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1. 0 05 1 1 5 2 2 5 Concentration Kg polym res tonne de cendres s ches Figure 3 Variation du temps de succion capillaire en fonction de la concentration de polym re utilis pour la floculation des cendres trait es Essais de s dimentation Comme il a t mentionn auparavant les cendres trait es furent m lang es avec cinq polym res Un polym re de type anionique un de type non ionique deux de type cationique et finalement le Percol 789 fut aussi test car il tait utilis dans le proc d de d contamination Chacun des polym res fut m lang avec les cendres dans des petites prouvettes de 50 ml Quatre concentrations de polym re furent essay s pour les tests de s dimentation long terme 55 Le Tableau 7 montre l volution du pourcentage de s dimentation en fonction du temps pour une concentration en polym res de 0 4 kg t cendres s ches Le pourcentage de s dimentation repr sente le nombre de ml que la boue a s diment dans l prouvette sur le nombre de ml total de bouesoit 50 ml Tableau 7 S dimentation en fonction du temps pour une concentration en polym res de 0 4 kg t de cendres s ches Temps min Percol 789 Percol 728 Percol 455 Percol 351 Percol E 10 30 28 36 36 38 34 90 28 36 38 40 36 450 30 40 39 42 40 1170 32 42 40 42 40 a e Ces r sultats montrent que le Percol 789 est beaucoup moins efficace que les autres cette petite concentr
2. Figure I Sch ma de l incin rateur de la C U Q 36 Figure 2 Sch ma du proc d de d contamination 38 Figure 3 Variation du temps de succion capillaire en fonction de la concentration de polym re utilis pour la floculation des cendres trait es 55 Figure 4 Variation du temps de succion capillaire T S C en fonction de la concentration de polym res pour la floculation du r sidu m tallique 61 XI LISTE DES SYMBOLES C a t cendre avant traitement c t cendre trait e CUM communaut urbaine de Montr al CUQ communaut urbaine de Qu bec LTK leaf test kit MES mati res en suspension poly polym re RPM rotation par minute I S r sidu sec sub pourcentage de submergence TSC temps de succion capillaire _ xili INTRODUCTION Cette recherche est une partie d un plus gros projet de recherche de deux ans sur la mise au point d une technologie de d contamination des cendres volantes d incin rateur de d chets municipaux Au Qu bec il y a non seulement Pincin rateur de la C U Q Piitan de la R gie intermunicipale de gestion des d chets de la rive sud de Qu bec et Pincin rateur de d chets biom dicaux qui sont tr s susceptibles de rencontrer le m me genre de probl me La combustion des d chets urbains dans i s incin rateurs produits des quantit s de cendres qui repr sentent de 20 35 du poids des d chets l incin rateur de la C U Q il y a donc enviro
3. SECTION PAGE KSM029 1 05 0 07 0 Appendix EDS DOCUMENT NUMBER SECTION TITLE INITIALS TO VACUUM TEREE RUBBER TUBING 4 LITER BEAKER VACUUM GAUGE STIRRING ROD OR BUCKET WASH LIQUOR BLEEDER VALVE FILTRATE SLURRY CONTAINER FILTERING VACUUM FLASK BEAKER OR BUCKET A BASIC REQUIRMENTS PLATFORM FOR HOLDING TEST LEAF WHILE DRYING VACUUM RING STANDS BLEEDER VALVE TO GAUGE REDUCE VACUUM AT LEAF p SECOND TIMER TO VACUUM SOURCE SHUT OFF ff at VALVE RUBBER HOSE lt p d u El 4 yO STIRRING SHUT OFF Zory J ron VALVE apil SLURRY CONTAINER MIN 4 LITER CAP FLASK 1000 wel ronen READING IN C F M WASH LIQUOR IF REQ D OR LARGER TO MEASURE AIR FLOW IN GRADUATED BEAKER B LABORATORY SETUP FIGURE 6 LEAF TEST APPARATUS ANNEXE C PROTOCOLE DU TEST DE LIXIVIATION TCLP 121 TCLP Ce chapitre a d tre retir de la version lectronique en raison de restrictions li es au droit d auteur Ed Note For the reader s convenience Part 261 Appendix II is provided below Appendix N Method 1311 Toxicity Characteristic Leaching Procedure TCLP 1 0 Scope and Application 1 1 The TCLP is designed to determine the mobility of both organic and inorganic analytes present in liquid solid and multiphasic wastes 1 2 If a total analysis of the waste demonstrates that individual analytes are not present in the waste or tha
4. celle des m taux lors du traitement Ceci entra ne une perte de masse totale 40 Tableau 6 Contenu en m taux du r sidu m tallique mg kg avant la d shydratation Ni AI Cr Gu Ca Mr S P r AEN A se ES Lo Fe oe 66507 5792 779 93570 672 64 9 42945 144 2 4997 101333 4648 63116 5044 3 4 Essais de floculation Deux tests ont t r alis s afin de voir le comportement de la boue de cendres trait es et celle du pr cipit m tallique lors de l ajout de polym res Ceux ci permettent d am liorer la d shydratation car les particules de la boue s agglom rent en de plus grosses particules flocs qui lib rent facilement l eau lors de la d shydratation l aide de filtre presse filtre sous vide ou pressoir rotatif En plus l ajout de polym res permet un meilleur d collement des g teaux partie solide de la filtration des toiles car ces grosses particules ne s impr gnent pas dans les ouvertures comme le feraient les fines particules de la boue qui n a pas t conditionn e par des polym res Le premier test effectu a t celui du temps de succion capillaire T S C Celui ci a non seulement permis d identifier lequel des polym res utiliser mais aussi quelle concentration Ensuite des tests de d cantation ont t faits Plusieurs pomes ont encore une fois t tudi s Ce test permettait surtout de voir comment r agissait la boue lors de l ajout ainsi que l aspec
5. L installation des filtres presses 4 membranes est toutefois plus on reuse que les filtres presses classiques a plateaux et que les filtres 4 bandes presseuses Andreasen et Nielsen 1993 Degr mont 1989 Nielsen 1992 Ces filtres demandent galement plus d entretien Andreasen et Nielsen 1993 sugg rent l emploi des filtres membranes de plastique lorsque que les co ts de disposition finale des boues sont particuli rement lev s notamment dans le cas de l enfouissement sanitaire et de l incin ration Un autre type de filtre presse membrane prometteur le filtre presse tubulaire est l tat de d veloppement en Afrique du sud Rencken et Buckley 1992 Les r sultats obtenus apr s cinq mois d exp rimentation attestent de siccit s de boues apr s d shydratation se situant entre 23 et 41 avec une moyenne de 31 de solides Metcalf amp Eddy 1992b 26 Filtres presses automatiques Les filtres presses classiques m me les plus perfectionn s n cessitent toujours la pr sence d un op rateur pour surveiller et aider la d charge des g teaux Des filtres presses enti rement automatis s ont donc t d velopp s r cemment afin de r duire les co ts de main d oeuvre On retrouve notamment le filtre presse multicellulaire plateaux verticaux le filtre presse multicellulaire tambour et le filtre presse monocellulaire plateaux membranes horizontal Le filtre presse mu
6. Les r sultats de ces essais sont un peu diff rents des pr c dents Pour le Percol 789 les pourcentages de s dimentation sont un peu plu lev s la boue commence donc former des flocs Pour ce qui est des Percol 728 et E 10 le pourcentage de s dimentation a diminu il y a donc trop de polym res et la boue commence gonfler et retenir l eau L action du Percol 455 est lt enibiable 4 celle obtenue avec une concentration de 0 8 kg de polym res t cendres s ches Il n est pas utile d en ajouter davantage puisqu une E TA plus lev e diminuerait vraisembleblement la filtrabilit de la boue quicommencera gonfler et garder l eau Finalement le Percol 351 agit toujours aussi bien la s dimentation demeure rapide et la boue ne gonfle pas encore Par contre il n y a pas beaucoup de diff rence avec les r sultats obtenus lorsque 0 8 kg de ce polym re sont ajout s par tonne de cendres s ches En ajouter encore plus augmenterait les co ts de floculants et n augmenterait pas n cessairement la filtrabilit 58 En r sum la comparaison des r sultats obtenus pour les quatre concentrations de polym res am ne les conclusions suivantes e Le Percol 789 n assure la s dimentation qu partir d une concentration de 1 0 kg de polym res t cendres s ches e Le Percol E 10 assure une bonne s dimentation mais les Percol 728 455 et 351 sont plus efficaces concentration quivalente
7. REMERCIEMENTS R SUM TABLE DES MATI RES LISTE DES TABLEAUX LISTE DES FIGURES LISTE DES SYMBOLES INTRODUCTION iii vii ix xi xiii 1 1 PROBL MATIQUE DE LA GESTION DES CENDRES VOLANTES D INCINERATEURS3 1 1 Production et caract ristiques des cendres d incin rateurs 1 2 Modes de disposition des cendres d incin rateurs 1 3 Impacts des cendres volantes sur l environnement 1 4 Retomb es conomiques de la gestion des cendres 1 5 D contamination des cendres volantes d incin rateur 2 D SHYDRATATION DES CENDRES D INCINERATION 2 1 Epaississement 2 1 1 D cantation 2 1 2 Flottation 2 1 3 Centrifugation 2 1 4 Drainage 2 1 5 Syst me BEST 2 2 Conditionnement 2 2 1 Conditionnement chimique 2 2 2 Conditionnement thermique 2 2 3 Conditionnement par cong lation 2 2 4 Conditionnement par apport de mati res s ches 2 2 5 Conditionnement lectro acoustique osmose 2 2 6 Conditionnement par solvants ou huiles 2 3 D shydratation 2 3 1 Centrifugation 2 3 2 Filtration sous vide 2 3 3 Filtration sous pression en chambres tanches 2 3 4 Filtration sur bandes presseuses 2 3 5 Pressoirs rotatifs 2 3 6 Presses vis 2 3 7 Lits de s chage 2 3 8 Lits de cong lation Vil 3 6 9 12 2 3 9 Micro ondes 33 2 4 Hypoth se de recherche 33 2 5 Objectifs sp cifiques de recherche 34 3 MAT RIELS ET M THODES 35 3 1 Provenance et caract ristiques des cendres d incin rateurs 35 3 2 D contamina
8. Mayer E 1989 Membrane press sludge dewatering Second annual meeting of the american filtration society mars Pittsburgh PA U S A McCoy and Associates 1992 The RCRA land disposal restrictions a guide to compliance McCoy and Associates Publisher Lakewood Colorado 17 sections pagin es ind pendamment 107 Metcalf amp Eddy Inc 1992b Opportunities for Energy Conservation and Load Shaping in Sludge Management Systems Electric Power Research Institute EPRI TR 101026 Project 2662 10 Palo Alto Californie U S A Mininni G L Spinosa et A Misiti 1984 Evaluation of filterpress performance for sludge dewatering J Wat Pollut Control Fed 56 331 336 Mininni G L Spinosa et V Lotito 1991 Cost optimization of sewage sludge filterpressing Wat Sci Technol 23 2001 2009 National Technical Information Service 1993a Preliminary review of the energy considerations in dewatering and drying sewage sludge to produce a fuel NTIS DE93504798 XAB Springfield VA U S A National Technical Information Service 1993b Sludge dewatering sewage treatment NTIS PB93 870160 XAB Springfield VA U S A National Technical Information Service 1993c Sludge dewatering sewage and industrial wastes NTIS PB94 853744 XAB Springfield VA U S A Nichols A B 1992 Improved centrifuge sludge dewatering by steam and carbon dioxide injection Nielsen B 1992 Costing dewatering Wat Qual Intern 3
9. deux ou trois essais de T S C ont t r alis s afin d obtenir plus de pr cisions Le calcul de la moyenne a t fait par la suite Pour chaque polym re tudi un graphique log log du T S C ordonn e en fonction de la concentration de polym re abscisse a t pr par Chaque fois une courbe en forme de vase au fond point vers le bas est obtenue La pointe du vase correspond au plus petit T S C et donc la concentration qui permet d obtenir la meilleure filtrabilit Comme la boue de cendres trait es avait un pH presque neutre cinq polym res ont t test s Percol 789 Percol 351 Percol 368 Percol 728 ainsi que Percol 455 Les concentrations test es se situent entre 0 mg L et 180 mg L pour chaque polym re La boue de pr cipit m tallique avait un pH aux alentours de 8 5 Les polym res tudi s sont Percol 351 Percol E 10 Percol 338 et Percol 155 des concentrations variant de Ome L 100 mg L 3 4 2 Tests de d cantation Ayant toujours pour but de d velopper un proc d conomique des concentrations de polym res variant de 0 5 2 0 kg par tonne de mati re s che ont t test s lors des essais de d cantation Les tests tr s simples consiste regarder comment la boue r agit dans le temps apr s l ajout de polym res chaque essai la masse volumique et le pourcentage de solides totaux furent mesur s afin de faire les conversions de kg de polym re par tonne de mati
10. et port au volume de 50 ml dans des ballons jaug s La validit de la m thode de digestion est v rifi e par la digestion en parall le d chantillons certifi s tels le MESS et le PACS 3 6 6 Test de lixiviation La description d taill e compl te du test de lixiviation pr sent e en Annexe C est tir e de McCoy et Associates 1992 Les chantillons tester sont filtr s puis leur pH est d termin selon le test du pH du TCLP pr test au HCl Si le pH des chantillons tester est sup rieur 5 c est le liquide d extraction pH 2 88 0 05 qui est utilis pour le test et si le pH de l chantillon est inf rieur 5 c est le liquide d extraction pH 4 93 0 05 qui doit tre utilis Le liquide d extraction 50 pH 4 93 est compos d acide ac tique glacial et de NaOH 1 N 5 7 ml d acide ac tique glacial et de 643 ml de NaOH 1N compl t 1 L avec de l eau millipore Le liquide d extraction pH 2 88 est compos d acide ac tique glacial 5 7 ml d acide ac tique glacial compl t 1 L avec de l eau millipore Les chantillons tester sont plac s dans des bouteilles tanches de HDPE de 1 L contenant le liquide d extraction raison de 50 g d chantillon humide filtr pour 1 L de liquide d extraction Les bouteilles subissent une rotation compl te de type t te en haut t te en bas un rythme de 30 2 rotations la minute pendant 18 heures 2 heures
11. un liquide et des grosses particules toutes s par es individuellement Dans tous les cas le floc tait tr s fragile et se brisait sans raison apparente Le Percol 338 qui est moyennement anionique a donn les r sultats qui semblent tre les plus performants Le T S C le plus bas est de 12 8 secondes en moyenne pour une nn de 0 43 kg poly tr s De plus le floc ne gonflait pas avant que la concentration atteigne 1 2 kg poly t r s Cependant ici ae le floc est plut t fragile Pour des concentrations de polym re plus lev es que 0 8 kg t il y avait encore une fois apparition d normes flocs et la boue n tait plus manipulable Le Percol 155 qui est plus anionique que le Percol 338 agissait bien et la floculation se faisait bien mais plus tardivement Il fallait aussi des dosages plus lev s avant d avoir des courts temps de succion capillaire Pour un T S C de 12 5 secondes en moyenne 0 85 kg de polym re tait n cessaire comparativement 0 43 kg pour le Percol 338 Comme pour les autres polym res de plus grosses seucenuatons il y avait formation de gros flocs et gonflement de la boue Il tait clair qu il fallait agir avec prudence et ne pas trop ajouter de polym re pour ne pas d grader la filtrabilit La Figure 4 pr sente la variation du temps de succion capillaire en fonction de la oncentation de chacun des quatre polym res pr c dants pour la floculation de la boue de pr cipit m tallique A
