BouesEP

Généralités.
Les stations pour le traitement des eaux en vue de leurs potabilisation génèrent des sous produits inévitables :

boues isssues des ouvrages de prétraitement,
boues isssues des ouvrages de décantation,
boues isssues des lavages de filtres.

Concentrations des boues produites :

Etape de traitement
(filière potabilisation) Intervalle de valeurs (g/L)
- indicatives - Valeur type (g/L)

Décanteur type couloir, non raclé 0.1 à 5 1

Décanteur type couloir raclé 0.2 à 5 4

Vidange de décanteur couloir 0.2 à 40 20

Décanteur circulaire, à floc lesté 0.1à 10 5

Décanteur lamellaire physico-chimique 0.5 à 30 15

Décanteur lamellaire, à floc lesté 0.5 à 20 3

Clariflottateur 25 à 40 30

Purges de saturateurs 10 à 30 20

Eaux de lavages de filtres 0.1 à 0.6 0.2

Ces boues (liquides) contiennent généralement peu de matières dégradables et leur texture est de faible qualité.
En france, la quantité mensuelle de boues d'eau potable produite se situerait autour de 13 000 tonnes de MS (rappel : MS = matières sèches, voir Caractéristiques).
On notera que les volumes de boues amenés par les traitements de potabilisation restent faibles comparés à ceux des usines d'épuration (eaux résiduaires urbaines).
En effet, 30 g de boues sont générés (en moyenne) par m3 d'eau traitée.
Par exemple, une usine de traitement produisant 15 000 m3 d'eau potable par jour (alimentation de 75 000 habitants), rejette une pollution qui équivaut :

à celle de 4500 habitants en terme de MES,
à celle de1500 habitants en terme de DBO5.

Les boues se présentent donc sous forme d’une «soupe» qui subit ensuite des traitements visant en particulier à réduire leur teneur en eau : épaississement, deshydratation avec ajout important de chaux.

Mais, à la différence du traitement des boues d'eaux résiduaires, le dimensionnement d'une installation de traitement de boues d'eau potable est souvent soumis à des incertitudes concernant la variation de la qualité de l'eau brute (phénomènes de crues entrainant des limons et autres matières facilement décantables).

Il est donc difficile de dimensionner l'installation sur une charge d'entrée moyenne.

Choix :

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Destinations finales.
Compte tenu des faibles volumes produits, leur valorisation ou leur stockage sont beaucoup moins contraignants que ceux des boues d'eaux résiduaires.

Rejet en milieu naturel : cette destination finale "minimaliste" a tendance à disparaître des dossiers de consultation. Elle ne peut donc être envisagée comme une solution permanente.
La circulaire du 4 novembre 1980 sur les rejets en milieu naturel s'applique à tous les rejets (sauf pluviaux) issus d'une collectivité locale, d'une usine de dépollution urbaine ou d'une unité de production d'eau potable. Les niveaux de rejet acceptables sont définis par la D.R.I.R.E. locale, en fonction du cIassement de la rivière réceptrice.
Rejet dans le réseau d'assainissement : c'est la solution la plus simple à mettre en œuvre quand le réseau d'assainissement et l'usine de dépollution peuvent accepter un flux supplémentaire de boues.
Le rejet de boues d'eau potable dans le réseau d'assainissement est d'ailleurs susceptible d'améliorer le fonctionnement de l'usine de dépollution : traitement primaire plus performant, déphosphatation améliorée, meilleure déshydratation des boues. En revanche, il faut veiller à ne pas envoyer trop d'aluminium dans le réseau, car cet élément peut s'avérer toxique pour les boues activées ou la flore de digestion.
Valorisation agricole : en principe, les boues d'eau potable peuvent être épandues en agriculture sans contraintes particulières, sous le vocable de "terres de décantation". Elles n'ont pas le statut de "boues des ouvrages de traitement des eaux usées urbaines". Théoriquement, elles peuvent donc être épandues en agriculture sans contraintes, moyennant, la plupart du temps, un ajout de chaux leur conférant un statut d'amendement calcique et une neilleure qualité rhéologique.
Toutefois, la mise en place d'un plan d'épandage est souvent requise. Les boues doivent alors satisfaire aux normes régissant la valorisation des boues résiduaires urbaines. L'épandage agricole de boues liquides n'est possible que lorsque celles-ci possèdent un apport calcique (filières de décarbonatation, de conditionnement ou de reminéralisation à la chaux).
Mélange avec des boues d'eaux résiduaires urbaines : il est envisageable de mélanger des boues d'eau potahle avec des boues d'eaux résiduaires urbaines, et de valoriser l'ensemhle en agriculture.
Ce mélange présente des qualités intéressantes, car les boues d'eau potable de décarbonatation constituent, par exemple, un complément calcique pour les boues d'eaux résiduaires.
Mise en centre de stockage : à partir de 2002, les conditions d'accès aux centres de stockage devaient être renforcées. Des dérogations sont cependant possibles lorsqu'elles sont mélangées avec des ordures ménagères.
Valorisation sous forme d'adjuvants : si leur qualité est constante, les boues d'eau potable peuvent être valorisées en adjuvants de cimenterie, briqueterie ou fabrication d'engrais par exemple.

Choix :

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Choix de filières.
Eléments à prendre en compte dans le choix de la filière :

Contraintes amont : caractéristiques de la boue obtenue en fonction du type d'eau captée et de la filière de traitement de l'eau.
Contraintes locales : disponibilité de la main d'œuvre, disponibilité du terrain, notamment en cas de lagunage (imperméabilité nécessaire).
Contraintes aval (destination finale) : présence d'un réseau d'assainissement ou d'une usine de dépollution à proximité, possibilité d'épandage agricole.

