L'invention concerne un precede permettant d'abaisser la resistance spécifique à la filtration de boues biologiques en vue de faciliter leur déshydratation, et leur compactage par filtration mecanique. L'invention s'applique aux boues biologiques, c'est-a-dire aux boues issues de stations d'épuration d'eaux usées travaillant par voie biologique, ces boues se présentant généralement sous la forme de flocs bactériens (agrégats de micro-organismes éventuellement associes à un liant ou à des particules supports); le precede de 1'invention permet d'obtenir une déshydratation de la biomasse dans des conditions remarquables d'efficacité.

Les boues biologiques qui se présentent à la sortie des stations d'épuration biologique sous la forme de flocs très hydrophiles sont difficiles à déshydrater par les precedes de filtration mécanique generalement utilises dans ce type d'application (filtration par pressage ou centrifugation, dont le cout à la tonne traitée est compatible avec 1'application). On connait des additifs pour améliorer cette déshydratation (chaux, polymeres, FeCl3, oxydes simples, diatomée....), mais la plupart de ces additifs sont peu efficaces: soit ils ne permettent pas d'obtenir de bons taux de siccité à la fin de la filtration, soit les quantités nécessaires sont relativement importantes ce qui représente un grave inconvenient dans cette application (augmentation notable des quantités de déchets solides produits). Les diatomées présentent une meilleure efficacité mais leur cout est élevé et elles possèdent un caractère abrasif préjudiciable aux équipements de transfert et de filtration (pompes, toiles filtrantes....). On constate également que la plupart des additifs connus ont tendance a rendre les boues collantes, conduisant à un colmatage rapide des organes de filtration; cet inconvenient est grave en pratique car il impose des operations manuelles de "debatissage", décolmatage et nettoyage des organes de filtration, qui augmentent considérablement les couts de mise en oeuvre (cout de personnel et immobilisation des équipements). Par ailleurs, DE-A-4.025.063 décrit, dans son

exemple n° 6, un precede consistant à ajouter à des boues biologiques issues de station d'épuration un silicate et un sulfate hydrophiles en vue de favoriser la déshydratation de celles-ci. Toutefois, comme précédemment, les quantités ajoutées sont importantes pour permettre l'obtention d'une certaine amelioration (quantités d'additifs permettant de mener à bien la filtration egales à 74 % ou à 124 % par rapport à la matière seche initiale). Ces difficultés pour améliorer la déshydratation proviennent du fait que les boues biologiques sont des matières très spécifiques ; d'une part elles sont très hydrophiles et se caractérisent par une forte retention des molecules d'eau; d'autre part, leur état flocule (c'est-a-dire sous forme d'agglomérats bactériens) entraine une"encapsulation"d'eau à 1'interieur mme des flocs.

La présente invention vise a permettre de déshydrater des boues biologiques issues de station d'épuration avec une efficacité très améliorée, par mise en oeuvre de precedes de filtration mécanique classiques afin de bénéficier du faible coût de ce type de precede rapporte à la quantité de matières traitées (compare au cout d'autres precedes tels que déshydratation thermique ou sous vide par exemple).

Par"deshydratation", on entend 1'etape spécifique ayant pour objet l'évacuation d'une partie de 1'eau des boues biologiques (après, le cas échéant, clarification et épaississement).

L'efficacité d'un additif est classiquement qualifiée par la reduction de la"resistance spécifique à la filtration"a laquelle il conduit (resistance spécifique exprimée en m/kg; cf test de filtrabilité sous vide défini dans le"Memento Technique de 1'Eau", 1989,96"Edition, Tome 1, DEGREMONT pages 372-373). L'objectif principal de 1'invention est de fournir un precede permettant d'abaisser significativement la resistance spécifique à la filtration des boues biologiques.

Un objectif de l'invention est ainsi d'autoriser une filtration mécanique efficace en ajoutant aux boues des quantités relativement faibles d'additifs afin d'éviter une augmentation trop importante des quantités de déchets solides produits.

Un autre objectif important est de réduire le caractère "collant"des boues déshydratées en vue de faciliter leur détachement des organes de filtration et éviter le colmatage de ces derniers.

Un autre objectif est de conduire après filtration à une bonne siccité avec des quantités de matière ajoutee beaucoup plus faibles que dans le cas de la plupart des precedes connus travaillant par filtration mécanique.

Un autre objectif est de fournir un precede dont le cout de mise en oeuvre est inférieur à celui des precedes par filtration mécanique utilisant des additifs minéraux connus.