12. 1990 Sawell et Constable 1988 En fait la formation davide sulfureux ou sulfurique peut produire une cendre volante acide et la pr sence d hydroxyde de fer et d aluminium hydrolys s lors du contact avec l eau favorise un pH acide Theis et Gardner 1990 Les cendres de grilles sont pour leur part basiques pH 11 08 12 02 Theis et Gardner 1990 1 2 Modes de disposition des cendres d incin rateurs Malgr les probl mes pouvant tre amen s par le relargage des m taux des cendres lors de leur disposition elles sont ensevelies l heure actuelle dans des sites r guliers d enfouissement sanitaire faute d un autre mode raisonnablement conomique de gestion sauf Montr al o elles sont enfouies dans un site argileux qui tire Asa fin Cette pratique menace les eaux souterraines et la qualit des cours d eau Au Qu bec l incin rateur de la C U Q et celui des d chets biom dicaux de Gatineau font face ce probl me Alors que la r gie intermunicipale de gestion des d chets de 6 l le de Montr al pr voit la construction d un incin rateur gigantesque celle ci a t retard e par le Bureau d audience publique sur l environnement qui leur a demand de recommencer leur tude justifiant le projet Tous les incin rateurs feront face ce probl me Chez nos voisins du sud la plupart des tats consid rent les cendres volantes comme un d chet sp cial qui ne peut tre enfoui dans
13. 24 Oliver B G et J H Carey 1976a The removal and recovery of metals from sludge and sludge incinerator ash Research Report No 33 Ontario Ministry of the Environment 108 Oliver B G et J H Carey 1976b Acid solubilization of sewage sludge and ash constituents for possible recovery Water Res 10 1077 Ontiveros J L Clapp T L et Kosson D S 1989 Physical properties and chemical species distributions within municipal waste combustor ashes Environ Prog 8 200 Rencken G E et C A Buckley 1992 Dewatering sludges using a novel membrane technology Wat Sci Technol 25 10 41 54 Sawell S E et T W Constable 1993 Le programme national d essais et d valuation des incin rateurs r sum des tudes de caract risation et de traitement des r sidus d incin ration de d chets solides urbains Rapport SPE 3 UP 8 Environnement Canada Ottawa 64 pages Sawell S E et T W Constable 1988 National incinerator testing and evaluation Program Vol 5 Assessment of contaminant leachability from residues Wastewater Technology Centre Environment Canada rapport no IP 82 Sawell S E T W Constable et R Klicius 1989 Evaluation of contaminant leachability from residues collected at a refuse derived fuel municipal waste combustion facility IP 96 Smith J W et J Condra 1983 Recovery of wastewater treatment chemicals from fly ash ASCE J Environ Eng 109 1168 1179 Smollen M 1990 Eval
14. Cette r cup ration est effectu e dans des changeurs tubulaires contre courant 2 2 3 Conditionnement par cong lation La solidification totale des boues par cong lation pendant un temps suffisant permet de r duire tr s efficacement la quantit d eau li e la mati re et ainsi de regrouper les particules Ce regroupement 19 demeure stable apr s la fonte de la glace et la filtrabilit des boues est alors nettement am lior e La cong lation s effectue pendant une dur e de 1 4 heures des temp ratures de l ordre de 10 20 C Jusqu maintenant la cong lation d cong lation syst me fr on glycol le plus connu a t appliqu e principalement aux boues pr dominance min rale difficiles d shydrater Ce conditionnement co teux en nergie est souvent associ une filtration sous vide tr s performante avec l obtention d une siccit de g teaux sup rieure 30 ST Degr mont 1989 2 2 4 Conditionnement par apport de mati res s ches L apport de mati res s ches g n ralement inertes am liore la coh sion des boues disperse le milieu colloidal et ainsi agit favorablement sur la filtrabilit L ajout de substances min rales tels que le carbonate de calcium le gypse les cendres volantes et le charbon permet de r duire les doses des r actifs habituellement employ s dans les boues conditionner L effet essentiel recherch est l am lioration de la texture du
15. cessaires Pareillement aux cendres l utilisation d un polym re faibles concentrations fut n cessaire soit le polym re Percol 338 tel que choisi auparavant raison de 0 43 kg t Cet agent de conditionnement entra nait un tr s bon d collement du g teau des toiles Comme pour les cendres trait es un cycle d une heure tait suffisant pour r aliser toutes les tapes de la filtration sur filtre presse En moyenne le temps pour chacune de ces tapes tait comme suit e Remplissage 5 7 minutes e Filtration 20 25 minutes e Purge des tuyaux 5 minutes e Enl vement des g teaux 5 6 minutes e Nettoyage 5 10 minutes e Remontage 4 5 minutes e Total du cycle 44 58 minutes 72 Afin de v rifier la consistance des r sultats obtenus quatre essais similaires furent men s dans les m mes conditions d op ration Aucun probl me majeur ne s est pr sent La filtration est facile et se fait tr s rapidement Tout comme les essais r alis s avec la boue de cendres trait es les g teaux d collent bien des toiles en une seule norme galette cette op ration se faisait tellement efficacement que le nettoyage des toiles n tait pratiquement pas n cessaire Une pr caution devait tout de m me toujours tre prise lors de cette exp rimentation Il tait imp ratif qu il ne reste aucune particule de boue sur les plaques avant le serrage du v rin hydraulique sans quoi le filtre presse
16. cessite la d shydratation de deux types de boues les cendres volantes apr s traitement de d contamination et le r sidu m tallique g n r lors du proc d Une m thode efficace et conomique devait ainsi tre d velopp e pour mener bien cette t che De plus chaque essai de d shydratation il fallait v rifier que les m taux lourds toxiques se retrouvaient bien au bon endroit c est dire pr cipit s dans le g teau de la boue du r sidu m tallique et non dans les filtrats Enfin les filtrats devaient respecter les normes qu b coises de rejet l gout L tape initiale consistait faire des essais de conditionnement des deux types de boues Tout d abord des essais de s dimentation ont t effectu s afin de voir quels types de polym res r agissaient le mieux avec les boues de cendres et de r sidu m tallique D autres essais de conditionnement l aide des temps de succion capillaires ont permis de cibler quel polym re utiliser pour chaque boue et quel concentration Pour la boue de cendres trait es l utilisation du polym re Percol 351 de la compagnie Allied Collo d s est av r le meilleur 0 5 kg du Percol 351 par tonne de cendres s ches tait suffisant V Pour la boue de r sidu m tallique de la m me compagnie le Percol 338 a t choisi 0 43 kg de ce polym re par tonne de r sidu sec fut amplement suffisant Dans les deux cas le conditionnement a permis un
17. duisant ainsi les inconv nients associ s aux odeurs des boues La centrifugation est performante pour la s paration des solides ds plusieurs types de boues et ne n cessite qu une surveillance r duite Toutefois ie pratique pr sente certains inconv nients dont la n cessit d isolation phonique de la salle de d shydratation la consommation nerg tique importante et la n cessit d employer une main d oeuvre plus qualifi que pour l op ration des syst mes de filtration Degr mont 1989 Plusieurs tudes de performance et conomique de la centrifugation des boues d puration sont r pertori es dans la litt rature Andreasen et Nielsen 1993 Garelli et al 1990 Horenstein et al 1990 MacConnell et al 1991 Nielsen 1992 Smollen 1990 22 Nichols 1992 fait tat d une am lioration de la performance de la centrifugation par une injection de vapeur ou de dioxyde de carbone Ces techniques appliqu es grande chelle dans une station d puration de Chicago Illinois permettent de hausser les siccit s des boues d environ 4 5 et 2 3 respectivement par rapport la centrifugation conventionnelle Les bilans nerg tiques r v lent que ces approches r duisent sensiblement la eSnsommacon lectrique globale de la d shydratation des boues Le d veloppement de centrifugeuses 4 forte capacit High Solid Centrifuges ont permis de redonner un peu de vigueur a la centrifugatio
18. re s che en mg L puisque les concentrations des solutions de polym res sont d j exprim es en ces unit s 5 000mg L 500mg L 50mg L comme pour les essais sur le T S C La boue de cendres trait es fut m lang e avec cinq polym res de type Percol soit les 789 728 455 351 et E 10 chacun tant test s aux concentrations de 0 40 60 80 et 100 mg L Le Percol 368 fut ae remplac par Percol E 10 d sa non r activit lors des tests sur T S C L chantillon sans polym re correspond au t moin Il y avait donc 20 prouvettes de 50 ml surveiller en plus du t moin Le pourcentage de d cantation de la boue fut mesur apr s 35 80 750 et 1 170 minutes En plus les caract ristiques visuelles des flocs ont t ben s Le gonflement du floc signifie que la boue garde le liquide et que sa filtrabilit n est plus aussi bonne L ajout d une plus grande concentration de polym res ne fait qu augmenter les co ts en polym res sans am liorer la filtrabilit Pour ce qui est de la boue de pr cipit m tallique celle ci a t m lang e avec quatre polym res les Percol 51 E 10 338 et 155 dont les concentrations ont t de 0 20 40 60 80 et 100 mg L L chantillon sans polym re correspond toujours au t moin Il y avait donc 20 prouvettes de 50 ml tudier en plus du t moin Le pourcentage de d cantation de la boue t mesur apr s 55 135 305 et 1 165 minutes Les caract ristiqu
19. s ches seront d shydrat es journellement il est possible de calculer la quantit du Percol 351 acheter annuellement e 2 5 t cendres jour X 365 jours ann e 912 5 t cendres ann e e 0 3 kg Percol 351 t cendres X 912 5 t cendres ann e 275 kg Percol 351 ann e Son prix tant de 5 20 kg le Percol 351 co tera 1 430 00 ann e Conditionnement du r sidu m tallique Comme 0 5 kg du Percol 338 tait n cessaire par tonne de r sidu m tallique et que 300 kg de r sidu seront d shydrat s par jour la quantit du Percol 338 acheter par ann e se calcul comme suit e 300 kg de pr cipit jour X 365 jours ann e 109 500 kg pr cipit ann e e 0 5 kg Percol 338 t pr cipit X 109 5 t pr cipit ann e 55 kg Percol 338 ann e Le co t du Percol 338 tant 5 35 kg le co t estim s pour le conditionnement de la boue du r sidu m tallique serait de 294 00 ann e 84 Il faut cependant tenir compte des taxes sur ces produits et des co ts n cessaires la main d oeuvre pour le conditionnement chimique uniquement En consid rant pour cette t che deux heures de technicien par jour au taux de 17 5 h les co ts totaux pour le conditionnement des deux boues seraient e Polym res 1 965 00 taxes incluses e Main d oeuvre 12 775 00 e Total de 14 740 00 ann e taxes incluses 4 4 2 Co ts de d shydratation m canique Sc nario d utilisation de deux filtres sous vide L tude techni
20. terminer la m thode la plus conomique pour d shydrater ces deux types de boue tH 1 PROBLEMATIQUE DE LA GESTION DES CENDRES VOLANTES D INCIN RATEURS 1 1 Production et caract ristiques des cendres d incin rateurs La combustion des d chets urbains dans les incin rateurs produit des quantit s importantes de cendres qui repr sentent 20 35 du poids des d chets Bawkon 1991 Selon Karstensen et Lund 1989 la combustion des mati res r duit le volume des d chets de 90 Le produit r sultant de cette oxydation est principalement compos de cendres de grille m chefer et de cendres volantes Les particules les plus fines se retrouvent avec la chaux qui sert neutraliser le gaz acide en fin de parcours cette phase est nomm e chaux us e Les cendres volantes se classent parmi les d chets dangereux Produites lors de l puration des gaz de combustion par les lectrofiltres et les pr cipitateurs chaux Les cendres volantes rejettent des quantit s importantes de m taux Pb Zn Cd et Hg lors des tests de lixiviation La quantit de cendres d incin rateurs de d chets municipaux est impressionnante Aux tats Unis elle s l ve 4 millions de tonnes par ann e Kiser et Repa 1989 Theis et Gardner 1990 Les cendres volantes repr sentent 10 des cendres de grilles soit 25 t d versus 250 t de cendres de grilles la C U Q Ceci implique qu il y a environ 400 000 t de cendres volant
21. 191 Eighmy T T S F Bobowski T B Ballestero et M R Collins 1989 Investigations into leachate characteristics from amended and unamended combined ash and scrubber residues Interim Report Department of Civil Engineering University of New Hampshire Environnement Qu bec 1989 R glement sur le d chet dangereux Gazette officielle du Qu bec Q 2 r 12 1 Fukuda H 1994 Japan paves the way to putting sludge underfoot Wat Qual Intern 2 18 20 104 Gale R S et R C Baskerville 1970 Studies in the vacuum filtration of sewage sludges Wat Pollut Control 69 514 532 Garelli B A E L Kokat et B J Schwartz 1990 Improved centrifuge sludge dewatering by automatic backdrive torque control Wat Sci Technol 22 12 303 308 Goyette R A Silverwood et M A Desjardins 1994 Essai grande chelle de conditionnement par gel d gel de boues chimiques d tangs a r s facultatifs 17 Symposium international sur le traitement des eaux us es 6 Atelier sur l eau potable 10 Congr s r gional de PACQE et 17 Atelier sur l estimation des crues GREHYS CRSNG Delisle C E et M A Bouchard ds Universit de Montr al Collection Environnement Montr al Qu bec Canada compte rendu pp 172 196 Halcrow Gilbert Associates Ltd 1993 Preliminary review of the energy considerations in dewatering and drying sewage sludge to produce a fuel Renewable Energy Research and Development Programme E
22. 300 kg de pr cipit sec produits journellement 92 Les calculs ont aussi t labor s dans le cas o la d cision d acheter un filtre presse neuf serait prise Id alement il sai int ressant que les 300 kg de pr cipit produits journellement soient d shydrat s en un maximum de 8 heures Les op rations auraient alors 16 heures par jour pour pallier contre les impr vus et les difficult s de toutes sortes En consid rant 7 cycles de une heure par jour et une heure pour le nettoyage il faudra d shydrater 43 kg A D apr s le bilan de masse chaque cycle devra traiter 211 kg de g teau de pr cipit mouill La masse volumique tant en moyenne 1 000 kg m un filtre presse de 0 211 m devra tre achet Consid rant un facteur de s curit de 25 il faudra un filtre presse d environ 10 pi 0 264 m Il se vend sur le march des filtres presses de 12 pi dont le co t d achat est de 40 000 00 Tenant compte des appareils annexes et de la main d oeuvre les diff rents co ts d investissement sont les suivants o Filtre presse 12 pi 45 592 00 taxes incluses e Compresseur 10 HP 5 699 00 taxes incluses e Convoyeur 5 699 00 taxes incluses e Tuyauterie 4 559 20 taxes incluses e Menuiserie 3 419 40 taxes incluses e Installation 3 419 40 taxes incluses e Co t total d investissement 68 338 00 taxes incluses Si le co t d investissement est amorti sur 20