Techniques à appliquer en fonction de la destination finale :

Rejet direct (réseau, usine de dépollution) : cette voie ne nécessite pas de traitement spécifique. Toutefois, un épaississement préalable est parfois souhaitable pour réduire les coûts, notamment lorsque les boues sont envoyées dans une usine de dépollution.
Valorisation agricole, centre de stockage, conditionnement en tant qu'adjuvant industriel : ces destinations finales exigent au minimum une réduction de masse et de volume, et éventuellement un conditionnement à la chaux, permettant de donner à la boue un statut d'amendement calcique, ou bien de faciliter sa manutention et/ou son stockage.
Filières intégrants un traitement spécifique de la boue, destiné à récupérer une partie des coagulants minéraux.

Choix :

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Caractéristiques des boues

Caractérisation.
Pour connaître le comportement d'une boue avec tel ou tel type de traitement, une caractérisation poussée doit avoir lieu. Pour cela, les paramètres qui doivent être pris en compte sont :
Matières Sèches (MS) : c'est le paramètre généralement mesuré. La concentration en MS permet de connaître la quantité de boue à traiter, quel que soit son niveau de concentration dans la filière de traitement.
La détermination de la teneur en MS s'effectue à l'étuve 105°C ou par infrarouge.
Matières En Suspension (MES) : les MS étant faciles à déterminer sur les phases concentrées, il n'en va pas de même sur des phases clarifiées (surverses, filtrats, centrats...) parce que les concentrations de matières sont beaucoup plus faibles. Dans ce cas, la mesure des MES est plus appropriée. Il convient par ailleurs d'être prudent dans le calcul du rendement de capture qui doit être exprimé, de préférence, en fonction des MES (il est possible de déterminer par l'expérience la relation entre MS et MES).
La détermination de la teneur en MES s'effectue par filtration sur membrane.
Matières Volatiles (MV, en concentration) ou Fraction Volatile (FV, en % de MS) : ce paramètre livre une indication sur le degré de stabilisation de la boue et son aptitude à divers traitements (déshydratation, incinération...). Plus le taux de MV est faible, plus la boue est facile à épaissir ou à déshydrater, mais plus son exothermicité en incinération est faible. On considère généralement que MV = +/- MO (Matière Organique).
Les boues d'eau potable possèdent de faibles MV (<30 % en moyenne).

C.H.O.N.S. (Carbone, Hydrogène, Oxygène, Azote, Soufre) : ce paramètre permet d'estimer les performances d'une étape ultérieure de traitement par voie thermique (incinération) ou biologique (digestion anaérobie avec production de biogaz, surtout valable pour les boues résiduaires urbaines).
PCI (Pouvoir Calorifique Inférieur) : le PCI, (à relier au CH.O.N.S), a une importance primordiale en incinération. Il existe de nombreuses corrélations ou modes de calcul du PCI.
Par exemple, il est possible d'avancer la corrélation suivante, en exprimant le PCI en kWh/ kg de MS par rapport à la fraction volatile : PCI = 0,048 * FV + 1,032.
Eléments-traces métalliques : quelle que soit la destination finale des boues, la connaissance des teneurs en éléments-traces métalliques est primordiale, surtout en cas de valorisation. Les métaux suivants doivent pouvoir être identifiés : Pb, Cr, Cu, Mn, Ni, As, Cd, Hg, et éventuellement (normes allemandes) TI (Thallium).
Indice de Boue (IB) : ce paramètre, à relier indirectement aux MS et MV, dépend du temps de séjour dans un bassin biologique. Sa bonne connaissance est importante pour l'épaississement : plus l'IB est faible, plus la boue est facile à épaissir.
DCO, DBO, PT, NTK : leur connaissance est secondaire sur une chaîne de traitement des boues.
En revanche, il est important de connaître ces valeurs pour différents filtrats, centrats et surverses retournant éventuellement en tête de la file de traitement eau.
Ceux-ci peuvent couramment représenter 5 à 25 % de la charge entrante, selon le type et les performances du traitement des boues.

Graisses : généralement exprimées en MEH (Matières Extractibles à l'Hexane), elles sont intégrées aux MV. Elles sont prises en compte dans toutes les opérations de combustion ou biologiques.

Fibres : les fibres (matières lignocellulosiques carbonées) peuvent réduire la résistance spécifique de la boue et, par conséquent, améliorer sa déshydratabilité.
Elles constituent une partie non négligeable de la fraction non dégradable des MV.

Agents pathogènes : les agents pathogènes (surtout présents dans les eaux résiduaires) sont principalement associés aux MES, et se retrouvent donc en grande majorité dans les boues.
Il s'agit de virus, bactéries et parasites (Protozoaires, Helminthes).
La teneur des boues en agents pathogènes est caractérisée en fonction de la présence des plus résistants d'entre eux, qui sont donc jugés représentatifs du risque à estimer : les Entérovirus (virus), Salmonelles (bactéries) et œufs d'Helminthes viables (parasites).

Nota : les 5 derniers paramètres sont surtout intérressant en traitement de boues résiduaires.

(Quantité de boues produites)

Quantité de boues produites (en potabilisation)
Estimation de la quantité de MES résultant du traitement d'un m3 d'eau "brute" :
(formule empirique)

Q = MS + 0,07H + kD + X +1,58[Mn] + 0,84.R [KMnO₄/(Mn)] + 1,91[Fe] + 20(TACeb-TACet)

avec,

Q (g/m3) : quantité de MS produite pour 1 m3 d'eau brute traitée,
MS (g/m3) : quantité de M(atières) S(èches) dans 1 m3 d'eau brute,
H (degré Hazen) : couleur de l'eau brute,
k : coefficient qui dépend du coagulant utilisé (0,15 à 0,45),
D (g/m3) : dose de réactif coagulant,
X (g/m3) : autres produits injectés (charbon actif, perte de microsable, etc.),
[Mn] (g/m3) : concentration en manganèse de l'eau brute,
R [KMnO₄/(Mn)] (g/KMnO4/gMn) : taux de permanganate de potassium appliqué,
[Fe] (g/m3) : concentration en fer de l'eau brute,
TACeb (°F) : TAC (alcalinité) de l'eau brute,
TACet (°F) : TAC (alcalinité) de l'eau traitée.

