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RECORD RECORD 99-0217/1A mars 2001 Etude des procédés de séchage des boues urba

RECORD RECORD 99-0217/1A mars 2001 Etude des procédés de séchage des boues urbaines et industrielles www.record-net.org ETUDE N° 99-0217/1A ETUDE DES PROCEDES DE SECHAGE DES BOUES URBAINES ET INDUSTRIELLES RAPPORT FINAL mars 2001 P. ARLABOSSE - Ecole Nationale des Mines d'Albi-Carmaux Etude RECORD n°99-0217/1A Créée en 1989 à l’initiative du Ministère en charge de l’Environnement, l’association RECORD – REseau COopératif de Recherche sur les Déchets et l’Environnement – est le fruit d’une triple coopération entre industriels, pouvoirs publics et chercheurs. L’objectif principal de RECORD est le financement et la réalisation d’études et de recherches dans le domaine des déchets et des pollutions industrielles. Les membres de ce réseau (groupes industriels et organismes publics) définissent collégialement des programmes d’études et de recherche adaptés à leurs besoins. Ces programmes sont ensuite confiés à des laboratoires publics ou privés. Avertissement : Les rapports ont été établis au vu des données scientifiques et techniques et d'un cadre réglementaire et normatif en vigueur à la date de l'édition des documents. Ces documents comprennent des propositions ou des recommandations qui n'engagent que leurs auteurs. Sauf mention contraire, ils n'ont pas vocation à représenter l'avis des membres de RECORD. 9 Pour toute reprise d’informations contenues dans ce document, l’utilisateur aura l’obligation de citer le rapport sous la référence : RECORD, Etude des procédés de séchage des boues urbaines et industrielles, 2001, 187 p, n°99-0217/1A. 9 Ces travaux ont reçu le soutien de l’ADEME (Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie) www.ademe.fr © RECORD, 2001 Face au durcissement des contraintes d'admission dans la plupart des filières d'élimination et devant une production inévitable et en constante augmentation, il est nécessaire de trouver des solutions pour réduire les volumes de boues produites mais aussi pour valoriser ce déchet. Le séchage est une opération qui permet de réduire de façon considérable le volume de la boue mais aussi de préserver l'ensemble des possibilités d'élimination dans les principales filières actuelles. Néanmoins, le paradoxe repose dans le fait d'appliquer une technique coûteuse et techniquement assez sophistiquée à un déchet. L'étude réalisée par l'École des Mines d'Albi Carmaux a permis de réaliser un inventaire des différentes technologies disponibles sur le marché pour sécher les boues résiduaires, qu'elles soient urbaines ou industrielles. Jusqu'à un passé récent, le séchage de boues a été un problème de transfert de technologies existantes, appliquées dans le domaine de l'agroalimentaire ou de la chimie. Ceci explique que l'on retrouve la plupart des procédés classiques de séchage. Après avoir décrit le principe de fonctionnement de ces séchoirs, leurs performances ont été comparées. Le nombre de références de ces séchoirs dans le domaine des boues résiduaires a aussi été recensé dans la mesure du possible. Dans la seconde partie de cette étude, un état de l'art des recherches en cours est proposé. L'objectif de cette synthèse bibliographique est de mettre en évidence le développement de nouvelles solutions spécialement développées pour les boues résiduaires ou au contraire de mettre en évidence les verrous scientifiques et les manques à combler. Un nombre restreint d'équipes travaillant dans cette thématique a été recensé. Les travaux restent très appliqués : ils se concentrent sur la détermination des cinétiques de séchage dans un procédé donné et sur l'étude de l'influence des conditions opératoires. Une nouvelle voie de recherche concerne l'intégration de techniques de séchage dans un matériel de séparation mécanique. SOMMAIRE INTRODUCTION ........................................................................................................... 3 CHAPITRE 1 : La place du séchage dans le traitement des boues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1 . Les boues résiduaires .................................................................................................... 7 II . Des classifications ...................................................................................................... 7 11.1 Classification en fonction de l’origine de l’effluent ....................................................... 8 11.2 Classification en fonction de la nature de la matrice solide ............................................. 9 11.3 Classification en fonction de l’état physique de la boue ............................................... 10 11.4 Classification en fonction de la nature de la liaison eadmatrice solide ............................ 10 11.5 Classification en fonction du traitement utilisé pour l’épuration des eaux usées urbaines ... 12 11.6 Conclusions sur les classifications disponibles .......................................................... 13 III . La production française et les filières d’élimination ......................................................... 14 111.1 Production de boues urbaines : tonnage et filières d’élimination .................................. 14 111.2 Production de boues industrielles .......................................................................... 20 IV . Les filières actuelles d’élimination : leurs réglementations et leurs coûts ............................ 22 IV.l Législation applicable aux boues urbaines ............................................................... 23 IV.l . 1. 1 Les grandes lignes de l’ancienne législation ............................................... 23 IV . 1.1.2 Les limites de l’ancienne législation ......................................................... 25 IV.1.1.3 La nouvelle législation ........................................................................... 25 IV . 1.1.4 Les délais et l’évolution probable de cette réglementation ............................. 29 IV . 1.2 La mise en décharge ..................................................................................... 30 IV.1.2.1 La législation en vigueur ........................................................................ 30 IV.1.2.2 L’évolution probable de cette réglementation ............................................. 31 IV . 1.3 L’incinération .............................................................................................. 31 IV . 1.3.1 La législation en vigueur ........................................................................ 31 IV.1.3.2 L’évolution probable de cette réglementation ............................................. 33 IV.1.4 Le compostage ............................................................................................ 34 IV . 1.5 Coûts des filières d’élimination des boues urbaines ............................................ 34 IV.2 Législation applicable aux boues industrielles .......................................................... 40 IV.2.1 L’épandage ................................................................................................. 