23. Cu Fe Mg Moa Nis lt P S 65 7 1 80 3389 lt 05 lt 05 lt 05 202 544 lt 05 1 14 Si mn 389 lt 0 5 2 49 8 1 27 3469 lt 05 lt 05 lt 05 202 552 lt 05 1 22 292 3 82 595 lt 05 3 55 5 1 75 3028 lt 0 5 lt 05 lt 05 183 482 lt 0O5 1 02 303 3 82 lt 05 lt 05 N 600 5 5 5 10 2 2 N norme de rejet gout pr cipite qu des pH alcalins La pr sence de fer s explique probablement par l utilisation de chlorure ferrique pendant le proc d de d contamination alors que la concentration plus lev e de soufre est probablement due l utilisation d acide sulfurique lors des lavages acides 80 4 3 2 Composition du filtrat du r sidu m tallique Le tableau 26 pr sente l analyse des l ments et mati res en suspension contenues dans le filtrat de la boue du r sidu m tallique pour les quatre essais avec le filtre presse r alis s avec les param tres d op ration optimaux Le tableau 27 pr sente les m mes r sultats pour les trois essais effectu s avec le filtre sous vide aussi avec les param tres d op ration optimaux Les r sultats montrent que les concentrations de m taux et de mati res en suspension dans les filtrats sont inf rieurs aux normes de rejet l gout Il est noter que les mati res en suspension dans le filtrat sont sup rieures lorsque le proc d de d shydratation par le filtre presse est utilis Les concentrations de calcium et de magn sium sont ici aussi l
24. FILTRES PRESSES Li CE 2 5 ls his i Fa dij EEE aS z T ris E i tee a A A A nie STS EL PE ULN Ta AA Ji i Tr q aa aie rd ra i RS LT dr ae i perc Da LS h P PROTOCOLE D OP RATION DES FILTRES PRESSES Placer toutes les plaques gales A fig 1 et fermer le filtre presse en y appliquant la pression maximum du v rin hydraulique ou manuel B fig 1 En mode d shydratation de boues trait es les valves de l appareil seront en position num r es comme suit r f rence fig 2 VALVE POSITION DESCRIPTION 1 ouvert alimentation du filtre presse 2 ouvert alimentation du filtre presse 3 ferm e nettoyage inverse 4 ferm e drainage du coeur du filtre 5 ouvert sortie du lixiviat 6 ouvert sortie du lixiviat 7 ouvert sortie du lixiviat 8 ferm e purge d air D but de la d shydratation en ouvrant la valve du r gulateur 30 PSI valve 9 fig 2 Le pompage est facile car les chambres se remplissent de boues Lorsque nous constatons que la pompe d alimentation a de la difficult op rer Augmenter la pression progressivement par tranche de 10 PSI sur le r gulateur de la valve 9 La pression maximum obtenue au pilote est de 105 PSI La dur e de filtration moyenne est de deux heures que se soit pour la grosse ou la petite unit de filtre presse A la fin de la d shydratation fermer la valve r gul e 9 O PSI afin d arr ter la pompe d alimen
25. S C de 7 8 secondes a t observ c est le meilleur temps obtenu Cependant il faut une concentration d au moins 1 2 kg poly t c t pour mesurer un T S C un peu plus petit qu avec le Percol 351 ou le Percol 789 Finalement un dernier polym re a t tudi soit le Percol 368 Utilis plut t par curiosit puisqu il est souvent utilis au laboratoire Ce polym re n a eu aucun effet floculant sur la boue de cendres trait es La Figure 3 pr sente la variation du temps de succion capillaire en fonction de la concentration de polym res pour la floculation des ohare trait es et ce pour les cing polymeres identifi s pr c demment Si l on observe les cinq courbes celle du Percol 351 montre basse concentration des T S C relativement petits Les courbes des Percol 728 et Percol 789 pr sentent des aussi petits T S C mais pour de plus grande concentration de polym re Le choix du polym re s arr te donc sur le Percol 351 a raison d environ 0 5 kg par tonne de cendres s ches De plus m me si la concentration est un peu trop grande ou si les propri t s physiques de la boue change un peu les T S C ne varient pas beaucoup comme dans le cas du Percol 789 Ces r sultats seront compar s avec les r sultats des essais de s dimentation long terme 54 Percol 789 25 Percol 351 Percol 368 Percol 728 21 Percol 455 19 a 17 D mo 15 13 11 y 4 nn A ale Sa Ss 7 i _
26. ans et que le taux d int r t est de 10 le co t r el annuel pour l achat et l installation du filtre presse est de 8 033 00 A cela il faut ajouter les co ts annuels suivants de la main d oeuvre des r parations et de 1 lectricit 93 e lectricit 7 456 kW X 8 h 0 056 par kWh 1 398 00 ann e taxes incluses e Op ration 1 homme 6 heures par jour soit 2190 heures 17 5 heure 38 325 00 ann e e R paration environ 5 de l investissement filtre 2 280 00 ann e taxes incluses En r sum l utilisation de ce filtre presse pour la boue de pr cipit entra nerait les d penses suivantes e Coit total de l investissement 8 033 ann e e lectricit 1 398 ann e e Op ration 38 325 ann e e R paration 2 280 ann e e Total 50 036 ann e Ce co t en dollars par tonne de cendres avant traitement est 38 40 Si la possibilit d acheter un filtre presse neuf pour la boue du r sidu m tallique et un filtre sous vide pour la boue de cendres est consid r e le prix total estim est 62 00 tc at C est 12 00 t c a t de plus que les deux options pr c dentes Ce sc nario est donc rejet moins de se servir du petit filtre presse 6 pi d j achet il y a quelques ann es Cependant ce filtre devra 94 fonctionner pendant 12 heures laissant moins de temps pour les impr vus et des frais suppl mentaires pour la main d oeuvre de pr
27. boues pelletables Dans cette technique le pressage des boues se fait entre deux toiles filtrantes qui sont comprim s progressivement et qui s enroulent successivement autour de tambours perfor s et de rouleaux dont la disposition varie selon le type de filtre Dans les filtres bandes presseuses le pressage s effectue dans une enceinte ouverte Ces quipements permettent d obtenir des r sultats satisfaisants avec la plupart des boues organiques ou d hydroxydes les siccit s obtenues tant tr s proches des siccit s limites Ils existent plusieurs types de filtres bandes presseuses dont les filtres Superpress ST SP SPI SL HD et DEG pour les stations de moyenne et forte capacit s et les filtres bandes pour petites stations d puration GD Presse T DE G Une description d taill e de ces diff rents types de filtres bandes est pr sent e dans le document de Degr mont 1989 Le Tableau 4 fait tat des performances normales atteintes avec les filtres Superpress Selon Halcrow 28 Gilbert Associates Ltd 1993 la siccit des boues produites par les filtres bandes presseuses varient de 21 26 Hashimoto et Hiraoka 1990 ont examin l influence de diverses caract ristiques des boues sur la performance de la filtration sur bandes presseuses Smollen 1990 a pr sent les r sultats d tudes comparatives de co ts et de performance de la filtration sur bandes presseuses avec les autres techniqu
28. de polym res Toutefois on pouvait remarquer a l il nu que la boue gonflait que les flocs se repoussaient et qu ils se brisaient rapidement Pour ce qui 63 est du Percol 351 ce fut la premi re fois o les flocs ne se brisaient pas et ils d cantaient tr s bien le pourcentage de s dimentation obtenu a t le plus lev de tous les essais soit 35 3 apr s 1170 minutes cette concentration toutefois le co t de polym res sera lev sinon prohibitif Enfin la s dimentation avec le Percol 155 tait meilleure qu plus faible concentration mais d j les flocs commen aient se repousser et le gonflement de la boue se pr parait Finalement la concentration de polym res fut augmenteea 1 88 kg t de pr cipit sec Les r sultats de ces derniers essais de s dimentation au sont pr sent s au Tableau 14 Tableau 14 S dimentation en fonction du temps pour une concentration en polym res de 1 88 kg t de pr cipit sec 60 23 5 34 6 20 3 24 6 135 28 9 28 9 26 7 28 9 300 35 3 35 3 28 9 31 0 1170 35 3 35 3 31 0 32 1 O Cette concentration de polym res est trop lev e sauf pour Percol 351 La boue de pr cipit se gonflait beaucoup tous les flocs se brisaient et la floculation ne paraissait pratiquement plus Comme pour une concentration de 1 41 kg t le Percol 351 agissait bien dans la boue de pr cipit la s dimentation tait maximale et la boue ne gonflait pas encore Cependant les
29. des valves pour un lavage dans le sens normal ou inverse Les produits utilis s sont la discr tion des usag s Pour tous les num ros de valves employ es se r f rer la figure 2 LAVAGE NORMAL La position des valves est Similaire celle d une d shydratation normale Le bassin d alimentation en solution nettoyante est B05 La sortie se fait en BOG VALVE POSITION DESCRIPTION 1 ouvert alimentation du filtre presse 2 ouvert alimentation du filtre presse 3 ferm e nettoyage inverse 4 ferm e drainage du coeur du filtre 5 ouvert Sortie du lixiviat 6 ouvert Sortie du lixiviat 7 ouvert Sortie du lixiviat 8 ferm e purge d air Ouvrir la valve r gulatrice 9 40 PSI pour effectuer le nettoyage LAVAGE INVERSE Le bassin d alimentation en solution nettoyante est B05 La sortie se fait au drain VALVE POSITION DESCRIPTION 1 ouvert sortie du filtre presse 2 ferm e alimentation du filtre presse 3 ouvert nettoyage inverse 4 ouvert sortie au drain 5 ferm e sortie du lixiviat a 6 ouvert alimentation de la partie sup rieur du filtre F 7 ouvert alimentation de la partie sup rieur du a filtre 8 ferm e purge d air F Ouvrir la valve r gulatrice 9 40 PSI pour effectuer le nettoyage r De i ape r e GE A A TAERA 3 T J eee as a ANNEXE B SCHEMA DU MONTAGE DU LEAF TEST KIT 117 KOMLINE SANDERSON INSTRUCTION MANUAL C e RDVF TEST LEAF _
30. des normes plus s v res sur les missions a riennes de Hg HCI Pb et Cd Apr s les lectrofiltres les gaz de combustion sont refroidis de 270 C 110 140 C par un jet d eau puis ils p n trent au fond duii purateur sec form d un cyclone qui limine les grosses particules des cendres volantes Les gaz sont ensuite trait s la chaux hydrat e en poudre qui est inject e avec de l air comprim par une buse unique dirig e vers le bas dans le passage du gaz Ce syst me de d pollution du gaz antratne la formation une chaux us e qui repr sente la C U Q 30 du poids des cendres volantes La composition inorganique des cendres de d chets municipaux a t tudi e par plusieurs chercheurs Le Tableau 1 tir de Theis et Gardner 1990 reporte des valeurs trouv es dans la litt rature Les sources des m taux sont nombreuses Linak et Wendt 1993 ont essay de r pertorier quelques sources de m taux toxiques D apr s eux l incin ration de stabilisants de mati res plastiques g n re du chrome cuivre plomb tain et du zinc On trouve aussi du chrome dans les peintures les ounces les vernis certaines briques r fractaires Tout seine le chrome le nickel est utilis dans la fabrication d acier inoxydable L arsenic est pr sent dans les insecticides les vernis de protection du bois le verre les pigments et les semi conducteurs A L antimoine le chrome le plomb et le baryum sont en gran
31. e Les Percol 728 455 et 351 assure peu pr s la m me efficacit de s dimentation a long terme Cependant le Percol 351 permet d obtenir une s dimentation l g rement meilleure un peu plus rapidemment en plus d tre efficace de faibles concentrations e Comme pour les T S C le Percol 351 est le meilleur choix La concentration de 0 5 kg de polym re t cendres s ches donne les plus bas T S C et permet une bonne s dimentation assez rapide sans gonflement de la boue 4 1 2 Floculation du r sidu m tallique Essais de T S C Comme la boue du r sidu m tallique pr sentait un pH variant de 8 2 8 8 un polym re de type non anionique et trois polym res de type anionique furent essay s Encore une fois ces polym res ont t sugg r s par Monsieur Serge Baril de la compagnie Allied Colloid Pour le Percol E 10 peu anionique des concentrations variant de 0 0 85 kg de polym res par tonne de r sidu sec r s furent essay s Les T S C observ s variaient principalement de 18 4 secondes 13 4 secondes pour des gammes de concentrations de polym res inf rieure 1 0 kg par tonne de r sidu sec Le plus bas T S C est de 13 4 secondes lorsqu il y a une concentration de 59 0 43 kg poly tr s Au del de cette concentration les flocs gonflaient et la boue n tait m me plus manipulable Il tait tr s difficile d avoir une boue homog ne qui floculait bien car elle se divisait en deux phases soient
32. filtration taient suffisants et laissaient m me 10 minutes de sursis au cas o il se produirait une avarie quelconque ou un arr t n cessaire Tableau 15 D shydratation des cendres trait es avec le filtre presse r EET n Essai Percol ST 2 ST ST MES of Vol Temps Nb de Capacit 351 entr e g teau filtrat filtrat fit filtr chambre de filtr Ae A 2 mg L L h kg m h args F 1 d 1 0 55 8 6 39 5 1 5 523 30 l 14 03 2 0 27 13 8 40 3 1 4 190 25 l 18 79 3 0 30 13 2 48 2 1 6 252 20 14 32 4 0 29 13 9 44 9 1 5 455 20 l 15 13 _ ee 66 Pour les quatre essais similaires men s dans les m mes conditions d op ration il n y a pratiquement eu aucun probl me La filtration se faisait extr mement facilement et tr s rapidement Les g teaux d collaient tr s facilement des toiles en une seule norme galette Il fallait par contre faire attention au c ur du g teau qui tait un peu difficile purger car il tait tr s sec Le Tableau 15 montre les r sultats des essais accomplis avec le filtre presse pour la d shydratation de la boue de cendres trait es Ces r sultats d montrent que la d shydratation sur filtre presse est efficace Une capacit de filtration en moyenne de 15 6 kg m h fut obtenue Cela signifie qu un filtre presse d un m tre carr de surface produirait chaque heure 15 kg de g teau contenant presque 43 de solides totaux Le conditionnement de l
33. g teau soit pour en faciliter la manutention soit pour permettre une exploitation optimale des quipements de d shydratation La combinaison de boues min rales denses d carbonatation lavage de gaz sulfate de calcium boues de papeterie etc avec des boues biologiques est galement profitable Les apports de mati res s ches pour tre efficaces sont en g n ral de l ordre de 20 40 des mati res en suspension MES initiales des boues Degr mont 1989 2 2 5 Conditionnement lectro acoustique osmose Ce proc d constitue davantage une am lioration du conditionnement chimique qu un proc d de conditionnement en lui m me Il combine un processus d lectro osmose qui entra ne l eau en dehors des capillaires vers la surface et un traitement aux ultrasons qui oriente les particules dans leur position la plus stable facilitant ainsi le drainage travers le g teau de boues Ce conditionnement peut tre combin la d shydratation sur filtres presses et sur filtres bandes Des 20 gains de siccit d passant 10 ont t observ s en laboratoire par l utilisation de ce proc d Toutefois la mise en application de cette technologie l chelle industrielle demeure on reuse Degr mont 1989 Un syst me de filtres presses plateaux incluant un traitement par lectro osmose a t d velopp au Cours des derni res ann es au Japon Kondoh et Hada 1990 Ce nouveau type de filtre pre
34. la menuiserie et de la main d oeuvre pour l installation Les diff rents co ts sont donc les suivants Convoyeur 11 398 00 taxes incluses Menuiserie 3 419 40 taxes incluses e Installation 3 419 40 taxes incluses e Filtre sous vide 47 1 pi 113 980 00 taxes incluses e Coiit total de l investissement 132 216 80 taxes incluses Si cet investissement est amorti sur 20 ans et que le taux d int r ts est de 10 le co t r el par ann e pour cet appareil de d shydratation est de 15 530 00 calcul l aide de l quation suivante 7 sani Co t an Di i i o I investissement de d part N nombre d ann e de remboursement 1 taux d int r t A ce co t il faut rajouter ceux de l lectricit de la main d uvre des r parations et de l approvisionnement en eau potable soit 86 e lectricit 15 kW X 8 h 0 056 par kWh 2 795 70 ann e taxes incluses e Op ration 1 homme 1 heure par jour soit 365 heures ann e 17 50 heure 6 387 50 ann e e R paration environ 5 de l investissement filtre amp 5 699 00 ann e taxes incluses e Approvisionnement en eau potable cet appareil requiert 19 litres d eau la minutes donc 3 328 800 litres ann e La ville de Qu bec vend son eau 0 65 pour 4 546 litres 542 50 ann e taxes incluses En r sum les diff rents co ts annuels d frayer pour d s