A cet effet le precede vise par 1'invention pour abaisser la resistance spécifique à la filtration de boues biologiques en vue de faciliter leur déshydratation et leur compactage par filtration mécanique, se caractérise en ce que: préalablement à la filtration mécanique, on ajoute aux boues biologiques des particules minérales composées d'espèces hydrophobes de silicate de magnesium et d'espèces hydrophiles de silicate de magnesium et d'aluminium et/ou de carbonate de magnesium et/ou calcium, en quantité comprise entre 0,05 et 0,4 kg par kg de matières solides seches de boues, * le rapport pondéral relatif (R) entre espèces hydrophobes et espèces hydrophiles étant compris entre 20/80 et 80/20, lesdites particules minérales ayant une répartition granulometrique telle que le diamètre moyen D50 soit compris entre 3 et 30 microns, le rapport pondéral relatif (R) entre espèces hydrophobes et hydrophiles et le diamètre moyen D50 des particules étant ajustes de façon que les valeurs de ces paramètres soient situées dans la zone hachurée A du graphe de la figure 1.

Par"filtration mécanique", on entend toute operation visant à séparer 1'eau des matières solides par un effet mécanique tel que passage des matières à travers un filtre-presse (filtre-presse à plateaux, filtre-presse à bandes ...) ou centrifugation des matières dans une centrifugeuse, en vue d'obtenir un

gâteau compacte présentant, au final, une concentration plus élevée en matières seches.

Par diamètre moyen D50, on entend un diamètre tel que 50 % de particules en poids ont une taille inférieure audit diamètre, la répartition granulométrique ayant un spectre de largeur faible ou moyenne tel que 90 % des particules (Doo) présentent une taille inférieure à 5 fois le D50.

On peut choisir comme espèces hydrophiles, soit du silicate de magnesium et d'aluminium, soit du carbonate de magnesium et/ou calcium, soit une association des deux. De preference, on utilisera le silicate de magnesium et d'aluminium, seul ou en proportion très majoritaire. Selon un mode de mise en oeuvre préféré, les particules qui sont ajoutees aux boues biologiques sont en particulier formées des deux espèces suivantes: silicate de magnesium hydrate, et silicate de magnesium et d'aluminium hydrate (ces composes pouvant contenir des substitutions dans leur structure, essentiellement par du Fe). Ces particules peuvent en particulier tre obtenues par un tri sélectif dans les carrières ou mines de talc ou elles se présentent de façon naturelle dans certaines zones, les deux silicates étant généralement liés pour former des particules mixtes.

Les expérimentations ont permis de constater que, de façon inattendue, de telles particules minérales portant des sites hydrophobes et des sites hydrophiles dans le rapport relatif R et la granulométrie D50 qui sont définis par la zone A du graphe de la figure 1 conduisaient à une reduction remarquable de la resistance spécifique à la filtration des boues biologiques, et ce en utilisant des quantités de particules minérales très inférieures à celles nécessaires avec les additifs minéraux connus. A titre d'exemple, la siccité du gâteau solide compacte extrait d'un filtre-presse est supérieure ou egale à 48 % en utilisant une quantité de matière minérale de l'ordre de 5 à 6 fois inférieure à celle nécessaire lorsque 1'on utilise de la chaux.

Il convient de souligner que le precede de 1'invention est compatible avec l'utilisation d'additifs connus (polymeres notamment), 1'effet des particules conformes à 1'invention n'étant pas masque par ces additifs.

L'explication de 1'effet constate est actuellement difficile a donner. 11 semble que les espèces minérales hydrophiles agissent sur les boues en

concurrence avec 1'eau pour réduire la stabilité des agglomérats matière organique/eau, cependant que les especes hydrophobes ont un effet d'individualisation des nouveaux agrégats créés, effet qui facilite leur separation de la phase aqueuse lors de la filtration mécanique. Les essais ont démontré que si 1'on sortait des valeurs du couple de paramètres (rapport R, diamètre D50) précédemment definies, 1'on n'obtenait plus cette action combinée des especes hydrophobes et des espèces hydrophiles, 1'amelioration ne se faisant alors qu'au prix d'une augmentation importante des quantités de silicates ajoutées (aucune explication convaincante n'est a ce jour avancée en ce qui concerne l'influence critique de la granulométrie). Il convient de souligner que les particules utilisées dans 1'invention sont dotées d'une structure minérale stable et inerte, pourvue de sites hydrophobes (apportes par le silicate de magnesium) et de sites hydrophiles (apportes par le silicate de magnesium et d'aluminium et/ou le carbonate de magnesium et/ou calcium): la presence de ces particules n'entraine aucun risque de reactions parasites.