Estimation de la production de MES à chaque étape du traitement de l'eau (en potabilisation) :
1) sur une filière classique (décantation + filtration), on considérera que 90 à 95% des MES sont récupérés lors de l'étape de décantation, et 5 à 10% lors de la filtration.
En fonction de la dilution des purges, le rapport des volumes entre boue décantée et filtrée varie de 1 à 5.
2) sur un saturateur à chaux (fabrication d'eau de chaux saturée), on estime les MES récupérées à environ 15% de la masse de chaux éteinte introduite.

-------------------

Les boues sont extraites de la file "traitement eau" à trois niveaux :

les décanteurs ou flottateurs (si clariflottation),
les filtres
les saturateurs.

Le volume de boues extrait est de l'ordre de 2 à 8% du volume d'eau traitée produit.
Nota : les débits volumiques sont normalement quantifiés par un bilan massique effectué sur chaque étape de la filière de traitement.

(Concentrations moyennes des boues)

Concentrations moyennes des boues aux différentes étapes :

Etape	Valeur type (g/l)	Ecarts (g/l)
Purges et vidanges de décanteurs :	-	-
Décanteur couloir non-raclé	1	0,1 à 5
Décanteur couloir raclé	4	0,2 à 5
Vidange de décanteur couloir	20	0,2 à 40
Décanteur circulaire à floc lesté (surverses d'hydrocyclone)	5	0,1 à 10
Décanteur lamellaire (physico-chimique)	15	0,5 à 30
Décanteur lamellaire à floc lesté (surverses d'hydrocyclone)	3	0,5 à 20
Clariflottateur	30	25 à 40
Eaux de lavages des filtres	0,2	0,1 à 0,6
Purges des saturateurs	20	10 à 30

(valeurs indicatives)

(Type de boues)

Type de boues :
Afin d'estimer l'aptitude d'une boue à l'épaississement et/ou à la déshydratation, une bonne connaissance de sa qualité est indispensable.
En fait, il existe deux grandes familles de boues d'eau potable :

celles issues du traitement des eaux de surface,

celles issues du traitement des eaux souterraines (eaux de forages).

Les caractéristiques dépendent donc des eaux traitées ET du traitement appliqué pour les potabiliser.
Classement des principaux types de boue :

Type de boue Origine Composition

Boue de clarification eaux de surface + eaux de forage (boues mixtes) hydroxydes (Fe+Al) > 60 %
MO > 20 %

Boue de décarbonatation eaux de surface dures + eaux de forage dures (boues mixtes) CaCO3 > 85 %
hydroxydes (Fe+Al) < 5 %
MO < 10 %

Boue de déferrisation eaux de forages CaCO3 = 20 à 40 %
hydroxydes de fer > 40 %
hydroxydes d'aluminium = 4 à 10 %

Nota : en terme de traitabilité, on peut établir le classement suivant : Boues de décarbonatation > boues de clarification > boue de déferrisation.

Classement des boues.
(selon l'ouvrage "Traiter et Valoriser les Boues" , livre collectif d'OTV, octobre 1997).
Boues issues des traitement d'eaux de surface (classe 1) :
Il s'agit généralement de boues hydroxydes (encore appelées boues de clarification) obtenues par décantation ou rétention des MES et colloïdes précipités à l'aide de sels de fer ou d'alumine.
En fonction de la qualité de la ressource (matières en suspension dans l'eau brute) elles contiennent une quantité variable de matières facilement décantables, telles que de la marne ou de l'argile.

Les boues hydroxydes se répartissent en quatre classes :

1 A - Les boues issues de ressources pauvres en alluvions : barrage, rivière proche de la source.
1 B - Les boues issues de ressources moyennement riches en alluvions : rivière "moyenne".
1 C - Les boues issues de ressources riches en alluvions : rivière en crue, embouchure de fleuve...
1 D - Les boues issues de ressources riches en matières organiques.

Boues issues des traitement d'eaux de forage (classe 2) :

2 A - Les boues de décarbonatation provenant de la précipitation des carbonates.
2 B - Les boues de démanganisation, de déferrisation physicochimique, ou d'autres traitements d'éléments métalliques obtenus par oxydation des ions dissous et formation d'hydroxydes.
2 C - Les boues biologiques issues d'une dénitrification ou d'une déferrisation biologique sur biofiltres. Ces boues - encore peu fréquentes - se rapprochent à la fois des boues biologiques d'usines de dépollution et des boues de classe 2B (déferrisation physico-chimique).

Le cas des boues mixtes :
Les eaux de surface (dures) peuvent faire l'objet d'une décarbonatation, même si ce cas de figure est assez rare.
Inversement, les boues de forage peuvent contenir des boues hydroxydes, à la suite d'un collage aux réactifs. La filière génère donc une boue mixte.
Les proportions respectives de chaque type de boues permettent de connaître les caractéristiques du mélange et d'estimer les performances de traitement.

Spécificité des boues.
1 - Eaux issues des eaux de surface.
Ce sont des boues de type hydrophile. Leur teneur en hydroxydes et en matières organiques peut considérablement varier, selon l'origine de l'eau brute. Un niveau élevé de carbonate de calcium (CaCO3) conjugué à de faibles teneurs en MO et en hydroxydes, assure une bonne traitabilité.
En revanche, les boues d'hydroxydes sont fines et légères, ce qui rend difficile leur épaississement par décantation.