35. le T S C est en moyenne de 9 5 secondes Il diminue jusqu 8 2 secondes et remonte par la suite C est une concentration de 0 6 kg poly t c t qui donne le meilleur T S C et donc la meilleure filtrabilit A cette concentration le co t de polym re est acceptable tant donn que la boue de cendres tait d j conditionn e avec le Percol 789 lors du proc d de d contamination des essais de T S C avec ce polym re furent aussi exp riment s On a obtenu un temps de succion capillaire moyen de 8 6 secondes une concentration de 0 9 kg poly t c t pour le Percol 789 C est le plus petit T S C obtenu dans ce cas ci Cependant si la concentration 53 augmente quelque peu les T S C deviennent tr s grand Dans un tel cas une simple variation de la concentration de la masse volumique ou du pourcentage de solide total pourrait entra ner une tr s mauvaise filtrabilit C est un danger important li l utilisation de polym re Lors de l entreposage de la boue de cendre dans des seaux de 20 litres le pH variait easement passant de 7 0 6 8 Des essais de T S C avec les Percol 455 et 728 deux polym res l g rement cationique furent exp riment s cause de cette petite variation de pH Pour ce qui est du Percol 455 le plus petit T S C de 8 8 secondes est obtenu 0 7 kg poly t c t Il permet une bonne floculation mais avec un T S C un peu plus grand que pour le Percol 351 Avec le Percol 728 un T
36. passe pas 16 alors qu elle tait de 20 sur le filtre presse Le conditionnement des r sidus m talliques devrait augmenter la siccit du g teau Les quatre essais de filtration sous vide suivants avaient pour but de comparer l effet de la variation de la vitesse de rotation del RPM 4 RPM le pourcentage de submergence tant 60 De plus les pr cipit s m talliques furent conditionn s avec le polym re Percol 338 raison de 0 5 kg t Le Tableau 22 pr sente les r sultats de ces quatre essais Des capacit s variant de 3 12 6 84 Ib pi h ont t obtenues Celles ci sont l g rement plus lev es que lors des essais o l on n utilisait pas de polym res et par le fait m me plus lev es que 76 Tableau 22 Troisi me s rie d essais pr liminaires de d shydratation du r sidu m tallique avec le filtre sous vide A o mg L Ib pi h ora filtrat 1 25 235 6 84 10 0 48 60 2 4 2 15 8 1 26 111 4 69 11 0 47 60 3 4 2 16 0 1 31 114 3 59 12 0 47 60 4 4 1 16 0 1 25 104 3 12 lors des essais sur filtre presse Le pourcentage de solides dans les g teaux n a pour sa part pas t modifi par le conditionnement du pr cipit m tallique tout comme la siccit qui ne fut pas augment e comme esp r L utilisation du Percol 338 tout de m me des effets positifs la teneur en MES dans le filtrat a chut et le d collement du g teau sur les toiles a t facilit Pour les essais de d
37. presse 66 Tableau 16 Premi re s rie d essais pr liminaires de d shydratation des cendres trait es avec le filtre sous vide 68 1X Tableau 17 Seconde s rie d essais pr liminaires de d shydratation des cendres trait es avec le filtre sous vide 69 _ Tableau 18 D shydratation des cendres trait es avec le filtre sous vide 70 Tableau 19 D shydratation du r sidu m tallique avec le filtre presse _ 73 Tableau 20 Premi re s rie d essais pr liminaires de d shydratation du r sidu m tallique avec le filtre sous vide 75 em ee Tableau 21 Seconde s rie d essais pr liminaires de d shydratation du r sidu m tallique avec le filtre sous vide _ 76 a A Tableau 22 Troisi me s rie d essais pr liminaires de d shydratation du r sidu m tallique avec le filtre sous vide 77 Tableau 23 D shydratation du r sidu m tallique avec le filtre sous vide aux meilleures conditions identifi es E 78 Tableau 24 Caract ristiques des filtrats mg L de la boue de cendres trait es filtre presse 80 Tableau 25 Caract ristiques des filtrats mg L de la boue de cendres trait es filtre sous vide 80 Tableau 26 Caract ristiques des filtrats mg L de la boue du r sidu m tallique filtre presse 81 Tableau 27 Caract ristiques des filtrats mg L de la boue du r sidu m tallique filtre sous vide 82 Tableau 28 R sultats du test de lixiviation TCLP mg L 83 LISTE DES FIGURES
38. sans transport pour l enfouissement comme d chet dangereux tait de 200 US t ISLR 1987 Le co t en 1993 de disposition de la chaux us e chez Stablex par la stabilisation chimique suivie de l enfouissement est de 222 t Stablex conversation avec M Benoit Delisle de la C U Q tant donn les coiits assez lev s la C U Q envoie seulement les chaux us es chez Stablex 3 000 t ann e 222 t la stabilisation de 9 000 tonnes de cendres volantes de la C U Q co terait environ 2 000 000 par ann e Pour ce qui est des trois technologies de stabilisation thermique vitrification encapsulation et liaison thermique elles semblent prometteuses mais leurs co ts ne sont pas encore vraiment d termin s La vitrification suivie de l enfouissement sanitaire co terait environ 500 t A ce prix il en couterait environ 4 500 000 par ann e pour stabiliser les 9 000 t de cendres volantes de la C U Q Devant ces co ts de gestion lev s plusieurs chercheurs ont tent d extraire les l ments de valeurs contenus dans les cendres de diverses sources Theis et Gardner 1990 15 D contamination des cendres volantes d incin rateur Olivier et Carey 1976a et 1976b ont essay de rentabiliser l extraction du phosphate et des m taux 12 des cendres totales d incin ration de boues d puration par un proc d avec H SO 60 Suivi de la r cup ration des m taux par lectroplaquage Les
39. sur lit de s chage assist d un syst me de vide a t propos e Le principal avantage de cette approche est de r duire le temps de d shydratation des boues et ainsi de diminuer les effets inh rents aux conditions climatiques Ce nouveau syst me a t discut par Metcalf amp Eddy Inc 1992b Une am lioration du rendement des lits de s chage peut tre obtenue par l ajout de poly lectrolytes ce qui permet de hausser consid rablement les vitesses de drainage Banks et Lederman 1990 D s que la dimension de la station le permet la solution la plus s re est de pr voir un poste de filtration m canique de secours pour les p riodes de l ann e o les lits ne sont plus op rationnels 31 L utilisation combin e de lits de s chage pour la p riode estivale et de lits de cong lation d cong lation pour la p riode hivernale est galement d int r t particuli rement pour des r gions temp r es comme au Qu bec Cette combinaison a d ailleurs t sugg r e par Marklund 1990 de Su de La d shydratation sur lits de s chage de boues d tangs a r s facultatifs conditionn es chimiquement ou par gel d gel a d ailleurs t test e avec succ s au Qu bec Desjardins et al 1991 2 3 8 Lits de cong lation La capacit de la cong lation d cong lation de favoriser la d shydratation des boues est connue depuis plusieurs d cennies Une des premi res observations en ce sens a t faite p
40. test de lixiviation pour s assurer que l enfouissement dans un site ordinaire tait possible et sans danger pour l environnement Pour ce qui est des g teaux du pr cipit m tallique ils ont t envoy s quelques entreprises m tallurgiques pour tude plus approfondie sur les possibilit s de valorisation des m taux lourds 4 3 1 Composition du filtrat des cendres trait es Le tableau 24 pr sente l analyse des m taux et mati res en suspension contenues dans le filtrat de la boue de cendres trait es pour les quatre essais avec le filtre presse r alis s avec les param tres d op ration optimaux Le tableau 25 montre les m mes r sultats pour les trois essais effectu s avec le filtre sous vide aussi avec les param tres d op ration optimaux Les r sultats ont que le les concentrations de m taux et de mati res en suspension dans les filtrats sont inf rieures aux normes de rejet l pout Il est noter que les mati res en suspension dans le filtrat sont toujours sup rieures lorsque le proc d de d shydratation par filtre presse est utilis Les concentrations de calcium de fer et de magn sium peuvent para tre lev s premi re vue mais il faut se rappeler que ces l ments constituaient la majeure partie des cendres avant traitement On constate galement que les concentrations r siduelles sont minimes par rapport aux concentrations avant traitement Apr s le proc d de d contamination le
41. 0 g L et son pH presque toujours 7 0 La boue de pr cipit m tallique avait par contre une allure vraiment diff rente Celle ci tait tr s liquide et on ne pouvait y distinguer les particules solides tellement elles taient petites D ailleurs le contenu en solides totaux tait en moyenne de 4 0 La nage volumique se situait aux alentours de 1 025 g L et les valeurs de pH variaient de 8 2 8 8 tant donn les diff rences dans les propri t s physiques des deux boues les essais de floculation et de d shydratation ont d tre effectu s ind pendamment sur chacune d elle 3 3 2 Composition chimique Le Tableau 5 pr sente le contenu en m taux des cendres avant et apr s le traitement de d contamination Le contenu en m taux apr s le proc d correspond donc celui avant la d shydratation Le contenu en m taux du r sidu m tallique avant la d shydratation a aussi t analys Le Tableau 6 montre les valeurs moyennes obtenues Tableau 5 Contenu en m taux des cendres mg kg avant et apr s la d contamination chimique 22 Pb Cd Ca S Zn Cendres avant traitement 2374 173 191334 381 1452 45 2 40981 11256 Ecart type 804 53 15885 66 1 2242 79 5122 2472 Cendres apr s traitement 1547 26 3 86483 411 1 12579 32 0 54669 4390 Ecart type 250 8 14 5 30231 789 5075 103 12417 5178 j On obtient une valeur plus grande qu avant le traitement d une solubilisation des l ments majeurs et non
42. 5 Tableau 2 tudes de lixiviation sur le terrain 11 Tableau 3 chelle de performance des filtres presses Degr mont 1989 25 Tableau 4 chelle de performance des filtres bandes presseuses Superpress Degr mont 1989 29 Tableau 5 Contenu en m taux des cendres mg kg avant et apr s la d contamination chimique 40 Tableau 6 Contenu en m taux du r sidu m tallique mg kg avant la d shydratation 4 Tableau 7 S dimentation en fonction du temps pour une concentration en polymeres de 0 4 kg t de cendres s ches 56 Tableau 8 S dimentation en fonction du temps pour une concentration en polym res de 0 6 g t de cendres s ches 57 Tableau 9 S dimentation en fonction du temps pour une concentration en polym res de 0 8 kg t de cendres s ches 57 Tableau 10 S dimentation en fonction du temps pour une concentration en polym res de 1 0 kg t de cendres s ches 58 Tableau 11 S dimentation en fonction du temps pour une concentration en polym res de 0 47 kg t de pr cipit sec 62 Tableau 12 S dimentation en fonction du temps pour une concentration en polym res de 0 94 kg t de pr cipit sec 62 Tableau 13 S dimentation en fonction du temps pour une concentration en polym res de 1 41 kg t de pr cipit sec 63 Tableau 14 S dimentation en fonction du temps pour une concentration en polym res de 1 88 kg t de pr cipit sec 64 Tableau 15 D shydratation des cendres trait es avec le filtre
43. 548 0 717 lt 05 lt 0 5 3 95 0 656 1731 lt 05 lt 05 lt 0 5 198 144 lt 05 573 537 0 717 lt 05 lt 0 5 N 600 5 5 5 10 2 2 N norme de rejet l gout 4 3 3 Caract risation des g teaux tant donn la faible concentration de m taux lourds dans les filtrats leur pr sence dans les g teaux devrait tre semblable celle des boues avant la filtration section 3 3 C est effectivement ce qui a t observ Les g teaux des cendres ont t soumis des tests de lixiviation pour confirmer qu ils respectaient les normes qu b coises Trois diff rents tests de lixiviation furent r alis s Le tableau 28 pr sente les r sultats du test TCLP qui est le test de r f rence au Qu bec depuis janvier 1998 Les valeurs moyennes des m taux contenus dans les lixiviats sont conformes aux normes qu b coises ainsi qu aux normes am ricaines Il est noter que la norme qu b coise a recemment t amend e et que la concentration maximale autoris e est pass e de 2 mg L 0 5 mg L Comme pour la norme canadienne Tableau 28 R sultats du test de lixiviation TCLP mg L A Pb Cd Cr Cu Eee Ni O A R sultats 321 029 0 04 130 010 025 7 70 Normes USA 5 00 1 00 5 00 x x Normes Qc 5 00 0 50 5 00 10 0 4 4 Etude technico conomique Suite aux essais de floculation et de d shydratation une tude technico conomique a t effectu e Celle ci se divise en deux parties soit celle
44. APHA APHA 1989 savoir la m thode 2540B pour les solides totaux et la m thode 2540D pour les mati res en suspension 49 3 6 4 Appareils d analyse Les m taux ont t analys s principalement sur un spectrom tre mission de plasma Inductively Coupled Plasma ICP mod le Atom Scan 25 de Thermo Jarrel Ash Corporation avec chantillonneur automatique Un talon est labor pour chaque type de milieu tudi g teaux filtrat de cendres et filtrat de pr cipit m tallique afin de reproduire la matrice complexe des diff rentes solutions analys es Pour le Pb et le Cd les chantillons ont t analys s l aide du spectrom tre atomique la flamme SpectrAA 20 de marque Varian 3 6 5 Digestion des chantillons Des chantillons de g teaux de pr cipit m tallique ont t dig r s afin de conna tre leur contenu en m taux totaux La m thode utilis e est la m thode standard de digestion utilis e au laboratoire de l INRS Eau Bastille et al 1989 0 5 g d chantillon r agit 30 minutes avec 15 ml d acide nitrique concentr HNO sous reflux 350 C Apr s vaporation sec 200 C 4 ml d acide perchlorique HCIO sont ajout s et le tout est chauff 350 C pendant 30 minutes Apr s ajout de 10 ml d acide fluorhydrique HF la solution est vapor e sec 200 C pour achever la r action Le solide obtenu est ienis en solution avec de l acide chlorhydrique HCI 5
45. L denies les r glements sur les d chets dangereux Environnement Qu bec 1989 Bureau R gion de Qu bec MENVIQ donn es obtenues aupr s de Jean Pierre L tourneau Trois tudes majeures ont permis de d montrer que les m taux des cendres volantes plac es dans un monofill peuvent tre lessiv s de fortes concentrations Le Tableau 2 donne un aper u global des r sultats de ces tudes Fighmy et al 1989 qui ont effectu une tude en lysim tre ont trouv de fortes concentrations de Pb tr s peu de produits organiques ainsi que des chlorures sulfates potassium sodium calcium et 10 Tableau 2 tudes de lixiviation sur le terrain i p y oo ie ee Sr thea te Mt r 7 aun panne En J ORS sol baa re z Fe su bite se HI LATE ta Shey Se eee i gt z i SET er ns Ta ILE Er si i Ari es TE ere h Ei TR 7 Lele a his oo 17 ET ELSI ed EE k Tie eee se i CEE UE i Eni muai F LE H Saree ARE ig 0 1 44 Cr 1 80 6 1530 1 91 4 Pb 1 190 12 2920 5 2920 Hg 0 05 1 1 8 0 005 8 Se 2 5 37 SER rapport dans Theis et Gardner strontium pH 10 12 Theis et Gardner 1990 D apr s le Tableau 2 et l tude de Eighmy et al 1989 il devient vident que les cendres volantes rel chent actuellement des quantit s importantes de m taux dans leur lixiviat des concentrations qui sont beaucoup plus fortes que celles permises par les r glements sur les d c