40 IV.2.2 La mise en décharge ..................................................................................... 41 IV.2.2.1 Législation en vigueur ........................................................................... 41 IV.2.2.2 Evolution probable de la législation ......................................................... 42 iV.2.3 L‘incinération .............................................................................................. 42 IV.3 Synthèse ........................................................................................................... 43 VI . Le séchage des boues ................................................................................................ 44 VI . 1 Faut-il sécher les boues ? ..................................................................................... 45 VI.2 Comment sécher les boues ? ................................................................................ 47 VI1 . Conclusion ............................................................................................................ 48 CHAPITRE 2 : Les procédés de séchage des boues ................................................... 49 1 . L’installation de séchage des boues ............................................................................... 49 IV . 1.1 L’épandage ................................................................................................. 23 1.1 La place du séchage dans la filière boue ..................................................................... 49 1.2 Éléments principaux d’un poste de séchage ............................................................... 51 1.3 Quelques définitions .............................................................................................. 53 II . Les séchoirs indirects ................................................................................................. 55 II . 1 Les différentes technologies de séchage indirect disponibles ......................................... 57 II . 1.1 Les séchoirs à disques .................................................................................... 59 11.1.2 Les séchoirs à palettes, les séchoirs malaxeurs .................................................... 62 II . 1.3 Les séchoirs à couche mince ............................................................................ 64 II . 1.4 Les séchoirs indirects à tambour rotatif .............................................................. 67 11.1.5 Autres séchoirs indirects ................................................................................. 69 II . 1.5.1 Les procédés couplant la déshydratation mécanique et le séchage indirect .......... 70 II . 1 S.2 Les séchoirs à plateaux ............................................................................ 71 11.1.5.3 Les séchoirs sous vide ............................................................................. 72 11.1 S.4 Les séchoirs radiatifs ............................................................................... 73 11.2 Comparaison des différentes classes de séchoirs indirects ............................................. 74 11.2.1 Temps de séjour ........................................................................................... 75 11.2.2 Consommation spécifique ............................................................................... 76 11.2.3 Capacité évaporatoire spécifique ....................................................................... 79 11.3 Conclusion sur les technologies de séchage indirect ................................................... 80 III . Les séchoirs directs ................................................................................................... 81 III . 1 Les différentes technologies de séchage direct disponibles., ......................................... 81 111.1.1 Les séchoirs directs à tambour rotatif ............................................................... 83 111.1.3 Les séchoirs à bandes .................................................................................... 85 111.1.2 Les séchoirs à transport pneumatique ............................................................... 87 III . 1.3.1 Les séchoirs à lit fluidisé ........................................................................ 88 111.1.3.1 Les séchoirs flash (ou atomiseurs) ............................................................. 89 III . 1.4 Autres types de séchoirs ................................................................................ 90 III . 1.4.1 Les séchoirs solaires .............................................................................. 91 111.1.4.2 Les séchoirs convectifs batch ou continu .................................................... 92 111.2 Comparaison des différentes classes de séchoirs directs ............................................... 95 111.2.1 Temps de séjour .......................................................................................... 95 111.2.2 Consommation spécifique .............................................................................. 96 111.3 Conclusion sur les technologies de séchage direct ..................................................... 98 IV . Les séchoirs mixtes .................................................................................................. 98 IV . 1 Les séchoirs associant transferts de chaleur par rayonnement et par convection ................ 99 IV.2 Les séchoirs associant transferts de chaleur par conduction et par convection ................ 100 IV.2.1 Séchoirs s'apparentant à des lits fluidisés à échangeurs embarqués ....................... 100 IV.2.2 Séchoirs s'apparentant à séchoirs à palettes avec circulation d'air ......................... 101 V . Synthèse ............................................................................................................... 103 V . 1 Principaux avantages et inconvénients des séchoirs directs et indirects ......................... 103 V.2 L'avenir est-il aux procédés de séchage direct ou indirect ? ........................................ 104 V.3 Coût du séchage par poste ................................................................................... 105 CHAPITRE 3 : Les activités de recherche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 1 . Les recherches en cours sur les procédés de séchage direct appliqués aux boues .................... 109 1.1 Activités du Laboratoire de Génie des Procédés de Pau sur le séchage des boues ............. 110 1.2 Activités des Laboratoires de Génie Chimique de Liège sur le séchage des boues ............ 112 1.3 Activités du CANMET sur le séchage des boues ...................................................... 115 1.3.1 Séchoir à lit à jet rapide ................................................................................ 115 1.3.2 Séchoir à lit fluidisé pulsé ............................................................................. 117 II . Les recherches en cours sur les procédés de séchage indirect appliqués aux boues ................. 118 II . 1 Le séchage en couche mince ................................................................................. 119 uploads/Industriel/ rapport-record99 1 .pdf