Moulins à granulés de boues

1. Origine et utilisation des boues d'épuration
Les boues primaires non traitées produites dans la station d'épuration avec une teneur en matière sèche d'environ 4 à 5 % en masse sont stabilisées au moyen de différentes méthodes techniques, séchées à une teneur en MS de 80 à 85 % et sert de matière première pour un traitement ultérieur.
Les boues d'épuration municipales sont majoritairement granulées, dont la composition est relativement homogène du fait de leur origine. Fondamentalement, les boues d'épuration industrielles peuvent également être granulées, mais leur structure et leur composition peuvent varier considérablement.
Depuis 2005, la mise en décharge n'est plus autorisée en Allemagne. La figure 1 montre que le pourcentage utilisé dans l'agriculture est constant depuis une dizaine d'années, alors que le pourcentage utilisé dans le recyclage des matériaux est en baisse depuis des années. Le pourcentage de recyclage thermique (combustion) est cependant en constante augmentation pour atteindre environ 50 % depuis 2002. Cette comparaison a été effectuée sur la base de la matière sèche des boues d'épuration.

Figure 1 : Utilisation des boues d'épuration
Source : Agence fédérale de l'environnement, de l'Office fédéral de la statistique (2011)

La boue primaire doit être stabilisée microbiennement et ensuite mécaniquement et thermiquement déshydratée ou séchée et, selon l'utilisation ultérieure, mise en forme ou granulée pour obtenir un compactage élevé en utilisant des pressions de compactage accrues.
En raison des différentes origines et modes de production des boues d'épuration respectives et des différentes étapes de prétraitement avant la granulation proprement dite, cette étape de traitement finale doit toujours être adaptée au produit respectif. Les propriétés des matériaux ne doivent pas trop varier.
Dans les procédés de déshydratation mécanique (presses à vis, filtres-presses à bandes, centrifugeuses, décanteurs, etc.), des teneurs en MS de 28 à 33 % sont atteintes.
Après déshydratation mécanique, une autre étape de séchage thermique est nécessaire. Dans cette étape du processus, des teneurs en MS de 85 à 92 % sont atteintes.
Les difficultés bien connues du séchage des boues d'épuration qui se produisent pendant la phase de colle (40 – 60 % MS) ne seront pas discutées ici. Une approche prometteuse pourrait consister à façonner le produit avant séchage et à sécher doucement le produit façonné sur des séchoirs à bande sans mouvement relatif.

2.Procédé de granulation
2.1.Conception et principe de fonctionnement des presses à
filières Dans la production de granulés à partir de boues d'épuration, on peut choisir essentiellement deux méthodes : La méthode de mise en forme ou de compactage.
Ces deux variantes de granulation diffèrent en termes d'humidité de traitement et de qualité des granulés qui en résultent. Lors de la mise en forme, la matière première est transformée en une forme non compactée et relativement homogène avec une très faible consommation d'énergie. Un post-séchage des granulés façonnés est nécessaire. Lors du compactage, le matériau est considérablement compacté par le facteur 1:2 à 1:4. La consommation d'énergie est plus élevée. Le post-séchage n'est pas nécessaire, ici.

Tableau 1 :Comparaison des deux variantes de granulation

Dans les deux cas, des systèmes de granulation avec la conception décrite ci-dessous peuvent être utilisés.
La granulation par extrusion à l'aide de presses à filières plates s'est avérée être un procédé de compactage polyvalent et économique adapté à tous les produits grumeleux, à fibres longues et courtes (y compris les boues d'épuration séchées) et aux produits pulvérulents et pâteux. Souvent, le pré-concassage peut être fait sans. Selon l'industrie, le produit final est appelé pellet, granulé, torchis ou briquette.
Sur la figure 2, la conception et le principe de fonctionnement d'une presse à matrice plate sont représentés schématiquement.
Le matériau est introduit dans la presse verticalement par le haut par gravité et sans aucun déflecteur ou autre aide mécanique, c'est-à-dire sans alimentation forcée.
Ainsi, le danger de blocage ou de pontage dû à un compactage accidentel, en particulier avec des matériaux ayant une faible densité apparente, est presque complètement exclu. Pour l'alimentation et la réception du matériau par les outils de granulation, c'est-à-dire la matrice perforée et les rouleaux, un grand intérieur de presse est disponible. Le diamètre maximal des matrices est actuellement de 1 500 mm.

La tête du broyeur tournant au-dessus de la matrice forme un tout avec les axes des rouleaux et les rouleaux rotatifs du broyeur. Le nombre, le diamètre, la largeur, la forme (cylindrique ou conique) et la surface des rouleaux sont sélectionnés pour s'adapter au mieux au matériau à granuler. Le compactage a lieu dans les alésages effectifs de la matrice.
Les produits partiellement grossièrement pré-broyés sont introduits verticalement par le haut dans la chambre de granulation et forment une couche de produit sur la filière. Les rouleaux du broyeur à plat passent sur cette couche et la compactent et pressent le produit dans les trous de la matrice.
La trajectoire circulaire des rouleaux sur la filière provoque un effet de cisaillement des rouleaux sur la couche de produit entre les rouleaux et la filière, ce qui entraîne un écrasement supplémentaire du produit et donc des surfaces plus grandes et par conséquent des granulés durs et stables.