46. Le vl Universit du Qu bec INRS Eau D shydratation des cendres trait es et de r sidu m tallique lors de la d contamination des cendres volantes d incin rateur de d chets municipaux par Chantal Marcotte B Sc G nie Chimique M moire pr sent pour l obtention du grade de Maitre s sciences M Sc CONFIDENTIEL A t d confidentialis en 2014 Jury d valuation Examinateur Externe Monsieur Fran ois G Bri re D partement de g nie civil Ecole Polytechnique Examinateur interne et Monsieur Jean Fran ois Blais codirecteur de recherche INRS Eau Universit du Qu bec Directeur de recherche Monsieur Denis Couillard INRS Eau Universit du Qu bec 10 08 1998 Droits r serv s de Chantal Marcotte REMERCIEMENTS Je tiens remercier sinc rement mon directeur d tudes Monsieur Denis Couillard qui m a permis de participer un beau projet d actualit au sein d une quipe formidable La confiance qu il avait en moi son dynamisme son support moral ainsi que sa tr s grande compr hension m ont aid amener cette recherche terme De plus je tiens remercier tout particuli rement Monsieur Jean Fran ois Blais codirecteur qui m a apport le souffle final pour me permettre de terminer ces tudes Sa grande disponibilit sa patience son efficacit son support technique ses grands conseils et j en passe m ont apport la motivation n cessair
47. Le lixiviat est alors filtr puis acidifi avec HNO pH lt 2 Le TCLP est effectu sur les cendres avant traitement et sur celles la sortie du proc d c est dire sur les g teaux de cendres la fin de la d shydratation SI 4 R SULTATS ET DISCUSSION 4 1 Comparaison des r actifs de conditionnement Que ce soit pour la boue de cendres trait es ou celle du pr cipit m tallique plusieurs polym res furent test s Dans un premier temps des essais de mesure de temps de succion capillaire ont te faits sur un appareil sp cialement con u cet effet Ces mesures ont permis de fixer dans le cas des deux boues le polym re le plus performant ainsi que sa concentration optimumale Par la suite des essais de s dimentation a long terme ont t effectu s Ceux ci permettaient de confirmer les r sultats obtenus avec les T S C C est lors de ces tests que les concentrations de polym res trop lev es ont t d termin es par l aspect g n ral du floc pr sentant une trop grande r tention d eau 4 1 1 Floculation des cendres trait es Essais de T S C Comme la boue de cendres trait es avait un pH neutre un polym re non anionique fut essay Monsieur Serge Baril de la compagnie Allied Colloid nous a propos le Percol351 Des concentrations variant de 0 mg l 120 mg l 0 kg polym re poly t cendres trait es c t 1 8 kg poly t c t ont t exp riment es A une concentration presque nulle
48. a boue du r sidu de pr cipitation m tallique la siccit du g teau obtenu sur le filtre presse est assez bonne avec 20 4 en moyenne Les solides totaux l entr e ont t cependant beaucoup plus faibles avec environ 4 43 Les MES des filtrats en moyenne 242 mg L ne causaient pas de probl mes pour le rejet l gout La capacit de filtration pour le r sidu m tallique a t de 6 94 kg m h ce qui s approche davantage de la gamme pr vue dans le cas des boues produites aux stations d puration des eaux us es municipales 1 5 10 selon Degr mont 1989 La filtration sur filtre presse des r sidus m talliques semble donc facilement envisageable La filtration sous vide de cette boue l aide du simulateur qu est le leaf test kit a donn des r sultats un peu moins int ressants car le g teau obtenu avait une siccit faible d en moyenne 13 3 de solides totaux Celui ci tait plus difficile manipuler La capacit de filtration moyenne obtenue a t de 25 7 kg m h Ces r sultats indiquent que la filtration sous vide pour le r sidu m tallique tait un peu moins appropri e Cependant il faudrait faire une comparaison conomique plus fine de ces deux appareils avant de fixer une conclusion d finitive Un troisi me type de s paration solide liquide a t envisag il s agissait du pressoir rotatif Les industries Fournier ont effectu es une simulation l chelle r duite en laborat
49. a boue est n cessaire mais de tr s basses aineena soit ama 0 35 kg du Percol 351 par tonne de cendres s ches Les solides totaux des g teaux sittagi d un essai l autre ce sujet il faut noter que la boue brute pour l essai 1 contenait 8 6 de solides alors que pour les trois autres essais la boue en contenait 13 8 Cependant la concentration de 40 de solides dans les boues est interessant surtout que dans tous les cas il tait possible de transporter le g teau dans les mains en un seul morceau sans qu il se brise La qualit des filtrats tait aussi tr s bonne les normes de rejet l gout pour les mati res en suspension et les m taux taient respect es et le filtrat tait tr s clair Ces r sultats sont pr sent s plus en d tail la section 4 3 Le filtre presse fonctionne en discontinu il est n cessaire qu un technicien veille son op ration en tout temps D shydratation sur filtre sous vide Tout comme pour le filtre presse quelques essais pr liminaires furent n cessaires afin de d terminer quelle toile permettait un bon collage rapide d une premi re couche de cendres sans colmatage tout en produisant une bonne qualit du filtrat La toile 2019 fut choisie 67 Par la suite d autres essais ont t men s en faisant varier le pourcentage de submergence du tambour du filtre et le nambie de minute pour effectuer une rotation du tambour Le protocole exp rimental utilis est celu
50. an du floc est souvent profitable mais une agitation prolong e et trop forte peut dans certains cas d t riorer la filtrabilit des boues conditionn es Les poly lectrolytes synth tiques polym res sont aujourd hui largement employ s pour le conditionnement des boues d puration La floculation renforce l action de coagulation L ajout de polyelectrolytes apr s celui des coagulants permet une floculation extr mement marqu e par formation de ponts entre particules grace aux longues chaines ramifi es des polym res Les 17 poly lectrolytes cationiques sont surtout performants pour le conditionnement de boues teneur lev e en mati res organiques colloidales ou teneur lev e en fibres cellulosiques Les poly lectrolytes anioniques sont quant eux surtout utilis s avec les suspensions boueuses caract re min ral pr pond rant boues denses hydrophobes boues d hydroxydes m talliques Denci de deux poly lectrolytes anionique et cationique permet de r duire le co t global du dite de certaines boues ou d obtenir une floculation plus efficace Pour certaines applications d shydratation sur filtre presse par exemple le poly lectrolyte peut tre noce un sel m tallique pr coagulation au sel ferrique et ensuite constitution d un floc moins hydrophile a l aide du poly lectrolyte Les poly lectrolytes habituellement fournis en poudre sont dans un premier temps dilu s dans u
51. ar Babbitt 1931 qui a not que les boues se drainent et se s chent beaucoup mieux au printemps lorsqu elles ont subit une cong lation pr alable pendant la p riode hivernale Cette am lioration de la d shydratation est attribuable la formation de cristaux de glace qui croissent en iitorarait des mol cules d eau pure dans leur structure Ce faisant les impuret s comme les solides des boues sont rejet es par le front de glace o elles sont compress es et d shydrat es Lors de la fonte de la glace les solides des boues demeurent dans leur tat compress ce qui favorise le drainage et la d shydratation des boues Vesilind et Martel 1990 Vesilind et al 1991 Apr s plusieurs ann es de recherche le U S Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory a d velopp une nouvelle unit op rationnelle de d shydratation appel e lit de cong lation freezing bed Martel 1991 1993 Ce syst me conomique est la version nordique des lits de s chage et semble fort int ressant pour les conditions climatiques rencontr es au Qu bec Il est constitu d un bassin rectangulaire en b ton assez profond pour recevoir successivement ieis couches de boues d environ 8 cm chacune des couches est d pos e apr s le gel de la couche pr c dante Au Qu bec durant la saison hivernale une paisseur d environ 1 m de boues peut tre congel e Le fond du lit est quip d un circuit de drainage dans u
52. articules fines ces appareils sont r serv s la d shydratation de boues fines traitement de surface boues de clarification et de d carbonatation 27 Le filtre presse monocellulaire plateaux membranes horizontaux syst me SOEEZOR fonctionne en mode d op ration continu La filtration se fait selon le principe de filtration en couche mince 3 6 mm par l interm diaire d un syst me plateau et membrane Il comprend un filtre bandes presseuses simplifi avec pr conditionnement au poly lectrolyte gouttement en zone de drainage et pr pressage dans la zone d enroulement et une chambre tanche de filtration Les capacit s de filtration de cet quipement sont 15 20 fois sup rieures celles d un filtre presse classique Pour assurer une op ration en continu l ensemble de la presse est mobile et avance avec les toiles Les temps de pressage tant tr s courts 1 2 minutes il est pr f rable de r server cet appareil des boues pr sentant apr s conditionnement aux poly lectrolytes de faibles soeces de compressibilit et des siccit s limites sup rieures 35 boues peu hydrophiles 2 3 4 Filtration sur bandes presseuses La filtration sur bandes presseuses est tr s utilis e pour plusieurs raisons 1 grande facilit d exploitation 2 faible co t d exploitation et co t d investissement mod r 3 continuit du proc d 4 simplicit de la m canique et 5 production de
53. ateau Il faudrait donc augmenter le pourcentage de submergence 60 ce qui diminuerait simultan ment la dur e du temps du S chage Probablement que en serait augment e et que le g teau serait aussi sec Le filtrat tait moins clair que lors des essais sur filtre presse cependant les mati res en suspension r pondaient aux normes de rejet l gout L aj out du Percol 338 fera s rement diminuer la quantit de MES 75 Quatre autres essais sur le filtre sous vide furent men s les r sultats sont pr sent s au Tableau 21 Cette fois le pourcentage de submergence fut fix 60 et la vitesse de rotation du tambour variait de 1 RPM 4 RPM Le Percol 338 n a pas encore t utilis pour ces essais Tableau 21 Seconde s rie d essais pr liminaires de d shydratation du r sidu m tallique avec le filtre sous vide Essais sub RPM ST entr e ete rie 3 5 60 l 4 5 15 8 1 46 313 6 49 6 60 2 4 4 15 8 1 48 225 4 42 7 60 3 4 4 16 2 1 47 143 3 65 8 60 4 4 5 16 8 1 51 155 3 06 Les capacit s de filtration sont sup rieures celles obtenues 37 de submergence Elles varient de 3 06 6 49 Ib pi h Au filtre presse les capacit s de filtration ne d passaient pas 1 49 1b pi h alors qu ici elles atteignent des valeurs au dessus de 6 Ib pi h De plus les g teaux aii tout aussi secs m me 60 de submergence ils ont le temps de coutes Par ailleurs la siccit des g teaux ne d
54. ation en fonction du temps pour une concentration en polym res de 0 8 kg t de cendres s ches Temps min Percol789 Percol728 Percol455 Percol351 Percol E 10 30 28 40 40 44 40 90 30 42 42 44 42 450 30 44 44 45 44 1170 34 45 48 48 46 En augmentant la concentration en polym res 0 8 kg t cendres s ches les r sultats demeurent encore une fois sensiblement les m mes Le Tableau 9 illustre ces r sultats Ici aussi le Percol 789 n agit pratiquement pas Les quatre autres polym res agissent par contre tr s bien Ils permettent d atteindre tout pr s de 50 de s dimentation apr s 1 170 min alors que les Percol 728 et E 10 assurent un pourcentage de s dimentation de 45 et 46 respectivement comparativement 48 pour les Percol 455 et 351 Encore une fois le Percol 351 agit plus 57 rapidement 30 minutes la boue de cendres m lang e avec 0 8 kg de ce polym res par tonne de cendres s ches assurant d j un pourcentage de s dimentation de 44 Enfin nous avons tudi une derni re concentration soit 1kg de polym res par tonne de cendres s ches trait es Le Tableau 10 rapporte les pourcentages de s dimentation obtenus en fonction du temps Tableau 10 S dimentation en fonction du temps pour une concentration en polym res de 1 0 kg t de cendres s ches a iat Perc i Percol455 Percol351 Percol E 10 30 30 36 40 44 34 90 34 40 40 46 36 450 36 42 44 46 40 1170 40 42 46 52 41
55. ation en polym res Les Percol 728 455 351 et E 10 assurent une bonne s dimentation mais le Percol 351 agit plus rapidement Apr s 30 minutes de s dimentation 38 du volume total ne contient plus de particules solides Elles sont toutes descendues vers le fond de l prouvettes et en plus la d marcation entre le liquide et le solide est bien marquee Cependant long terme les Percol 728 455 351 et E 10 ont tous une efficacit quivalente Si la concentration de polym res est augment 0 6 kg t cendres s ches les r sultats sont encore meilleurs Le Tableau 8 montre les pourcentages de s dimentation en fonction du temps obtenus avec cette nouvelle concentration Encore une fois avec le Percol 789 la boue s dimente moins bien qu avec les autres polym res Bien plus le Percol 789 n a aucun effet sur la s dimentation de la boue Les r sultats demeurent les 56 Tableau 8 S dimentation en fonction du temps pour une concentration en polym res de 0 6 g t de cendres s ches Temps min Percol 78 Percol 728 Percol 455 P rcol351 Percol E 10 ee a ny M E IE a 44 ee ry ce i r See fe ae ia ee 7 i r se T aeaa 5 E F i i Fa 30 30 40 42 40 38 90 30 40 42 42 40 450 32 42 44 42 42 1170 36 44 45 45 43 m mes avec ou sans le Percol 789 Pour ce qui est des Percol 728 455 351 et E 10 les r sultats se ressemblent mais le Percol E 10 agit un peu moins rapidement Tableau 9 S diment
56. axes incluses e Installation 3 419 40 taxes incluses e Filtre sous vide 70 pi 136 776 00 taxes incluses e Coiit total de Pinvestissement 149 313 80 taxes incluses Si ce co t est amorti sur 20 ans et que le taux d int r ts est de 10 le co t r el par ann e pour l achat et l investissement de cet appareil est de 17 538 00 ann e Les calculs pour les co ts de l lectricit de la main d ceuvre des r parations et de l approvisionnement en eau potable sont semblables ceux du filtre sous vide pour la boue de 88 cendres Il est noter par contre que le filtre de 70 pi de surface consomme 19 kW en 8 heures plut t que 15 KW en 8 heures En r sum les co ts obtenus sont les suivants e Co t total de l investissement 17 538 ann e lectricit 3 541 ann e e Op ration 6 388 ann e e R paration 6 838 ann e e Eau 543 ann e e Coit total 34 849 ann e Par tonne de cendres avant traitement c a t ce co t est de 26 74 t c a t Finalement il est tr s rare qu un m me filtre sous vide puisse tre utilis pour deux boues diff rentes Si cette possibilit pouvait tre envisag e les co ts seraient moindre Sc nario d utilisation d un filtre presse Afin d optimiser les co ts de d shydratation de la boue de cendres trait es et de celle du pr cipit m tallique un seul filtre presse a t dimensionn en supposant qu il fo
