Un exemple de réussite : Évacuation du carbone avec la technologie de tamisage ultrafin HUBER

Ensemble de conteneurs E-Klär (BMBF FKZ 02WER1319F) avec tamis à tambour LIQUID de HUBER et épaississement des boues externe avec presse de lavage WAP® liquid de HUBER avant envoi en digestion

Le tamisage ultrafin représente une alternative très intéressante pour le traitement des pollutions carbonées, en particulier sur les STEP envisageant  un passage d’une stabilisation aérobie des boues à une stabilisation anaérobie. Par rapport à une décantation primaire traditionnelle, le tamisage ultrafin atteint ainsi de meilleurs taux de réduction pour des coûts d'investissement beaucoup plus faibles et un encombrement réduit.

Grâce au passage de la stabilisation des boues aérobie à anaérobie, les coûts d’oxygénation peuvent être réduits de min. 20-25 %. Cette réduction est atteinte en abattant du carbone avant l’étape de traitement biologique d’une station d’épuration, en construisant par ex. une décantation primaire ou en installant une technologie de tamisage ultrafin HUBER. En raison de l’augmentation continue des coûts énergétiques, le passage de la stabilisation des boues aérobie à anaérobie pour les stations d’épuration est souvent intéressant pour des raisons économiques.

Dans le cadre du projet de recherche E-Klär (BMBF FKZ 02WER1319F), l’augmentation des productions de biogaz par l’apport de pollutions carbonnées a été étudié. En collaboration avec l’organisme de recherche ISA (RWTH à Aix-la-Chapelle) et la Wasserverband des Ruhrverbandes, différentes méthodes de traitement des d’eaux usées ont été vérifiées techniquement et étayées scientifiquement. La technologie nécessaire à cet effet a été fournie par HUBER.

L’élément central du projet de recherche est le parc de stations d’épuration de la Ruhrverband qui compte actuellement au total 68 stations d’épuration communales avec des tailles et procédés très différents. Dans un grand nombre de stations d’épuration de taille moyenne et grande, des turbines sont utilisées pour la transformation énergétique du biogaz généré lors de la stabilisation anaérobie des boues, et l’énergie électrique et thermique sont principalement produites pour une utilisation privée. Le projet d'une durée de trois ans a commencé début 2015. La synthèse des résultats des essais est présentée ci-après.

Capacité de rétention atteinte des MESs pour une STEP de 28 500 habitants
Capacité de rétention atteinte pour DCO total pour une STEP de 28 500 habitants
Capacité de rétention atteinte des MES pour STEP de 17 000 habitants
Capacité de rétention atteinte pour DCO total pour une STEP de 17 000 habitants

Abattement de la pollution carbonnée avec le tamis à tambour LIQUID de HUBER

Les résultats des essais sont présentés pour deux stations d’épuration de 17 000 EH pour l’une et 28 500 EH pour l’autre. Dans les deux stations d’épuration, le tamis à tambour LIQUID de HUBER a été utilisé pendant env. 5 semaines avec différents débits. Les débits ont atteint jusqu'à 35 l/s. Toutes les stations disposaient d’un dégrilleur amont de 6 mm et d’un dessableur classique. Les eaux usées étaient prélevées après le dessablage et pompées vers le tamis à tambour LIQUID de HUBER. La figure 6 montre le tamis à tambour LIQUID de HUBER qui est un équipement compact, avec déshydratation mécanique intégrée des boues en option, à l’aide de la presse de lavage WAP® liquid de HUBER mise dans un conteneur.

Lors des échantillonnages, on utilise la désignation « 2-h » pour les échantillons de 2 h (échantillon mixte) pris pendant la journée et la désignation « 10-h » pour un échantillon mixte de 10 h pendant la nuit. Des échantillons mixtes quotidiens de 24 h proportionnels au temps ont également été prélevés et analysés.

Dans les figures à droite, on peut voir que dans les deux stations d’épuration, l’utilisation du tamis à tambour LIQUID de HUBER a permis d’atteindre des capacités de réduction de DCO comprise entre 51 et 57 % et des capacités de réduction de MES entre 71 et 72 %. Les valeurs ont été atteintes sans ajout de polymères. Dans les décantations primaires traditionnelles, le taux de capture de ces pollutions pour un temps de séjour entre 0,5 et 1 h selon ATV A 131, est de 25% pour la DCO et 50% pour les MES.

La station d’épuration 1 de 28 500 habitants (figures 1 et 2) avait un pourcentage d’eau pluviale d’env. 75 %.  Ceci peut expliquer les concentrations d’admission des eaux usées beaucoup plus faibles pour MES et DCO. Pour 90 % de toutes les mesures, un taux d’élimination DCO de plus de 50 % a pu mesuré en raison de la faible concentration en pollution. Même des concentrations de MES faibles ont pu être réduites en moyenne de 72 %.