Exemple de composition de boues hydroxydes et performances de traitabilité :

Paramètres Boue de classe
1A Boue de classe
1B Boue de classe
1C Boue de classe
1C Boue de classe
1D

Origine des eaux > Eau claire, peu chargée
(lac propre, barrage) Rivière normale Rivière argileuse (type marne) Rivière en crue
ou à l' embouchure Eau organique
(algues, plancton)

MES eau brute (mg/l) 1 à 10 30 à 70 30 à 70 60 à 200 -

MO (%MS) 20 à 30 - 15 à 20 15 > à 30

Hydroxydes (%MS) 40 à 60 - 20 à 30 10 à 20 > à 65

CaCO3 (%) 10 - - - -

Argile (%MS) - - 25 à 40 - -

DCO/MS (%MS) 0,25 à 0,80 - 0,20 à 0,40 - -

Epaississement, avec polymère (g/l) 15 20 60 100 10

Siccité limite (%) 18 - - - -

(Nota : la siccité définit le pourcentage de matières sèches [MS] contenu dans une boue).
Risques bactériologiques :

Coliformes (/100 ml) : 10⁵
E.Coli (/100 ml) : 5.10⁴
Entérocoques (/100 ml) : 500

2 - Eaux issues des eaux de forage.
Boues de décarbonatation (classe 2 A) : ces boues, venant des traitements d'eaux de forages dures, contiennent principalement du carbonate de calcium, qui leur donne un caractère hydrophobe. Leur traitabilité est donc très bonne.
Boues de traitement de substances métalliques (classe 2 B) : ces boues, comme les boues de décantation (chargées en MES) contiennent des hydroxydes de fer (et/ou de mangansèse); mais ces hydroxydes, formés à partir de la précipitation du fer (et/ou de mangansèse), sont constitués de cristaux relativement purs, entièrement inorganiques et, par conséquent, plus difficile à traiter.
Traitabilité difficile.
Exemple de composition de boues de forage et performances de traitabilité :

Paramètres Boue classe 2A Boue classe 2B Boue de classe 2C

Traitement des eaux > Décarbonatation Déferrisation / Démanganisation
(physico) Dénitrification /
déferrisation (biologique)

Eau brute - 20 à 50mg/l Fe -

MO (%MS) - - > 70

Hydroxydes (%MS) 5 à 30 Fe[OH]₃ > 40 -

CaCO3 (%) 50 à 90 20 à 40 -

Epaississement
avec polymère (g/l) > 150 10 30

Siccité limite (%) 50 20 25

Boues de traitement biologiques (classe 2C) : ces boues sont proches des boues de dépollution d'eaux usées.

Choix :

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Traitements.
Raccourcis :

Stockage - Tampon Epaississement Deshydratation

Objectifs visés.
Quel que soit le mode de potabilisation des eaux , les boues sont initialement grandement constituées d’eau (>95 %), de matières minérales (dissoutes ou insolubles) et d'un peu de matière organique.
Selon l’utilisation qui peut en être faite, des traitements leurs sont appliqués :

pour réduire leur teneur en eau : du simple épaississement par gravité en passant par une déshydratation partielle (moins de 80 % d’eau), jusqu’à un séchage presque total (65 à 80 % d’eau),
un conditionnement à la chaux, permettant de faciliter sa manutention et/ou son stockage ou donner à la boue un statut d'amendement calcique,
un conditionnement en tant qu'adjuvant industriel ou agricole.

On produit ainsi toute une gamme de boues aux propriétés diverses : boues épaissies, déshydratées, chaulées, séchées, compostées, etc.

Principale techniques de traitement :

A noter que : les traitements mécaniques (décanteuse centrifugeuse, filtre à bandes, filtre à plateaux, flottateur...) sont plutôt réservés aux unités de grandes tailles (environ 6000 m3/jour).

Principes des principales techniques.
Stockage - Tampon.
Remarque : la plupart des boues d'eau potable sont constituées, en partie, d'eaux de lavage de filtres, qu'il est nécessaire de collecter et de rendre de même nature (homogénéisation) dans une cuve-tampon, et ceci avant de traiter. Ces cuves-tampons peuvent être de deux types :

Stockeur -homogénéisateur : les eaux collectées sont mélangées à l'aide d'un agitateur. Tout le flux est ensuite envoyé vers les épaississeurs.
Stockeur -décanteur : les eaux admises dans le stockeur sont séparées par décantation. Les surverses repartent en tête de filière du traitement de potabilisation, et les boues concentrées sont envoyées en épaississement.

Notes : il est envisagé quelquefois de renvoyer en tête de filière la totalité des eaux de lavage de filtres (après homogénéisation et stockage). Ce système permet d'écrêter les volumes sans pertuber le procédé. Les boues sont alors extraites uniquement au niveau des décanteurs.
Cependant, ce principe n'est pas recommandé : des protozoaires du type Cryptosporidium ou Giardia risquent d'être renvoyés en début de filière. Ou bien, un traitement spécifique (sur ces eaux de retour) doit être impérativement effectué.

Données basiques de dimensionnent :

Stockeur -homogénéisateur : les calculs sont établis en tenant compte des volumes d'eau filtrée et des fréquences de lavage, du fonctionnement de l'étape de déshydratation.
Plus la capacité de la station de traitement d'eau est importante, plus le nombre de filtres est grand, et donc le flux à traiter tend à être continu, et donc les volumes de stockage plus faibles.
Stockeur -décanteur : du fait du fonctionnement de cet appareil en discontinu, il est souhaitable de prévoir une durée de décantation de plusieurs heures.

Epaississement.
Raccourcis de ce chapitre :

Epaississeur statique hersé
(eaux de forage) Epaississeur statique lamellaire Epaississement par flottateur

Remarque : les techniques d'épaississement dynamique, telles que les tables d'égouttage ou la centrifugation, sont peu utilisées en épaississement des boues d'eau potable, parce qu'elles sont faiblement fermentescibles (à la différence des boues résiduaires).
Les systèmes d'épaississement peuvent être de 3 types :

Epaississeur statique hersé,
Epaississeur statique lamellaire,
Flottateur.