57. boue de cendres seulement conditionnement L tude des co ts de ce dernier sc nario n a pas t compl t parce que les co ts sont excessifs 99 En regardant ces co ts deux sc narios semblent quivalents soit l utilisation de 2 filtre sous vide au co t de 50 50 t c a t et l utilisation d un seul filtre presse au co t de 48 91 tcat Nous recommandons le filtre presse pour trois principales raisons e La siccit du g teau du pr cipit m tallique tait plus grande et celui ci se manipulait plus facilement e L investissement initial est moindre e Il y aura cr ation d un emploi BIBLIOGRAPHIE Adrian D D 1978 Sludge dewatering and drying on sand beds U S Environmental Protection Agency EPA 600 2 78 141 ao t Andreasen I et B Nielsen 1993 A comparative study of full scale sludge dewatering equipment Wat Sci Technol 28 1 37 45 APHA 1989 Standards methods for examination or water and wastewater 17e dition American Public Health Association Washington D C Babbitt H E 1931 Sewage investigations at the University of Illinois Sewage Works 3 4 Bagchi A et D Sopcich 1989 Characterization of MSW incinerator fly ash J of Environ Engrg 115 2 447 452 Banks J A Jr et W K Lederman 1990 Innovative sludge drying bed design Public Works Septembre 112 134 Barbulescu A 1985 Le pressoir rotatif sabot un nouveau venu dans le trai
58. chaux us e Les recherches ont t accomplies sur un m lange de cendres de chaudi res de cendres lectrofiltres et de chaux us e Chaque type de cendre arrive dans des contenants s par s seau en m tal de 20 litres et l homog n isation du m lange est faite en laboratoire Les proportions utilis es pour 35 T chaux recycl es flux gazeux flux sly flux changeur de chaleur flux gazeux T lectrofitre r acteur Na WY N mine cendre de chaudi re cendre de chaux us es m i 50 Kgheure l lectrofitre 63 5 Kg eure 80 Kg heure chambre de combustion Figure 1 Sch ma de l incin rateur de la C U Q effectuer le m lange traiter sont de 25 9 50 kg h de cendres de chaudi re 41 4 80 kg h de cendres d lectrofiltres et 32 9 63 5 kg h de chaux us e Les proportions utilis es pour effectuer le m lange sont fix es selon les chiffres avanc s par Monsieur Alain Chamberland en 1991 Montenay inc Il travaille maintenant pour Tiru Canada inc comme op rateur de l incin rateur de la C U Q 36 3 2 D contamination des cendres d incin rateurs Comme discut auparavant une quipe de chercheurs de l INRS Eau professeur Couillard avait d j une exp rience d une dizaine d ann e dans la mise au point de proc d s conomiques de solubilisation biologique des m taux contenus dans les boues d puration les sols et les s diments L quipe du profe
59. chimique De plus ce traitement permet un paississement important et rapide des boues apr s le traitement cuisson et l obtention de boues d cant es plus de 120 g MES L et m me 200 g MES L La structure des boues est am lior e de sorte qu une filtration sans apport de r actifs est toujours possible De fait de tr s fortes siccit s des g teaux de filtre presse sont atteintes gt 50 ST apr s un conditionnement thermique L implantation du conditionnement thermique requiert cependant un investissement co teux en comparaison au conditionnement chimique De plus le traitement thermique entra ne la production de filtrat fortement charg en mati re organique et en azote ammoniacal qui doit tre recycl en t te de la station d puration Des mesures de pr vention sp ciales doivent aussi tre prises pour limiter les inconv nients occasionn s par la production d odeurs couverture des paississeurs et bassins de r tention limitation des purges des r acteurs de cuisson et d sodorisation de l air dans les principales enceintes cuisson paississement d shydratation Plusieurs syst mes de cuisson des boues peuvent tre utilis s toutefois dans tous les cas on recherche une r cup ration maximale de calories en provenance des boues cuites pour pr chauffer les boues cuire de sorte que l apport exog ne de calories ne correspond qu un r chauffement compl mentaire de l ordre de 25 40 C
60. co conomique consid rant l utilisation d un filtre sous vide pour la boue de cendres trait es et un autre pour la boue de r sidu m tallique a t effectu e en collaboration avec Monsieur B Beard de la compagnie Komline Sanderson C est d ailleurs Monsieur Beard qui nous avait donn quelques recommandations concernant l utilisation du leaf test kit quelques mois auparavant Pour la boue de cendres trait es consid rant la capacit de filtration obtenue lors des essais sur le leaf test kit ainsi que la Son de vide utilis e M Beard sugg re d acheter un filtre sous vide ayant une surface de 47 1 pi Lors des essais une pression de vide de 30 pouces de mercure a t utilis e Cependant d apr s M Beard cette pression est difficile utiliser grande chelle Le filtre sous vide sugg r prend cette modification en compte Il peut d shydrater 7 5 t de cendres en 8 heures ce qui est beaucoup plus que n cessaire Toutefois comme le prix d une unit d shydratant 7 5 t 8 heures n est que 20 000 de plus que celle dont la capacit est tout juste 85 suffisante soit 2 5t 8 heures notre choix s est arr t sur la plus grosse des deux umit s dont le surplus de capacit sert de r serve en cas de besoin ou de difficult Le co t d un filtre sous vide ayant 47 1 pi de surface est de 100 000 ou 113 980 avec les taxes ce prix il faut ajouter les co ts du convoyeur de
61. d investissement et d installation Les diff rents co ts sont les suivants 90 e Convoyeur 11 398 00 taxes incluses e Menuiserie 3 419 40 taxes incluses e Installation 3 419 40 taxes incluses e Compresseur 9118 40 taxes incluses e Filtre presse 50 pi 99 162 60 taxes incluses e Co t total de l investissement 126 517 80 taxes incluses Si le co t total d investissement est amorti sur 20 ans et que le taux d int r t est de 10 le co t r el annuel pour l achat et l installation du filtre presse est de 14 860 00 cela s ajoute les co ts d lectricit d exploitation et de r parations soit e lectricit 30 kW X 8 h 0 056 par kWh 5 591 00 ann e taxes incluses e Op ration 1 homme 6 heure par jour soit 2190 heures 17 50 heure 38 325 00 ann e e R paration environ 5 de l investissement filtre 4 958 13 ann e taxes incluses En r sum les co ts annuels sont les suivants e Co t total de l investissement 14 861 ann e e lectricit 5 591 ann e 91 e Exploitation 38 325 ann e e R paration 4 958 ann e e Coit total 63 735 ann e Consid rant que 3 57 tonnes par jour de cendres devraient tre d contamin es soit 1 303 tonnes par ann e le co t pour un seul filtre presse serait 48 91 t c a t Les deux possibilit s tudi es jusqu ici content 50 50 t c a t pour les deux filtre
62. de 0 196 m Une seule plaque a t employ e pour les essais de d shydratation Les toiles filtrantes employ es avaient une porosit voisine de 50 100 m Les boues ont t d shydrat es jusqu l obtention d une pression hydraulique de 100 psi Pour la boue de cendres trait es le temps de filtration variait de 15 20 min et pour la boue m tallique celui ci variait de 12 31 min 33 2 5 Objectifs sp cifiques de recherche L objectif central de la pr sente recherche porte donc sur la d monstration de la capacit de d shydrater conomiquement les sous produits de d contamination des cendres volantes d incin rateur l aide des technologies usuelles Les objectifs sp cifiques associ s ce projet peuvent se d finir ainsi e Tester et s lectionner les types de polym res permettant la meilleure floculation des sous produits a l tude soit les cendres trait es et le r sidu de pr cipitation m tallique e Optimiser la concentration des polym res retenus pour le conditionnement des deux types de r sidus e Comparer l efficacit de trois quipements de d shydratation soit le filtre presse le filtre sous vide ainsi que le pressoir rotatif e tablir du point de vue technico conomique les meilleures m thodes de d shydratation des cendres trait es et du r sidu de pr cipitation m tallique 34 3 MAT RIELS ET M THODES 3 1 Provenance et caract ristiques des ce
63. de cendres avant traitement ce prix il faut ajouter les co ts pour la d shydratation de la boue du r sidu m tallique L tude conomique pour cette boue n a pas t labor e car juste avec la boue de cendres les prix sont presque deux fois plus lev s que ceux des trois sc narios discut s auparavant Finalement ce dernier sc nario est rejet CONCLUSION Le but de la pr sente recherche tait de d montrer la possibilit de d shydrater conomiquement les sous produits de d contamination des cendres volantes d incin rateur soit les cendres trait es et le r sidu de pr cipitation m tallique en utilisant des technologies usuelles de d shydratation Le premier objectif tait de s lectionner les types de polym res aide floculant permettant la meilleure floculation des sous produits l tude Les polym res Percol 789 728 455 351 et E 10 de la compagnie Allied Colloids furent exp riment s pour la boue de cendres trait es La vitesse de d cantation de la boue et le temps de succion capillaire ont permis de d terminer que le Percol 351 tait le polym re le plus efficace une concentration optimumale de 0 36 kg de polym re par tonne de cendres s ches Pour ce qui est du r sidu m tallique les Percol 338 351 155 et E 10 ont t test s Dans ce cas ci le Percol 338 s av ra le plus efficace une concentration de 0 43 kg de polym re par tonne de cendres s ches Pour les deux b
64. des concentrations dans diff rents types de d chets militaires Ces m taux se trouvent aussi dans les organom talliques et les sels de m taux pr sents dans les fongicides ainsi que dans les d chets m talliques des industries d lectroplaquage Tableau 1 Composition l mentaire repr sentative de cendres de d chets municipaux l ment sah sa Cendres volantes Code de grille A1 0 53 17 6 1 3 24 6 Ca 3 3 27 0 59 11 2 Fe 0 09 87 0 1 32 K 1 1 6 58 0 09 2 4 Mg 0 5 2 1 0 04 0 86 Na 0 97 4 95 0 08 14 2 P 0 04 0 83 S 1 9 3 6 0 27 1 0 Si 0 18 26 6 0 18 18 8 As 2 2 9 4 750 1 3 24 6 Ba g g 88 9000 47 9000 Cd g g lt 1 1120 1 1 442 CI g g 1200 11200 2000 10000 Co g g 25 54 Cr g g 21 1900 13 520 Cu g g 69 2000 630 4281 F g g 155 3100 130 250 Hg g g 0 09 35 0 03 3 5 Mn g g 171 8500 50 3100 Ni g g 38 6 960 110 210 Pb g g 200 26600 110 8000 Se g g 0 48 15 6 lt 2 5 V g g 110 166 Zn g g 800 152000 200 36100 Sawell et Constable 1993 ont analys les contaminants organiques dans les cendres de d chets municipaux Dans les cendres de grille les concentrations de dibenzodioxines polychlor s PCDD et de dibenzofurannes polychlor s PCDF variaient de la limite inf rieure de la limite de d tection 0 43 mg g tandis que les concentrations en hydrocarbure
65. e l laboration de ce m moire Evidemment plusieurs autres personnes ne peuvent tre pass es sous silence Je remercie aussi Monsieur Guy Mercier Monsieur Guy Roberge Madame Christine Sauvageau et Madame Jos e Bourgoin pour leurs conseils judicieux En tout temps leur exp rience dans le domaine et leur patience ont t grandement appr ci es Finalement un gros merci trois personnes qui ont t mes plus grands supporters mon fr re ma m re et S bastien Ils ont toujours continu m encourager dans mes d marches afin de me procurer l nergie et le moral n cessaire l laboration finale de ce m moire iii R SUM La probl matique de gestion des cendres volantes des incin rateurs de d chets municipaux est de plus en plus importante car on doit les enfouir dans des sites s curitaires Par ailleurs il devient de plus en plus difficile de trouver des sites et cette m thode de gestion est tr s co teuse Une quipe de chercheurs de l INRS Eau quipe du professeur Denis Couillard a commenc travailler la fin de l ann e 1991 sur un proc d en laboratoire qui m ne la d contamination de ces cendres c est dire un proc d qui permet la mise en solution des toxiques contenus dans les cendres afin de pouvoir les r cup rer et en faire un r sidu m tallique Suite ce proc d de d contamination des cendres volantes la technologie sp cifique pr sent e ici n
66. e bonne floculation des boues d en am liorer la filtrabilit mais surtout d obtenir un bon d collement des g teaux partie solide de la d shydratation des toiles des filtres Par la suite trois m thodes de d shydratation ont t exp riment es pour chaque boue soit celle des cendres et celle du r sidu m tallique D abord des essais sur un filtre presse de 0 2 pi ont t effectu s dans une usine pilote Par la suite des simulations de la filtration sous vide petite chelle en laboratoire leaf test kit ont t r alis es Finalement les industries Fournier ont fait des essais de laboratoire sur un pressoir rotatif Les param tres suivants ont t tudi s pour tous les essais capacit de filtration siccit des g teaux et des filtrats puis mati res en suspension contenues dans les filtrats Ces trois m thodes de d shydratation ont pr sent un bon potentiel tant pour la boue de r sidu m tallique que pour la boue de cendres trait es Une fois tous ces r sultats compil s et en consid rant qu il faudra d shydrater journellement 18 tonnes de cendres apr s traitement et trois tonnes de r sidu m tallique une br ve tude conomique fut entreprise afin de comparer les co ts pour chaque type de proc d de d shydratation Cette analyse permettra aux chercheurs de cibler le proc d qui reviendra le moins co teux par tonne de cendres avant traitement vi TABLE DES MATI RES
67. e filtration taient beaucoup plus courts que ceux des boues d puration Pour la boue des cendres trait es il a vari de 15 20 min et pour la boue m tallique de 12 31 min Pour ce qui est du nettoyage du filtre le protocole n a pas t suivi puisqu il n y avait pas d eau courante l usine pilote Le nettoyage s est fait la main avec les eaux du filtrat Plusieurs donn es ont t prises lors des essais sur filtre presse Pendant tout le processus de filtration les temps suivants ont t observ s temps de remplissage du filtre temps de filtration temps de purge temps d enl vement des g teaux et temps de nettoyage du filtre Ceux ci taient importants pour les calculs de capacit de filtration et pour l tude technico conomique Pour calculer la capacit de filtration il fallait aussi mesurer la masse volumique et le soureentae de solides totaux des boues avant la d shydratation ainsi que le volume filtr durant l essai chaque essai trois chantillons taient pris un de la boue avant la d shydratation un du filtrat partie liquide de la filtration et un du g teau partie solide de la filtration Le pourcentage de solides totaux pour chacun des chantillons fut mesur afin de v rifier que la majeure partie des mati res solides de la boue se retrouvait bel et bien dans le g teau De plus les mati res en suspension dans le filtrat furent mesur es pour s assurer qu el