La station d’épuration 2 de 17 000 habitants présente, par rapport à la station d’épuration 1, des eaux usées plus concentrées avec  > 600 mg/l de DCO. Les % d’abattements atteints étaient alors en moyenne de 71 % pour les MES et 51 % pour la DCO.

Ces résultats exceptionnels proviennent du principe de fonctionnement du tamis à tambour LIQUID de HUBER. Le tamis à tambour est équipé d’une toile  fine en inox avec une maille de 0,1 à 0,3 mm. Avec cette maille très fine, même les particules les plus petites qui ne sont pas capables de sédimenter dans un décanteur, peuvent être retenues. Le tamis à tambour LIQUID de HUBER atteint, grâce au seul tamisage, des résultats comparables à un décanteur primaire traditionnel. Grâce à l’effet supplémentaire de la filtration « en profondeur », le tamisage ultrafin est cependant capable, de prélever une plus grande quantité de DCO et de MES dans les eaux usées qu'un décanteur primaire traditionnel. La filtration « en profondeur » a lieu quand une couche de sédiments se forme à l’intérieur du tambour et accroit ainsi sa capacité de rétention.

Contrairement à un décanteur primaire, les taux de capture des MES et DCO peuvent être ajustées de manière ciblée sur un tamis à tambour en cas de modification de la largeur d'ouverture de la toile en mailles.

Économies d’espace de l’ordre de 7à13 selon la taille de l’installation

Selon la longueur du tamis à tambour LIQUID de HUBER, des débits jusqu'à 200 l/s par machine peuvent être atteints. Il est ainsi possible de réaliser des solutions compactes pour soulager les stations d’épuration surchargées ou accroître leur capacité. Même lors des rénovations nécessaires de plusieurs bassins d’aération vétustes, on peut utiliser un tel système. On peut ainsi mettre hors service et rénover un à un chacun des bassins d’aération sans que la capacité de la station d’épuration n’en souffre.

Notamment pour les stations d’épuration pour lesquelles l’espace disponible ne permet pas de construire une décantation primaire classique, un tamis à tambour LIQUID de HUBER peut remplacer un décanteur primaire en diminuant de 90% la surface au sol nécessaire (figure à droite).

Description du principe d'un tamis à tambour LIQUID de HUBER pour l’abattement de la pollution carbonnée

Pour atteindre l’objectif d'abattre la pollution carbonée avant un traitement biologique en remplacement d’une décantation primaire,, le tamis à tambour LIQUID de HUBER a été utilisé lors de l’implantation d’une nouvelle digestion anaérobie sur une STEP. Il s’agit d'un nouveau développement basé sur le principe éprouvé de la grille de tamisage ROTAMAT® de HUBER.

Admission pour un niveau d’eau maximal avant le tamis à tambour LIQUID de HUBER
Déchets de tamisage ultrafins épaissis pour la digestion par la presse de lavage WAP® liquid de HUBER

L’innovation repose sur un traitement mécanique des sédiments ultrafins et permet aussi un gain de place par rapport aux décantations classiques. Les déchets retenus par la tamis sont décolmatés de la toile par un jet d’eau de lavage à contre-flux et peuvent être envoyés en s’écoulant gravitairement dans une tuyauterie, dans un compacteur à déchets HUBER WAP liquid... Grâce à la position horizontale du tambour de tamisage, la surface de filtration immergée est maximale et permet à la machine d’avoir une forte capacité massique et hydraulique dans un petit volume. Il est ainsi possible d’atteindre des débits très élevés avec d’excellentes capacités de séparation.

Possibilités d'epaississement des déchets de tamisage

Dans la presse de lavage WAP® liquid de HUBER spécialement développée pour le traitement des déchets de tamisage ultrafins, ces déchets sont déshydratés sans ajout de polymères jusqu’à une teneur  en MS de 10 %. Leur siccité peut être directement modulée car la presse de lavage WAP® liquid de HUBER est équipée de tôles perforées qu’on peut remplacer par d’autres tôles de différentes mailles.

Les déchets de tamisage séparés de la toile du tamis sont évacués dans la presse de lavage WAP à l’aide d’une conduite gravitaire. Grâce à une tôle perforée très fine à l’intérieur de la presse de lavage, une partie de la phase liquide peut être épaissie. En pratique, une teneur en MS d’env. 3-4 % s’est révélée suffisante pour une digestion. Les boues épaissies peuvent être directement transportées avec une pompe à vis excentrée « volumétrique » en sortie de presse à vis pour être envoyée dans le digesteur . Selon les sites, le traitement des boues peut avoir lieu en alternative avec un épaississeur continu ou avec un épaississement commun des boues primaires/secondaires. Les retours d’expériences de ces dernières années confirmant le bon fonctionnement du tamis à tambour LIQUID, ont permis de valider cette innovation pour le futur. Un pas important vers une station d’épuration autonome en énergie a ainsi été franchi.