Figure 4 : Mise en forme des pastilles

En raison des forces de frottement entre le produit et la surface latérale de l'alésage, la contrainte de cisaillement de la paroi sur le matériau à l'intérieur de l'alésage effectif augmente régulièrement jusqu'à ce que - à condition que l'alésage effectif soit suffisamment long - elle soit suffisamment élevée pour compacter le cylindre de produit en l'alésage progressivement en une pastille. La force de pression qui est dirigée axialement vers le bas par le rouleau pousse le produit supplémentaire dans l'alésage effectif de sorte que le produit déjà compacté est déplacé vers le bas.
Une couche de produit résiduel est volontairement laissée entre la filière et le chemin des rouleaux afin d'obtenir un meilleur pré-compactage et liaison du produit et d'éviter un contact métal sur métal qui entraînerait une usure inutile des outils de granulation.
Les rouleaux passent sur chaque trou plusieurs fois par seconde. Ainsi, ce processus de granulation (figure 4) est un processus quasi-continu. Les couches individuelles de matériau forcées dans les alésages effectifs de la filière forment un cordon sans fin qui est coupé à la longueur de granulés souhaitée par le bas à l'aide d'un dispositif de rupture réglable.
2.2. Intégration du processus de granulation dans l'ensemble du processus La
figure 5 montre l'ensemble du processus, y compris le processus de granulation décrit ci-dessus.
Lors du traitement des boues d'épuration séchées dans une usine de granulation, les particularités suivantes doivent être prises en compte lors des différentes étapes du processus :
Dosage
En raison de leur teneur en fibres, les boues d'épuration ont en partie de très mauvaises propriétés d'écoulement. Ceci doit être pris en compte lors de la conception des systèmes de dosage, par exemple en utilisant des vis multiplex. Les prébacs doivent être munis d'inclinaisons négatives des parois et d'un dispositif d'évacuation par le bas pour éviter le pontage.

Figure 5: Entire process of sewage sludge pelleting

Conditionnement

Les usines sont équipées d'un conditionneur de mélange (mélangeur) afin que le produit puisse être humidifié avec de l'eau avant le processus de granulation, si nécessaire. Ainsi, il est possible de répondre à des qualités de produit variables, à des résultats de séchage changeants, et à l'ambition d'augmenter le débit de la presse (meilleur glissement dans les trous dû à l'humidité de surface).

Equipement de la presse
Les presses à granuler ont été modifiées notamment pour le traitement de différentes qualités de boues d'épuration. Dans ce qui suit, les ajustements de construction les plus importants sont listés :
•Diverses boucles de régulation (régulateur d'humidité/charge) ont été développées spécialement pour la granulation des boues d'épuration.
•Un système de régulation de l'écart de travail entre les outils de granulation (Distamat) a été développé afin de minimiser l'usure des outils et de pouvoir répondre avec souplesse aux différentes conditions de fonctionnement.
•Les pièces en contact avec le produit à l'intérieur de la presse sont conçues en acier inoxydable.
•Les presses à granuler sont étanches à la poussière et conformes Atex.
•Les presses sont équipées d'un système d'aspiration (aspiration des vapeurs).
•En option, il est possible de doter les presses d'une isolation et d'un chauffage pour éviter la condensation et ainsi assurer un fonctionnement plus stable.

Les débits du tableau ci-dessus se réfèrent à des boues séchées avec une teneur en MS d'environ 85 à 90 % en masse.
L'apport d'énergie spécifique est de 50 à 70 kWh/t.
Refroidissement
Les granulés sont refroidis dans des refroidisseurs à caisson (refroidisseurs à contre-courant) ou dans des refroidisseurs à bande (principe du courant croisé) à environ 10 °C au-dessus de la température ambiante. Un refroidissement suffisant et le respect de l'humidité maximale des granulés d'environ 10 % après refroidissement sont nécessaires pour éviter la combustion spontanée des granulés de boues d'épuration.
Tamisage
100 % des fines tamisées sur des tamis dont les largeurs de maille correspondent aux diamètres respectifs des granulés sont recyclées dans le prébac de la presse.
Remarques sur la technologie du procédé
En fonction de la saison et de la région d'où elles proviennent ainsi que de la technologie de conditionnement en amont du processus de granulation, les boues d'épuration peuvent être très différentes en termes de propriétés physiques, chimiques et biologiques. Certains des facteurs d'influence les plus importants pour la granulation sont :
•Composition des boues d'épuration : Selon la saison, la composition des boues et donc leur comportement dans le processus peuvent varier. En hiver, une teneur en minéraux plus élevée entraîne une usure accrue des machines, qui est due à une contamination plus élevée par le sable, les gravillons et le sel de l'eau de surface.

•Le processus de séchage ou un changement de mode de fonctionnement du sécheur influence la structure des boues d'épuration et donc ses propriétés d'écoulement. La structure peut être pulvérulente, fibreuse ou encore granulaire.

•La température des boues d'épuration ne doit pas dépasser 80 °C après séchage (avant granulation). A des températures plus élevées, il faut s'attendre à un surséchage ainsi qu'à un développement accru de vapeurs (problèmes de condensation).

3.Description des produits
Selon l'utilisation prévue, différentes qualités de granulés peuvent être produites. Les diamètres respectifs des granulés sont :
• Ø 3 mm : conditionneur de sol, engrais NPK
• Ø 6 – 8 mm : recyclage thermique
• Ø 6 – 12 mm : gazéification

Figure 6 : Boues d'épuration avant et après granulation

D'autres critères de qualité des granulés (voir Figure 6) sont :
• Teneur en MS : au moins 90 % en masse
• ​​Densité apparente : 600 - 800 kg/m³
• Abrasion : < 3 %
• Fines, poussières : < 1 % en masse

Ce qui suit est le lien youtube

https://youtu.be/C9ZskavVi5g