68. e fois celui des produits chimiques selon l exp rience de l quipe d assainissement de l INRS Eau dans l tude technico conomique sur des proc d s de d contamination des boues d puration cela donne un co t de 340 t cela il faut ajouter le co t du NaCl et de la chaux en fin de traitement Comme il est tr s peu probable que la valeur commerciale des m taux recycl s couvrent une partie importante de ce co t il ne semble pas que le proc d sera plus conomique que la stabilisation Les chercheurs qui envisageaient de r cup rer les m taux par lectroplaquage ont des difficult s plaquer s lectivement le Pb le Zn le Cd le Ni et le Cu en pr sence d une quantit importante de fer qui peut causer de graves probl mes l heure actuelle il n y a aucune solution ce probl me 13 avanc e dans la litt rature Un des chercheurs Monsieur David Kosson rejoint par t l phone le 8 juin 1994 nous a inform que les recherches sur ce proc d avaient cess car le co t du proc d est trop important L extraction des m taux en milieu aqueux peut tre envisag e d un autre point de vue des m thodes ont t d velopp es par une quipe de chercheurs de l INRS Eau pour effectuer Penl vement des m taux lourds des boues d puration Couillard et al 1988a 1988b 1988c 1988d des sols contamin s Couillard et al 1989 des r sidus miniers Barette et Couillard 1991
69. e stabilisation des routes ajout du ciment amendement en micronutriments pour les vers soie adsorbants de substances toxiques fabrication de briques Theis et Gardner 1990 Cependant ces usages ne sont pas possibles dans le cas des cendres volantes d incin rateurs de d chets municipaux qui lib rent beaucoup de m taux lors des tests de lixiviation Les cendres volantes du charbon ne lixivient pas actuellement de quantit s importantes de m taux Theis et Gardner 1990 Bridle et al 1987 La stabilisation chimique ou thermique est aussi un mode de disposition des cendres volantes Stablex a mis au point un proc d de stabilisation chimique des cendres volantes qui consiste m langer le r sidu avec de l eau et des additifs tels que la chaux des silicates hydrat s de l alumine et ou du ciment Portland Le d chet est ainsi stabilis de sorte que son potentiel lixiviable est beaucoup diminu L inconv nient de ce proc d est qu il est tr s co teux Tecsult 1993 Sawell et al 1989 ont essay de stabiliser les cendres volantes en les m langeant du ine Portland et trois types de mati res pouzzolaniques r siduaires servant d agents solidifiants poussi res de four 4 ciment laitier de haut fourneau et cendres volantes de charbon Les r sultats de solidification varient selon le type de r sidus et le type d agent solidifiant D apr s eux ce traitement est acceptable pour r dui
70. ent des toiles tr s facilement et sans probl me Suite ces r sultats un pourcentage de submergence du tambour de 37 fut utilis et les trois m me vitesses de rotation 1 RPM 2 RPM et 3 RPM furent exp riment es Le Percol 351 raison 68 d environ 0 15 kg t cendres s ches fut utilis pour le conditionnement de la boue La concentration en polym res a diminu l g rement car les solides totaux l entr e taient plus lev s que lors des essais sur filtre presse Cette Mousse est due soit un mauvais brassage l vaporation du liquide lors de l entreposage ou tout simplement une plus grande quantit de surnageant enlev e lors du proc d de d contamination Les r sultats de ces trois essais sont pr sent s au Tableau 17 Tableau 17 Seconde s rie d essais pr liminaires de d shydratation des cendres trait es avec le filtre sous vide Essais Percol 351 RPM STentr e STg teau ST filtrat MES Cap ket sub filtrat ql R o nno mg L 4 0 14 37 1 17 1 44 6 1 55 111 174 5 015 37 2 16 5 45 7 1 50 120 102 6 010 37 3 187 45 0 1 46 67 1 160 La siccit des g teaux obtenus est de l ordre de 45 Les g teaux ont eu le temps de bien s guotter et ils d collent de la toile tr s facilement De plus les filtrats sont tr s clairs et r pondent aux normes de rejet l gout quant la quantit de mati res en suspension et au contenu en m taux dan
71. entration en polym res de 0 47 kg t pr cipit sec Tableau 11 S dimentation en fonction du temps pour une concentration en polym res de 0 47 kg t de pr cipit sec 60 183 183 18 3 183 135 24 3 23 1 23 1 24 3 300 30 3 27 9 29 1 27 9 1170 31 5 29 1 30 3 27 9 Chacun des polym res assure un m me pourcentage de s dimentation apr s une heure plus long terme le Percol 351 et le Percol 338 sont toute fois plus efficaces Cependant il ai noter ici que le floc obtenu avec le polym re Percol 351 n tait pas vraiment solide et qu il se brisait tr s facilement Pour ce qui est du Percol 155 il ne semble pas avoir produit de floculation puisque la boue dans l prouvette contenant ce polym re ne se comportait pas diff remmentt de la boue sans polym re utilis e comme t moin Les r sultats sont demeur s les m me lorsque nous avons augment la concentration de polym res 0 94 kg t r s Tableau 12 Pour une concentration de 0 94 Kg de polym re par tonne de pr cipit sec le Percol 351 et le Percol 338 ont re un taux de s dimentation plus lev que les deux autres polym res M me apr s 1170 ii Percol 155 n avait pas encore commenc agir efficacement Quant au Percol E 10 il agit bien comme agent floculant de la boue mais pas autant que les Percol 351 et 338 De plus cette concentration de Percol E 10 la boue commen ait d j gonfler et retenir l eau 62 Tableau 12 S d
72. es d puration Le conditionnement de cette boue tait n cessaire mais la faible concentration de 0 43 kg du Percol 338 par tonne de pr cipit sec demeure conomiquent acceptable La Se des gateaux variait de 18 4 21 8 Elle tait 4 5 plus lev e que celles obtenues lors de l tude de la d contamination des boues d puration Il tait m me possible de transporter le g teau dans une main en un seul morceau Finalement la qualit des filtrats tait acceptable Les normes de rejet l gout pour les mati res en suspension et pour les m taux en solution furent respect es Les r sultats des analyses des m taux en solution sont pr sent s en d tails la section 4 3 et l tude technico conomique du filtre presse est pr sent e la section 4 4 D shydratation sur filtre sous vide Comme pour la boue de cendres trait es l tude sur la boue de pr cipit m tallique avait pour but de comparer un appareil de d shydratation qui fonctionne en discontinu le filtre presse avec un appareil qui fonctionne en continu le filtre sous vide Pour d buter quelques essais pr liminaires ont t labor s Il fallait choisir une toile qui permettait une bonne adh sion du pr cipit et qui produisait un filtrat clair sans trop de mati res en suspension Les toiles 2020 et 2000 Komline Sanderson donnaient sensiblement les m mes r sultats La toile 2020 fut choisie car ses ouvertures taient p
73. es de d shydratation des boues Tableau 4 Echelle de performance des filtres 4 bandes presseuses Superpress Degr mont 1989 Be Type de boues Lu Type de Siccit Poly lectr Capacit ee a filtres initiale kg tonne kg m h Primaire dig ana robie ST 6 9 1 5 3 400 500 SV lt 50 SP 500 700 HD 600 800 Mixte non dig r e ST 3 5 4 5 4 6 150 300 20 26 SP 250 400 18 23 Mixte dig ana robie ST 2 3 5 6 120 250 19 24 SP 200 300 17 22 Mixte dig a robie ST 1 8 2 5 4 7 100 150 16 21 SP 150 250 14 19 SL 80 130 14 19 Physico chimique ST 6 8 2 4 300 450 29 35 FeCl lt 50 mg L SP 400 700 26 32 HD 400 700 30 35 dig dig r De nouvelles g n rations de filtres bandes presseuses plus performantes ont vu le jour r cemment notamment aux Pays Bas van der Roest et al 1993 29 2 3 5 Pressoirs rotatifs Le pressoir rotatif est une nouvelle technique con ue et d velopp e au Centre de recherche industrielle du Qu bec CRIQ et commercialis e par les Industries Fournier Inc Le principe de fonctionnement est simple Les boues d shydrater sont aliment es dans un canal rectangulaire la p riph rie d une roue dont les parois lat rales sont constitu es d l ments filtrants rotatifs lesquelles laissent passer le liquide et retiennent les solides La roue en mouvement exerce une force de compression et d entra nement sur la mati re essorer Cette force de compression co
74. es par d shydratation sur filtres presses plateaux Plusieurs tudes de performance et conomiques des filtres presses classiques sont pr sent es dans la litt rature Lowe et Shaw 1992 Mayer 1989 Mininni et al 1984 1991 Smollen 1990 24 Filtres presses plateaux membranes Les filtres presses membrane filter press ressemblent de l ext rieur aux filtres presses classiques L une des faces internes de chaque plateau est cependant rev tue d une membrane plastique ou en caoutchouc L autre face de la chambre de filtration est classique avec une rainurage du plateau et toile de filtration De plus en plus les constructeurs proposent des membranes de plastique sur les deux faces de la chambre de filtration La membrane est alors elle m me rainur e et rev tue d un milieu filtrant Degr mont 1989 Tableau 3 chelle de performance des filtres presses Degr mont 1989 Type deboues Conditionnement Capacit de Siccit du ke tome filtration g teau Mixte non dig r e 20 40 FeCl 3 4 40 48 gt 75 de SV 100 150 CaO Mixte non dig r e 40 70 FeCl 2 3 36 44 _ amp 50 de SV 150 220 CaO Mixte non dig r e 4 6 Poly lectrolyte 2 3 26 33 gt 65 de SV Mixte dig Ana robie Conditionnement thermique 2 5 5 45 60 Mixte dig Ana robie 50 80 FeCl 23 36 42 50 de SV 160 240 CaO Mixte non dig r e 0 80 FeCl 2 3 5 26 33 gt 65 de SV 5 8 Poly lectrolyte Mixte di
75. es polym res pr par s le protocole suivi a t celui qui est propos par la compagnie Komline Sanderson dans son manuel d instruction Komline Sanderson Voici ce protocole qui a t le m me pour tous les essais 1 Le chargement de la batterie de l appareil Pour charger la batterie pleine capacit il faut brancher l appareil sur le r seau lectrique de 110 volts pendant 20 heures 2 Ensuite les lectrodes sont mont es sur l appareil 3 Installation du papier filtre sur la base en plastique le c t rugueux du filtre vers le haut 4 Installation de la plaque du haut en plastique par dessus la base Sur la plaque du haut il y a les lectrodes Il faut exercer une l g re pression si l on veut qu il y ait un bon contact entre les lectrodes et le papier filtre 5 Mise en marche de l appareil en pressant sur le bouton de mise en marche 6 Le tube qui contiendra l chantillon est ins r l endroit pr vu cet effet 7 Une petite quantit de la boue est vers e dans le tube et la lecture clignotante du T S C s affichera sur l appareil La valeur du T S C de la boue est celle qui appara t lorsque la lecture cesse de clignoter au moment o le filtrat atteint la deuxi me lectrode 8 Entre chaque essai il faut presser sur le bouton ON afin de remettre l appareil Z ro 43 Pour chacune des boues test es et pour chaque concentration de polym re tudi
76. es produites par ann e aux Etats Unis La grosseur des particules des cendres volantes est beaucoup plus fable que celle des cendres de grilles Il y a quatre opes principaux de cendres volantes Ii y a d abord les cendres volantes au niveau de la chaudi re qui sert produire la vapeur Il y a aussi les cendres volantes r cup r es par les lectrofiltresdont la grosseur est d environ 220 230 pm Paire sp cifique de 2 8 36 9 m g le poids sp cifique de 2 1 4 0 la densit globale de 0 78 1 04 g cm et le pourcentage de solides volatils imbr l s de 2 4 Theis et Gardner 1990 En ce moment la majorit des cendres volantes produites aux tats Unis sont de ce type Ce genre de cendres volantes est enrichi en soufre et pr sente des concentrations particuli rement fortes en Pb Zn AS et Cd Theis et Gargner 1990 Les elements majeurs sont Ca Na et K qui se pr sentent probablement sous forme de CaSO NaCl et KC Theis et Gardner 1990 Ontiveros et al 1989 Ces cendres ont un pH variant de 6 24 10 26 environ Sawell et Constable 1988 Un autre type de cendre Lee est produit lorsque celles ci sont r cup r es par un syst me fonctionnant l eau Ce type de cendre est plus rare mais sa een cause aussi des probl mes car la boue de cendres produites passe rarement le test de lixiviation Bagchi et Sopchich 1989 Un quatri me type de cendre a t produit dans la derni re d cennie cause
77. es visuelles des flocs de m me que leur gonflement ont aussi t observ es 3 5 Essais de d shydratation Une fois les essais de d cantation termin s les r sultats ont t analys s afin de d terminer quel polym re choisir et quelle concentration Le choix fait pour chacune des boues les essais de d shydratation sur filtre presse filtre sous vide et pressoir rotatif furent effectu s avec le polym re s lectionn pr c demment et la concentration d termin e l aide de l appareil de mesure de T S C Tous les essais de d shydratation ont t accomplis sur chacune des boues Voici les protocoles exp rimentaux pour ces trois appareils 3 5 1 D shydratation sur filtre presse Les essais sur filtre presse ont t faits l usine pilote qui fut utilis e lors du projet sur la d contamination des boues d puration r alis par l quipe du professeur Denis Couillard 45 L utilisation du petit filtre presse a t suffisant pour ces essais tant donn la quantit de boue entrepos e au laboratoire De plus apr s quelques essais pr liminaires l utilisation d une seule chambre s est av r suffisante Les toiles de porosit 30 cfm ont t choisies Que ce soit pour la boue de cendres ou celle du pr cipit quatre essais similaires ont t effectu s sur le filtre presse en suivant le m me protocole que pour les boues d puration Celui ci est pr sent en Annexe A Les temps d
78. esque 20 000 00 ann e s ajouteront Sc nario d utilisation d un pressoir rotatif Monsieur Serge Fournier des industries Fournier a fourni les co ts en tenant compte aux donn es qu il avait obtenues sur les deux chantillons de boues qui lui ont t envoy s D apr s lui une seule machine pourrait d shydrater la boue de cendres trait es raison de 8 heures par jour Une unit de secours ne serait pas n cessaire Monsieur Fournier propose d acheter un pressoir capable de traiter 291 kg de cendres s ches par heure Son co t est de 210 000 00 avec tous les quipements annexes mais sans le convoyeur et l installation En ajoutant ces deux d penses soit 11 398 00 taxes incluses pour le convoyeur et 3 419 40 taxes incluses pour l installation le co t d investissement en dollars par ann e serait 29 855 Ce calcul f t effectu avec un taux d int r t de 10 et un remboursement tal sur 20 ans comme pour tous les autres calculs II faudrait donc payer 29 855 00 ann e pour ce pressoir sans compter l lectricit la main d oeuvre l approvisionnement en eau et les r parations Ces co ts d op ration et d entretien sont estim s 85 00 t s che par Monsieur Fournier soit un total de 88 406 00 taxes incluses En additionnant ces co ts l investissement calcul auparavant il faut pr voir 118 261 00 par ann e pour d shydrater les 2 5 tonnes de cendres Cela revient 90 76 la tonne