Soit donc,
1) Epaississeur statique hersé (boues de traitement des eaux de surface - classe 1).
A noter qu'un polymère (généralement anionique) peut être utilisé : il doit être du type SEP (Spécial Eau Potable) lorsque les surverses sont recyclées (en tête de filière eau). Par ailleurs, un ajout de chaux permet une amélioration des performances de décantation : par exemple, avec 25% de chaux (en Ca[OH]₂ / MS) les purges passent d'une concentration de 10 à 25g/l.
Exemple de performances de l'épaississement (sur boues issues de décanteurs) :

Performances Boue classe 1A Boue classe 1B Boue classe 1C Boue classe 1D

Origine des eaux > Eau claire, peu chargée
(lac propre, barrage) Rivière normale Rivière riche en alluvion Eau organique

Concentration des boues épaissies (g/l) 15 30 > 60 10

Surverse (MES, mg/l) 2 à 27 2 à 27 2 à 27
2 à 27

Taux de polymère (mg/l) 0,5 à 5 0,5 à 5 0,5 à 5 0,5 à 5

(valeurs indicatives)

2) Epaississeur statique hersé (boues de traitement des eaux de forage - classe 2).
Contrairement aux boues de station d'épuration d'eaux usées, très évolutives, les boues d'eau potable peuvent être épaissies en amont, dans le décanteur.
Les boues riches en CaCO3 (boues de décarbonatation) s'épaississent très bien : les concentrations obtenues peuvent varier de 60 à 300 g/l (fonction du traitement sur la file eau).
Sinon, il faut noter des performances plus faible : les purges ont des concentrations d'environ 5 g/l (du fait de l'absence de MES dans les eaux brutes).

Epaississeur statique lamellaire.
Cette technique amène boues avec des charges et des concentrations élevées : jusqu'à 200 g/l lors d'une crue.
Exemple de performances de l'épaississement :

Performances Boue classe 1A Boue classe 1B Boue classe 1C Boue classe 1C Boue classe 1D

Origine des eaux > Eau claire, peu chargée
(lac propre, barrage) Rivière normale Rivière riche en alluvion Rivière en crue
(ou embouchure) Eau organique

Concentration des boues épaissies (g/l) 100 120 180 200 50

Surverse
(MES, mg/l) 100 100 100 100 100

(valeurs indicatives)

Epaississement par flottateur.
Cette technique s'applique de préférence : aux eaux de lavage des filtres, aux boues issues d'eaux très organiques (classe 1D), aux boues de déferrisation ou de démanganisation. Ce système dynamique, peut fonctionner en discontinue, et par ailleurs, est bien adaptée aux boues difficilement sédimentables : boues riches en MO (matières organiques) et/ou hydroxydes.
Principe > Flottation directe :

Dans ce système, la boue est pressurisée dans une bâche à air (bâche de pressurisation).

Flottation indirecte :

Dans cette configuration, l'eau clarifiée des sousverses est pressurisée puis détendue et mélangée à la boue, à l'entrée du flottateur. Il existe une boucle de recirculation, dans laquelle peut être injecté la boue brute (système dit à co-courant), ou introduite dans un pot de mélange situé dans la cuve (contre-courant).

Exemple de performances de l'épaississement :
(valeurs indicatives)

Paramètres Flottateur direct Flottateur indirect

Concentration des boues épaissies (g/l) 20 à 40 25 à 50

Sousverse (MES, mg/l) 100 à 300 10 à 50

Taux de polymère (mg/l) 1 à 2 1 à 2

Energie d'entrée de station (kwh/m3) 1 0,5

(Nota : les sousverses représentent les eaux séparées des boues après épaississement)

(déshydratation)

Deshydratation.
Raccourcis de ce chapitre :

Fitration sur filtre à bandes Fitration sur filtre à plateaux Centrifugation

Sac filtrant Lit de séchage Lagunage

Tableau comparatif des différentes techniques de déshydratation

Remarque : les boues déshydratées au polymère sont rarement gerbables, même à forte siccité (>30%). Cet état ne sera obtenu qu'après ajout de chaux (qui leur donne également le statut d'amendement calcique)
Principale techniques de déshydratation :

Fitration sur filtre à bandes

Fitration sur filtre à plateaux (filtre-presse)

Centrifugation (décanteuse centrifuge)

Sac filtrant

Lit de séchage

Lagunage

Fitration sur filtre à bandes.
Principe de fonctionnement (exemple de filtre à moyenne pression) :

avec,

bac de mélange et répartiteur, de la boue brute (et de la chaux ou du polymère),
zone d'égouttage gravitaire, avec bande de 600 mm (munie de bobines fixes),
rouleau de pré-pressage, avec bande de 450 mm,
zone de déshydratation progressive, puis de pressage haute intensité,
zone de raclage et de déversement (cuve-tampon ou/et convoyage),
système de guidage automatique,
rampes de lavage (nettoyage continu).

Nota : il existe des filtres à basse et haute pression (même processus à quelques différences près).

Le conditionnement s'éffectue généralement à la chaux (dose de 30% / MS). La siccité obtenue varie entre 20 et 25% et la teneur en MES des filtrats est inférieure à 30 mg/l.
NB - ce système n'est pas recommandé pour les boues organiques (classe 1D), de déferrisation ou démanganisation (classe 2B), et aussi les boues biologiques (classe 2C) : risques de collage sur les bandes).