Il est a noter que US-5.759.403 décrit un precede d'épuration d'eaux usées par voie biologique ayant pour objectif d'accroitre les rendements d'épuration. Ce precede conduit a une augmentation de l'activité des bactéries présentes et a une reduction significative des taux de pollution carbonée, azotée et/ou phosphatée des boues. Il n'est aucunement question de déshydratation et de filtration mécanique dans ce document antérieur : celui-ci qui vise donc un precede de nature différente de celui de 1'invention ayant des objectifs différents ne fournit aucun enseignement concernant le probleme de 1'invention et n'est aucunement susceptible de suggérer a 1'homme du métier le precede de 1'invention pour abaisser la resistance spécifique à la filtration de boues biologiques.

Selon un mode de mise en oeuvre avantageux, notamment dans le cas de la déshydratation de boues biologiques constituées de flocs bactériens d'une taille de l'ordre de 100 à 200 microns, on utilise des particules minérales dont les espèces hydrophobes et hydrophiles présentent un rapport pondéral relatif compris entre 40/60 et 60/40 et un diamètre moyen D50 compris

entre 5 et 15 microns; la zone concernée a été délimitée en traits discontinus sur le graphe de la figure 1.

La quantité de particules minérales utilisées dans 1'invention est inférieure à 0,4 kg par kg de matières solides seches (seules les matières solides initiales à déshydrater étant prises en compte). En general cette quantité sera de l'ordre de 0,2 à 0,3 kg par kg ce qui est trois à six fois inférieur aux quantités ajoutées d'additifs classiques.

Dans le precede de 1'invention, la filtration mécanique peut tre réalisée au moyen de tout équipement adapte pour opérer une déshydratation par une action mécanique, en particulier filtre-presse connu (filtre-presse à plateaux ou filtre-presse à bandes).

Les boues biologiques sont généralement amenées à séjourner, en sortie de la station d'épuration, dans une chambre de floculation qui est suivie par le filtre-presse. Les particules minérales à sites hydrophobes et à sites hydrophiles peuvent en particulier tre ajoutées aux boues entre ladite chambre de floculation et ledit filtre-presse. Il est également possible d'ajouter ces particules dans la chambre de floculation.

L'invention est illustrée par les dessins annexes ; sur ces dessins : -la figure 1, déjà evoquee, est un graphe définissant les particules minérales utilisées dans 1'invention par leurs paramètres R (rapport pondéral des espèces hydrophobes et espèces hydrophiles) et D50 (diamètre moyen des particules).

-la figure 2 schématise les équipements utilises dans les exemples 1 et 2.

Pour illustrer les performances de 1'invention, deux types de boues ont fait l'objet de mesure de leur resistance spécifique à la filtration (mesures effectuées dans les conditions des tests de filtrabilité précédemment évoqués).

1 er cas: boues biologiques urbaine non conditionnées Ces boues provenant d'une unite pilote de Laboratoire recevant des eaux usées de la ville de TOULOUSE (FRANCE) n'avaient fait

l'objet d'aucun conditionnement (boues provenant de 1'epuration biologique prélevées directement à la sortie du clarificateur).

Pour les échantillons témoins, la resistance spécifique à la filtration a été mesurée pour la boue sans ajout. Le resultat obtenu était de 62.1012 m/kg.

Au cours de quatre essais, des échantillons ont été traites conformément à 1'invention en leur ajoutant, par kg de matières seches, 0,3 ou 0,4 ou 0,5 ou 0,6 kg de particules constituées en poids de 50 % de silicate de magnesium hydrate et de 50 % de silicate de magnesium et d'aluminium hydrate, ces silicates étant lies dans les mmes particules et sélectivement extraits de la carrière de la société TALC DE LUZENAC à LUZENAC en ARIEGE (FRANCE). Le diamètre moyen D5o de ces particules est de 9,8 microns et le Dgo de 31 microns.

La resistance spécifique à la filtration mesurée était de 26.1012 m/kg, soit plus de deux fois inférieure, pour les essais à 0,4,0,5, et 0,6 kg/kg; elle était de 35.1012 m/kg pour 1'essai à 0,3 kg/kg. Le precede de 1'invention permet donc de prévoir un taux d'additif inférieur ou egal à 0,4 kg/kg tout en obtenant une amelioration significative.

2ème cas : boues biologiques industrielles conditionnées.

Les mmes mesures comparatives ont été effectues sur des boues biologiques industrielles conditionnées à la chaux et au FeCl3 (boues en provenance d'une unite d'epuration biologique de type"CLOISONYLE" (marque enregistrée), décantées puis épaissies en silo herse-effluent de l'industrie chimique).

La resistance spécifique à la filtration des échantillons témoins de cette boue était de 3,1.1012 m/kg.

