues épaissies dans l'équipement DAF est de 17,8 g/L, lors de l'utilisation de 35 à 45 ppm de polymère d'amidon.
• Le volume quotidien de boues concentrées généré est réduit de plus de 96 %. Cela signifie que la quantité d'eau qui peut être renvoyée dans la conduite d'eau sera beaucoup plus importante et que le flux déversé dans le réseau d'égouts sera plus faible.

5. Les conclusions

Les données obtenues montrent que l'épaississement des boues dans la conduite d'eau au moyen de la flottation DAF est une solution optimale, car elle réduit considérablement les rejets dans le réseau d'égouts et permet d'obtenir un produit clarifié qui peut être renvoyé dans la conduite d'eau, étant donné que sa turbidité est minimale.

Les résultats indiquent que le volume d'eau clarifiée dépasse 96% du volume de boues produites lors du traitement physico-chimique de la conduite d'eau.

Dans ces conditions, les rejets dans le réseau d'égouts seront réduits dans les mêmes proportions et seuls les rejets provenant de la phase de déshydratation des boues épaissies se produiront.