(filtre à plateaux)

Fitration sur filtre à plateaux (filtre-presse).
Principe (filtre à plateaux conventionnels) :

Le filtre est donc formé d'une batterie de plaques évidées verticales, dotées de toiles filtrantes serrées sous l'action d'un vérin. Ces plaques forment alors des chambres de filtration.
La boue à filtrer est injectée sous-pression dans les chambres (5), où elle s'accumule jusqu'à former un gâteau compacté. Le filtrat est recueilli dans des cannelures (à l'arrière du support filtrant) et évacué par des conduits internes (6). La pressée se termine à l'arret de la pompe, puis les circuits de filtrats et la conduite centrale sont purgés à l'air comprimé (7).
Débatissage : le vérin libère la 1^ère chambre et le gâteau tombe gravitairement. Un système mécanique et automatique permet de dégager ensuite les plateaux un à un.

1)Conditionnement au polymère : le taux de traitement est de l'ordre de 0.5 à 1 kg/t MS.
La siccité obtenue varie entre 18 et 20% pour un temps de pressée de 4 heures.
2)Conditionnement à la chaux (lait de chaux) : le taux de traitement est de l'ordre de 15% / MS, il permet d'obtenir des siccités élevées, supérieures à 40%.
La durée de cycle (pressée + débatissage) est de l'ordre de 2h30. La densité des gâteaux se situe entre 1,15 et 1,20 kg/dm3.
A noter que sur les boues de nature hydroxyde (rivière ou barrage), la siccité obtenue se trouvera entre 30 et 40% (pour un taux de chaux de 30 à 35% / MS). Exemple de filtre-presse :

Nota - les capacités des filtres sont rarement au-delà de quelques centaines de litres.
Equipés de débatisseurs automatiques, ces filtres sont très compétitifs par rapport aux autres techniques.

(centrifugation)

Centrifugation (décanteuse centrifuge).
Principe :
Accélération de la sédimentation par l'action de la force centrifuge,

La boue à traiter (boue + adjuvant) est introduite par un tube d'alimentation (1) et un distributeur (2) dans un rotor constitué d'un bol (3) et d'une vis convoyeuse (4). Le bol et la vis tourne à des vitesses importantes : la vis plus rapidement que le bol, d'ou une vitesse différentielle VR qui peut être plus ou moins faible et un temps de séjour plus ou moins long.
La vis évacue le solide décantée (boue centrifugée) vers l'extrémité du bol (5), et le liquide clarifié (centrat) vers l'autre extrémité (6).
Nota : le centrat est éventuellement renvoyé en tête de l'usine de potabilisation.

Performances - Centrifugation de boues d'eaux de surface (hydroxydes).
1) Centrifugeuse conventionnelles - exemple (valeurs indicatives) :

Performances Boue classe 1A Boue classe 1B Boue classe 1C

origine des eaux > Barrage Rivière normale Rivière riche en alluvion

Siccité des boues (%) 14 à 18 15 à 25 30 à 40

Centrat
(MES mg/l) 100 à 200 100 à 200 100 à 200

Taux de polymère (kg/t MS) 5 à 7 3 à 8 2 à 5

(Nota : le centrat représentent les eaux séparées des boues après centrifugation)
2) Centrifugeuse de hautes performances : les siccités obtenues sont de l'ordre de 20 à 25%, pour des taux de polymère de 7 à 12 kg/t MS.

Centrifugation de boues d'eaux de forage.
Centrifugeuse conventionnelles - exemple de performances (valeurs indicatives) :

Performances Boue classe 2A Boue classe 2B

origine des eaux > Forage, décarbonatation Déferrisation

Siccité des boues (%) 30 à 55 env. 20

Centrat
(MES mg/l) 100 à 200 100 à 200

Taux de polymère (kg/t MS) 1 à 3 env. 2

Nota : la haute teneur en carbonate (CaCO3) des boues de décarbonatation (classe 2A) amène de bonnes perfomances.

(sac filtrant)

Sac filtrant.
Principe de fonctionnement :
Les sacs (volume : 60 à 400 litres) sont remplis puis égouttés durant une semaine environ, avant d'être disposés sur une surface de séchage, puis emmené en décharge (1 ou 2 fois /an).
Nota : un sac de 60 l peut recevoir jusqu'à 800 l de boues à 15 g/l, donc plusieurs remplissage journalier.
Performances :
Boues d'eaux de surface (classe 1) : les boues atteignent à peine 8 à 10% de siccité après égouttage, mais ceci s'améliore pendant le stockage : 10 à 20 % après quelques jours.
Boues d'eaux de décarbonatation (classe 2A) : la siccité obtenue sera d'autant plus élevé que le sac est de petite taille et la durée de stockage élevée.

Exemple de performances (valeurs indicatives) :

Paramètres Boue classe 1 Boue classe 2A

origine des eaux > Boue hydroxyde Boue de décarbonatation

Siccité des boues (%) 10 à 20 20 à 50

Taux de polymère (kg/t MS) 2 à 3 1 à 2

Ce procédé n'est applicable qu'aux boues épaissies. Il nécessite peu d'investissement, mais beaucoup de manutention (frais de main d'oeuvre) : utilisable surtout pour les petites unités de moins de 100 kgMS/jour.

(lit de séchage)

Lit de séchage.
La configuration conventionnelle est un bassin rectangulaire de faible profondeur et divisé en plusieurs cellules pour faciliter l’épandage et l’entretien. Le fond du lit est doté d’un système de tuyauterie qui est installé dans le gravier pour le drainage de l’eau et le tout est recouvert par une couche de sable grossier (gravier).
La surface requise peut être estimée par la formule suivante : S = V / (N*H),
avec,

S : surface des lits (m²),

V : volume annuel de boues à traiter (m3),

N : nombre d’épandage par année,

H : épaisseur de boues épandues (m).