Après traitement au moyen des mmes particules que dans le 1 eT cas et dans les mmes proportions, la resistance spécifique à la filtration est dans tous les cas réduite à une valeur de 1,4.1012 m/kg.

Par ailleurs, deux exemples comparatifs de mise en oeuvre du precede sont fournis ci-après. Ces exemples ont été mis en oeuvre à la sortie d'une station d'épuration biologique.

La figure 2 schématise les équipements installes à la sortie de la station.

Les boues biologiques issues de la station sont d'abord soumises à une étape d'épaississement dans un épaississeur statique 1, puis elles sont admises dans une chambre de floculation 2 ou sont ajoutes les additifs classiques. A 1'exemple 1, les particules conformes à l'invention (et les diatomées de 1'essai comparatif) sont ajoutées dans un mélangeur conditionneur 3 situe entre la chambre 2 et le filtre-presse 4. A 1'exemple 2, les produits sont ajoutes dans la chambre de floculation 2.

EXEMPLE 1 Dans cet exemple, on traite des boues d'une station d'épuration biologique (effluent de chimie fine, synthese pharmaceutique) conditionnées au moyen de polymeres et par ajout, d'une part, de diatomée en amont du filtre-presse (essai témoin), d'autre part, des particules conformes à l'invention (particules identiques à celles du 1 er cas ci-dessus, avec les mmes granulométries et les mmes proportions relatives de silicate hydrophobe et de silicate hydrophile).

Le filtre-presse utilise est un filtre-presse à bandes de type classique et les mmes quantités de particules conformes à l'invention et de diatomées sont ajoutées dans les deux essais pour permettre la comparaison (quantité egale à 0,35 kg par kg de matières seches).

Dans les deux cas, 1'on obtient une très bonne siccité d'environ 28 % du gâteau compact. Les particules conformes à l'invention conduisent, à quantité comparable, aux memes performances de siccité que les diatomées, mais leur cout unitaire est deux fois moins cher et leur caractère non abrasif conduit à une reduction significative de l'usure du filtre-presse (toile des bandes filtrantes ayant une durée de vie beaucoup plus longue). De plus, on observe que la toile des bandes filtrantes est propre dans le cas de l'invention (couleur claire de la toile identique à celle d'une toile fraichement nettoyée), alors que, dans le cas de diatomées, la toile est visible encrassée et présente une couleur brunâtre, caractéristique de la presence de particules de boues collées.

EXEMPLE 2 Dans cet exemple, on traite des boues biologiques sur filtre-presse à plateaux verticaux. Ces boues provenant d'effluents de chimie lourde sont conditionnées, dans une première serie d'essais, uniquement au chlorure ferrique et à la chaux (essais temoins), et dans une seconde serie, au chlorure ferrique et à la chaux et au moyen des particules conformes à 1'invention (identiques au 1 er cas).

Une addition d'autres boues est effectuée dans cet exemple avant 1'admission dans le filtre-presse à plateaux.

Les conditions de traitement et les résultats obtenus pour une journée de traitement sont resumes dans le tableau ci-dessous pour les deux essais (MS = matières seches). TEMOIN INVENTION boues biologiques 2 000 kg MS 2 000 kg MS + chlorure ferrique 150 kg 150 kg + chaux 3 500 kg 2 500 kg + particules conformes à 0 144 kg l'invention autres boues 1 150 kg MS 1 150 kg MS TOTAL MS 6 800 kg 5 944 kg Sortie filtre-presse 13 600 kg de boues humides 11 890 kg de boues humides dont 6 800 kg MS dont 5 945 kg MS 6 800 kg eau 5 945 kg eau Siccité = 50 % Siccité = 50 % La chaux et les particules conformes à 1'invention ayant des prix unitaires du mme ordre, le precede de 1'invention conduit aux avantages suivants: une economic sur les additifs (144 kg de particules conformes à 1'invention remplacent 1000 kg de chaux),

une economic de frais d'evacuation (reduction de la quantité evacuee dans le cas de 1'invention : 1 710 kg/jour).

De plus, dans le cas de 1'invention, on constate que le gâteau solide se détache naturellement et totalement des plateaux sans nécessiter un raclage et un nettoyage. Au contraire, dans le témoin, le gâteau adhere fortement aux plateaux et nécessite un raclage manuel suivi d'un nettoyage (operations classiques dites de débatissage). Ainsi, la presence des espèces conformes à 1'invention a permis de masquer le caractère collant des boues (malgré 1'emploi d'une certaine quantité de chaux et de chlorure ferrique, reputes pour conduire à des boues très collantes).