Par ailleurs, ce procédé nécessitera au moins deux ouvrages, afin d'alterner les étapes de remplissage et de séchage sur l'un ou l'autre lit (le nombre total de lit sera fonction des volumes totaux de boues à sécher).
Les lits devraient être conçus pour permettre un enlèvement des boues sèches par des équipements mécaniques comme des chargeuses frontales.
Remarque : il est possible d'alimenter des lits de séchage, de boues liquides venant directement d'un stockage-tampon (voir Option 1). Mais en principe, les boues sont d'abord épaissies afin de réduire les cycles de remplissage-séchage (Option 2).

Option 1 - Séchage de boues non épaissies.
(épaissisement et déshydratation en une seule étape)
Principe de fonctionnement.
1)Phase de décantation et d'épaissisement :

les boues fraîches seront injectées en continu dans l'ouvrage (bassin doté d'un lit de gravier) où elles vont décanter naturellement. Le surnageant sera évacué par déversement (vannes murales),
l'injection sera arrêtée lorsque le volume de remplissage prévu au dimensionnement sera atteint,
un drain est disposé dans le matériau du lit : afin d'éviter tout problème de colmatage celui-ci est isolé et rempli d'eau.

2)Phase de drainage :

le plan d'eau sera abaissé très lentement (env.10 cm/heure) pour éviter toute remise en suspension des boues,
la vidange sera arrêtée lorsque le niveau du plan d'eau se situera à une dizaine de cm au-dessus du gravier : à partir de cette hauteur, la concentration des boues sera suffisante pour amener un séchage correct.

3)Phase de séchage et de raclage :

la durée du cycle de séchage est variable en fonction du climat (pluviométrie, taux d'évaporation) : de l'ordre de 60 à 80 jours,
lorsque qu'il sera terminé, les boues pourront être récupérées par raclage et les drains nettoyés
(et remplis d'eau),
Au bout de 60 à 70 jours de séchage, la siccité des boues pourra être de 10 à 20% en climat humide (pelletables), ou 30 à 40% en climat sec.

Option 2 - Séchage de boues épaissies.
Principe de fonctionnement.
1)Phase de filtration et d'extraction :

filtration des boues épaissies sur un lit de sable doté de drains (un conditionnement avec polymère permet d'obtenir en 4h un surnageant de qualité correcte),
extraction des surnageants : ceux-ci, encore relativement concentrés, seront renvoyés dans l'épaississeur.

2)Phase de drainage et d'évaporation :

la durée de ce cycle est d'environ une semaine avant un nouveau remplissage,
après dix remplissages, le premier lit sera laissé en phase de séchage, pendant que le second sera rempli.

(lagunage)

Lagunage.
Remarque : sans drainage de fond (classique) le lagunage s'effectuera sur un terrain imperméable, selon des cycles d'une année (1 an de remplissage et 1 an de séchage).
Principe de fonctionnement.
Une lagune sera toujours alimentée en boue non épaissie : elle cumule donc les fonctions d'épaississement (remplissage/décantation) et de déshydratation (séchage).
Le curage de la lagune (pendant la phase de séchage) sera effectuée, en principe, à la fin des mois d'été.
Actuellement, les boues traités ne devraient plus être envoyées en décharge...

Exemple de performances (valeurs indicatives) :

Paramètres Climat humide Climat moyen Climat sec

Concentration de la boue en fin de phase d'épaississement (g/l) 20 à 40 20 à 50 20 à 100

Siccité des boues (%)
(obtenue au bout d'une année) 15 25 40

Nota : le gateau obtenu est souvent hétérogène : une boue peut être très sèche en surface (siccité d'env.65%) et rester semi-liquide à 20 ou 30 cm de profondeur.

(Comparaison des différentes techniques)

Tableau comparatif des différentes techniques de déshydratation :

Techniques Avantages Inconvénients Applications

Filtre à bandes Assez bonne siccité Polymère Terrain non disponible,climat trop humide

Filtre-presse Très bonne siccité Main d'oeuvre, réactifs, (coût) Terrain non disponible, exigence de siccité, climat trop humide

Centrifugation Bonne siccité Texture de la boue, énergie, polymère (coût) Terrain non disponible, exigence de siccité, climat trop humide

Sac filtrant Faible coût d'investissement Manutention Station de faibles tailles (qqs centaines m3/j)

Lit de séchage Boues solides Superficie, riques climatiques Climat peu humide

Lagune Une seule étape, peu de main d'oeuvre Superficie, aléas climatiques, lenteur, évacuation des boues Climat trop humide, tout type de boue,
2 lagunes en parallèle (terrain argileux)

Choix :

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Réglementation.
Directives concernant les déchets :

LOI no 92-646 du 13 juillet 1992, relative à l'élimination des déchets
Directive IPPC - prévention et réduction intégrées de la pollution (1996)
Directive Décharge (1999)
Directive Incinération (2000)
Directive établissant un cadre pour une politique communautaire dans le domaine de l'eau (2000)
Directive relative à l'évaluation des incidences de certains plans et programmes sur l'environnement (2001)

Normes AFNOR.
A consulter éventuellement :
T97-001 (novembre 1979) Essais des boues - Détermination des caractéristiques en liaison avec l'aptitude à la concentration.

NF U44-108 (octobre 1982) Boues des ouvrages de traitement des eaux usées urbaines - Boues liquides - Échantillonnage en vue de l'estimation de la teneur moyenne d'un lot.
Indice de classement : U44-108.
Publications contenant cette norme : Matières fertilisantes et supports de culture - Échantillonnage, analyses chimiques et essais physico-chimiques.

NF U44-110 (octobre 1982) Boues - Amendements organiques - Supports de culture - Préparation des échantillons partiellement secs pour essai - Expression des résultats.
Indice de classement : U44-110.

NF U44-171 (octobre 1982) Boues - Amendements organiques - Supports de culture - Détermination de la matière sèche.

NF EN ISO 8780-1 (mai 1995) Pigments et matières de charge - Méthodes de dispersion pour évaluer la dispersibilité - Parties 1, 2, 3, 4 et 5.
Indices de classement : T31-210-1 / T31-210-2 / T31-210-3 / T31-210-4 / T31-210-5.

NF EN 12579 (juillet 2000) Amendements organiques et supports de culture - Échantillonnage,
Indice de classement : U44-101.
Publications contenant cette norme : matières fertilisantes et supports de culture - échantillonnage, analyses chimiques et essais physico-chimiques.

Site internet > Normes AFNOR.

Téléchargement d'un programme de calcul et de dimensionnement des boues (potabilisation) < TBEP, 163 ko> : ici
ou voir d'abord ce lien d'informations.

Choix :

(cliquer sur les menus à gauche)

Sources de certaines pages (entre autres) : "Traiter et Valoriser les Boues" , ouvrage collectif OTV.

Fin du chapitre Boues EP

Etape de traitement (filière potabilisation)	Intervalle de valeurs (g/L) - indicatives -	Valeur type (g/L)
Décanteur type couloir, non raclé	0.1 à 5	1
Décanteur type couloir raclé	0.2 à 5	4
Vidange de décanteur couloir	0.2 à 40	20
Décanteur circulaire, à floc lesté	0.1à 10	5
Décanteur lamellaire physico-chimique	0.5 à 30	15
Décanteur lamellaire, à floc lesté	0.5 à 20	3
Clariflottateur	25 à 40	30

Purges de saturateurs	10 à 30	20
Eaux de lavages de filtres	0.1 à 0.6	0.2

Type de boue	Origine	Composition
Boue de clarification	eaux de surface + eaux de forage (boues mixtes)	hydroxydes (Fe+Al) > 60 % MO > 20 %
Boue de décarbonatation	eaux de surface dures + eaux de forage dures (boues mixtes)	CaCO3 > 85 % hydroxydes (Fe+Al) < 5 % MO < 10 %
Boue de déferrisation	eaux de forages	CaCO3 = 20 à 40 % hydroxydes de fer > 40 % hydroxydes d'aluminium = 4 à 10 %

Paramètres	Boue de classe 1A	Boue de classe 1B	Boue de classe 1C	Boue de classe 1C	Boue de classe 1D
Origine des eaux >	Eau claire, peu chargée (lac propre, barrage)	Rivière normale	Rivière argileuse (type marne)	Rivière en crue ou à l' embouchure	Eau organique (algues, plancton)
MES eau brute (mg/l)	1 à 10	30 à 70	30 à 70	60 à 200	-
MO (%MS)	20 à 30	-	15 à 20	15	> à 30
Hydroxydes (%MS)	40 à 60	-	20 à 30	10 à 20	> à 65
CaCO3 (%)	10	-	-	-	-
Argile (%MS)	-	-	25 à 40	-	-
DCO/MS (%MS)	0,25 à 0,80	-	0,20 à 0,40	-	-
Epaississement, avec polymère (g/l)	15	20	60	100	10
Siccité limite (%)	18	-	-	-	-

Paramètres	Boue classe 2A	Boue classe 2B	Boue de classe 2C
Traitement des eaux >	Décarbonatation	Déferrisation / Démanganisation (physico)	Dénitrification / déferrisation (biologique)
Eau brute	-	20 à 50mg/l Fe	-
MO (%MS)	-	-	> 70
Hydroxydes (%MS)	5 à 30	Fe[OH]₃ > 40	-
CaCO3 (%)	50 à 90	20 à 40	-
Epaississement avec polymère (g/l)	> 150	10	30
Siccité limite (%)	50	20	25

Performances	Boue classe 1A	Boue classe 1B	Boue classe 1C	Boue classe 1D
Origine des eaux >	Eau claire, peu chargée (lac propre, barrage)	Rivière normale	Rivière riche en alluvion	Eau organique
Concentration des boues épaissies (g/l)	15	30	> 60	10
Surverse (MES, mg/l)	2 à 27	2 à 27	2 à 27	2 à 27
Taux de polymère (mg/l)	0,5 à 5	0,5 à 5	0,5 à 5	0,5 à 5

Paramètres	Flottateur direct	Flottateur indirect
Concentration des boues épaissies (g/l)	20 à 40	25 à 50
Sousverse (MES, mg/l)	100 à 300	10 à 50
Taux de polymère (mg/l)	1 à 2	1 à 2
Energie d'entrée de station (kwh/m3)	1	0,5

Fitration sur filtre à bandes	Fitration sur filtre à plateaux	Centrifugation
Sac filtrant	Lit de séchage	Lagunage

Paramètres	Boue classe 1	Boue classe 2A
origine des eaux >	Boue hydroxyde	Boue de décarbonatation
Siccité des boues (%)	10 à 20	20 à 50
Taux de polymère (kg/t MS)	2 à 3	1 à 2

Paramètres	Climat humide	Climat moyen	Climat sec
Concentration de la boue en fin de phase d'épaississement (g/l)	20 à 40	20 à 50	20 à 100
Siccité des boues (%) (obtenue au bout d'une année)	15	25	40

Techniques	Avantages	Inconvénients	Applications
Filtre à bandes	Assez bonne siccité	Polymère	Terrain non disponible,climat trop humide
Filtre-presse	Très bonne siccité	Main d'oeuvre, réactifs, (coût)	Terrain non disponible, exigence de siccité, climat trop humide
Centrifugation	Bonne siccité	Texture de la boue, énergie, polymère (coût)	Terrain non disponible, exigence de siccité, climat trop humide
Sac filtrant	Faible coût d'investissement	Manutention	Station de faibles tailles (qqs centaines m3/j)
Lit de séchage	Boues solides	Superficie, riques climatiques	Climat peu humide
Lagune	Une seule étape, peu de main d'oeuvre	Superficie, aléas climatiques, lenteur, évacuation des boues	Climat trop humide, tout type de boue, 2 lagunes en parallèle (terrain argileux)