79. essoirs existants Le pressoir rotatif est co teux et les entreprises qui l utilisent sont rares Par contre le fabricant du pressoir rotatif les industries Fournier offrent de faire des essais pr liminaires sur les boues pour en d terminer le potentiel de d shydratation avant de vendre leur appareil Les r sultats de leur tude sur la boue de cendres trait es sont les suivants e Polym re le Percol 351 est requis tr s faible dosage e Les solides totaux de la boue brute sont 17 6 e Siccit pr vue pour les g teaux 40 a47 e Conclusion excellent potentiel 4 tre d shydrater avec un pressoir rotatif Les industries Fournier ont utilis le polym re Percol 351 comme on leur avait propos Le pressoir rotatif semble tre int ressant mais la quantit de g teau obtenue pendant une heure par m tre carr de surface est inconnue Une tude technico conomique est pr sent e la section 4 4 71 4 2 2 D shydratation du r sidu m tallique D shydratation sur filtre presse Comme dans le cas de la boue de cendres trait es quelques essais pr liminaires ont d tre men s afin de d terminer certains param tres d op ration pour la boue du pr cipit m tallique C est aussi par la m thode d approximations successives que furent de fixer ces param tres Il fut d cid de n utiliser qu une seule chambre de filtration pour laquelle 25 32 litres de boue de pr cipit m tallique taient n
80. est effectu e en ajoutant un agent coagulant qui enrobe des particules de cendre et abaisse le point de fusion du m lange Les granules produites sont ensuite enflamm s afin de cr er une couche fondue la surface qui pr vient toute lixiviation La liaison thermique consiste m langer les r sidus d incin ration avec une poudre d argile puis chauffer le m lange cendres argile ce qui diminue la lixiviation des m taux Certaines de ces technologies que ce soit la stabilisation chimique thermique ou avec du ciment Portland semblent prometteuses Cependant les co ts ne sont pas encore tous d termin s De plus ces technologies ne permettent pas la r cup ration des m taux lourds contenus dans les cendres afin de pouvoir s en sservir divers usages 1 3 Impacts des cendres volantes sur l environnement L enfouissement des cendres de grille ne pose pas vraiment de probl me puisque les m taux lourds se retrouvent m me la matrice de la cendre et se solubilisent difficilement Ces derni res sont peu caract ris es face au test de lixiviation pH 4 5 requis par le minist re de l Environnement et de la Faune du Qu bec MEF pour leur caract risation Les cendres volantes par contre se retrouvent parmi les d chets dangereux Elles rejettent des quantit s importantes de m taux Pb Zn Cd et Hg lors des tests de lixiviation Malgr les probl mes pouvant tre amen s par le rejet de m taux lors de
81. et enfin des s diments Couillard et Mercier 1992 La m thode en question pr ne l utilisation de la bact rie Thiobacillus ferrooxidans dont l action optimis e en r acteur permet de solubiliser environ 90 du Cu Zn et Mn contenus dans les boues d puration Couillard et Mercier 1990 1991a 1991b L utilisation de cette bact rie permet de produire de l acide sulfurique et du sulfate ferrique abaissant ainsi le pH et cr ant des conditions oxydantes Ces conditions favorisent la solubilisation de la plupart des m taux lourds Le proc d l aide des thiobacilles a t mis l preuve parall lement un proc d chimique Le but tant de maximiser la solubilisation des m taux lourds Ces proc d s de d contamination des cendres volantes d incin rateurs de d chets municipaux seront pr sent s au Chapitre 3 puisqu ils sont directement reli s la pr sente tude 14 2 DESHYDRATATION DES CENDRES D INCINERATION Le pr sent projet vise la d shydratation des cendres d incin ration d contamin es ainsi que du r sidu m tallique issu du proc d de d contamination Puisque la d shydratation de ces mat riaux n a pas fait l objet d tudes pr alables il a donc t n cessaire de r pertorier partir de la litt rature scientifique et technique les proc d s de d shydratation employ s d autres usages afin d identifier les options les plus prometteuses Ce chapitre d crit d
82. eure la d cantation qui est compens e par les b n fices retir s au niveau de la performance de l paississement et donc au niveau de toute la cha ne de traitement des boues Martin Bhattarai 1991 Les concentrations de boues activ es ainsi trait es sont r guli rement comprises entre 3 5 et 5 soit 1 5 fois celles atteintes par paississement gravitaire 2 1 3 Centrifugation L paississement des boues se fait aussi dans certains cas par centrifugation dans des centrifugeuses cylindriques continues buses 2 1 4 Drainage Dans les petites stations l paississement peut galement se faire apr s floculation des boues par un apport de polym re et drainage sur un champ horizontal de grilles fines racl en permanence par des lames de caoutchouc Degr mont 1989 2 1 5 Syst me BEST Un nouveau proc d d paississement syst me BEST a t d velopp au Japon r cemment Fukuda 1994 Cette technique consiste en une combinaison en une seule tape de l paississement et de la floculation chimique L ajout d un coagulant m tallique sels de fer ou d aluminium avec un apport de polym res amphot res cause la formation de gros flocs de boues 8 20 mm qui sont ais ment s par s de l eau interstitielle dans un r acteur agit muni d un syst me sp cialis d paississement La concentration de solides dans les boues paissies est constante entre 3 et 4 ST avec un fort
83. ev es Pour ce qui est du calcium sa pr sence s explique par l utilisation de la chaux lors de la pr cipitation des m taux On note aussi la pr sence du magn sium dans les filtrats puisque le pH de la boue du r sidu m tallique n tait pas assez lev pour le faire pr cipiter La concentration plus lev e de soufre est elle expliqu e par l utilisation d acide sulfurique lors du proc d de d contamination Tableau 26 Caract ristiques des filtrats mg L de la boue du r sidu m tallique filtre presse Essai MES Al Ca Cr Cu gt Fe iMg Mo Nic PS Zn Cd Ph l 271 4 98 3030 lt 05 lt 0 5 lt 0 5 315 0917 lt 0 5 1 00 541 0 677 lt 0 5 lt 05 2 183 0 756 2894 lt 05 lt 05 lt 05 321 4110 lt 0 5 0 900 533 lt 05 lt 05 lt 0 5 3 61 lt 0 5 2962 lt 05 lt 0 5 lt 0 5 312 0 722 lt 0 5 0 872 556 lt 05 lt 05 lt 05 4 452 lt 0 5 3092 lt 0 5 lt 05 lt 05 330 0 722 lt 0 5 0 813 584 lt 05 lt 05 lt 0 5 N norme de rejet gout 81 Tableau 27 Caract ristiques des filtrats mg L de la boue du r sidu m tallique filtre sous vide LR Re He ya Sn or ae an pe r z a E g b i 5 RARE be fe Re iy et ae a ms vere She pipes eRe Si nnd he seca ae HR meg aes eee eee et en el ose Hees FR Re es i z Se Se Bee Peed eae sh Deus pe Ac ae Es E RER FRE lt 05 lt 05 186 136 lt 05 lt 05 452 1 43 lt 05 lt 0 5 2 56 lt 0 5 1675 lt 05 lt 05 lt 05 190 1 37 lt 05 lt 0 5
84. g A robie 60 100 FeCl 1 5 3 31 37 180 280 CaO Physico chimique 180 300 CaO 1 5 2 5 33 45 100 mg FeCL L Physico chimique 5 8 Poly lectrolyte 2 3 30 35 40 mg FeCL L 25 Contrairement aux filtres presses classiques o le syst me de mise sous pression par pompage provoque des gradients de pression l int rieur de la chambre de filtration le gonflage de la membrane permet d exercer une pression uniforme sur toute la surface du g teau Lowe et Shaw 1992 Il s ensuit une am lioration de la siccit des g teaux et dont l enl vement des plateaux est facilit par leurs qualit s uniformes Une tude comparative men e par Lowe et Shaw 1992 entre l op ration d un filtre presse classique et un filtre presse membrane a d montr qu avec ce dernier il tait possible de r duire le temps de compression de 6 2 heures De plus les siccit s de g teaux de boues taient sup rieures avec le filtre a membrane 27 29 qu avec le filtre classique 22 25 Une ait tude comparative effectu e par Andreasen t Nielsen 1993 fait tat de siccit s de boues plus lev es par filtration sous pression avec membranes de plastique que par la centrifugation ou la filtration sur bandes presseuses L tude de Halcrow Gilbert Associates Ltd 1993 fait tat de rendements typiques de d shydratation des boues sur filtres presses membranes de plastique de type Lenser variant entre 15 et 36 de solides
85. hea et M J Brinker 1991 Dewatering municipal wastewater sludge for incineration Wat Environment Technol mars 63 67 Collins A G S Mitra et S G Pavlostathis 1991 Microwave heating for sludge dewatering and drying Res J Wat Pollut Control Fed 63 6 921 924 Couillard D et G Mercier 1992 Pr cipitation s lective des m taux solubilis s biologiquement de boues a robies d puration Can J Chem Eng 70 5 1021 1030 Couillard D et G Mercier 1991a Optimum residence time in CSTR and airlift reactor for bacterial leaching of metals from anaerobic sewage sludge Wat Res 25 2 21 1 218 Couillard D et G Mercier 1991b Proc d de solubilisation biologique des m taux dans les boues ana robies d puration Filtrabilit neutralisation et teneurs en N et P des boues trait es Can J Chem Eng 69 779 787 Couillard D et G Mercier 1990 Bacterial leaching of heavy metals from sewage sludge Bioreactors comparison Envir Pollut 66 237 252 Couillard D S Burelle et R D Tyagi 1989 tude de la faisabilit de l utilisation d un proc d de solubilisation biologique des m taux lourds contenus dans un chantillon de sol contamin INRS Eau rapport scientifique nO 268 30 p annexes Pour la firme Sanexen inc du Groupe Sanivan inc et le CQVB Centre Qu b cois de Valorisation de la Biomasse Qu bec Couillard D G Mercier et R D Tyagi 1988a Probl matique des m ta
86. hets dangereux du minist re de l Environnement et de la faune du Qu bec Pb 5 mg L Cd 2 mg L As 5 0 mg L Cr 5 mg L et Se 1 mg L Environnement Qu bec 1989 Des tudes en laboratoire simulant les conditions r elles ont galement t effectu es Wadge 1987 permettant ainsi d tudier la sp ciation et la fixation des m taux dans les cendres volantes Paide des r sultats obtenus il est possible d estimer la mobilit environnementale et la biodisponibilit des l ments traces On a d couvert que la lixiviation des l ments traces dans les sites d enfouissement tait relativement rapide cinq ann es de pr cipitation Selon cette m me tude on a d couvert que le Se d montrait la plus grande solubilit m me s il est pr sent des concentrations relativement basses 926 pg kg Ensuite viennent le Pb 639 ug kg et le Cd 478 pg kg 11 1 4 Retomb es conomiques de la gestion des cendres Les co ts de disposition des cendres volantes par stabilisation chimique enfouissement ou encore stabilisation thermique suivie de l enfouissement sont tr s lev s on g n re un d chet dangereux co teux De plus l enfouissement de d chets dangereux tels que les cendres volantes ne permet pas d en r cup rer les m taux lourds En 1985 aux tats Unis il co tait en moyenne 12 79 US t pour disposer des cendres volantes en decharge ordinaire d chets domestiques alors que le co t moyen
87. hydrater la boue de cendres trait es Paide d un filtre sous vide sont les suivants e Co t total de l investissement 15 530 00 ann e e lectricit 2 795 ann e Op ration 6 388 ann e e R paration 5 700 ann e e Eau 43 ann e Coit total 30 956 ann e 87 Par tonne de cendres avant traitement c a t ce co t est de 23 76 t c a t Les m mes calculs ont t labor s pour la boue du pr cipit m tallique Cette fois M Beard a sugg r un filtre sous vide de 70 pi de surface consid rant la capacit de filtration obtenue lors des essais sur le leaf test kit ainsi que la pression de vide utilis e Le filtre choisi pour cette boue pourrait d shydrater 900 kg de r sidu en 8 heures d op ration Encore une fois c est plus que n cessaire mais le co t n tant pas vraiment plus lev pour un filtre traitant 900 kg 8 heures que pour celui traitant 300 kg 8 heures notre choix s est arr t sur la plus grosse des deux unit s Le surplus de capacit sert nouveau de r serve en cas de besoin ou de difficult Le co t du filtre sous vide de 70 pi de surface est de 120 000 00 soit 136 776 00 lorsque les taxes sont ajout es cela il faut ajouter les co ts du convoyeur de la menuiserie et de la main d oeuvre pour installation Les co ts investiet et d installation sont donc les suivants e Convoyeur 5 699 00 taxes incluses e Menuiserie 3 419 40 t
88. i une feuille de travail a t utilis e Celle ci permettait de bien prendre a note les donn es importantes servant au calcul de la capacit de filtration et l tude technico conomique Y taient inscrits les caract ristiques des boues telles que le pH la masse volumique le pourcentage de solides totaux avant la d shydratation les polym res utilis s pour le conditionnement de m me que les conditions fix es pour la filtration telles que le pourcentage de submergence le nombre de rotation du tambour par minute la toile utilis e la pression de vide pendant et apr s la filtration le temps de filtration et le temps de s chage du g teau Etaient baimen not es des donn es observ es lors de la filtration telles que le temps o le g teau craque le temps o le g teau d colle de la toile et cr e une compression l paisseur du g teau l aisance avec laquelle le g teau d colle de la toile la qualit du filtrat le poids du g teau mouill et la quantit de filtrat saie Une fois toutes ces donn es prises en note la capacit de filtration tait facilement calcul e Tout comme les essais sur filtre presse trois chantillons taient pris un de la bee avant la d shydratation un du filtrat et un du g teau Le pourcentage de solides totaux pour chacun des chantillons a t mesur De plus les mati res en suspension dans le filtrat ont t d termin es afin de eases qu elles ne d passaient pas la nor
89. i d crit la section 3 5 Ici encore le conditionnement de la boue a t n cessaire afin de permettre un bon d collement des g teaux de la toile Pour d buter des essais 60 de submergence et une minute par rotation 1 RPM puis deux minutes par rotation 2 RPM et trois minutes par rotation 3 RPM furent tent s Le Tableau 16 illustre les r sultats de ces trois premiers essais Tableau 16 Premi re s rie d essais pr liminaires de d shydratation des cendres trait es avec le filtre sous vide o Essais Percol 351 0 RPM ST entr e ST g teau ST filtrat MES Cap de filtr kg t sub filtrat Ib pi h 7 oon mg 2 1 0 11 60 I 18 0 37 4 1 48 106 212 2 0 15 60 2 14 2 38 4 1 40 515 3 0 21 60 3 12 5 39 9 1 50 49 8 86 9 La capacit de filtration n a pu tre calcul e 4 deux minutes par rotation car une donn e tait manquante Les r sultats montrent que peu importe la vitesse de rotation le g teau n est pas plus sec que ce soit une minute par rotation ou trois minutes par rotation Il tait cependant tr s pais et tr s pesant Pour les trois premiers essais la siccit des g teaux tait d environ 38 alors qu au filtre presse des siccit s de 45 en moyenne taient obtenues En revanche les capacit s de filtration du filtre sous vide sont r ellement grandes de 87 212 Ib pi h comparativement 3 Ib pi h sur le filtre presse De plus les g teaux d collai
90. i est aussi conforme aux normes environnementales est vacu dans les gouts Les cendres volantes filtr es et d contamin es sont envoy es pour utilisation On trouve diff rentes utilit s aux cendres volantes d contamin es mais leur utilisation dans l industrie de la brique et du ciment semble tre une des plus avantageuse La boue de cendres trait es et celle du r sidu m tallique taient entrepos es dans des seaux de plastique de vingt litres au laboratoire la fin du proc d de d contamination Ces boues ont t utilis es tout au long de la recherche pour les essais de floculation et de d shydratation chaque essai quelques propri t s physiques pH masse volumique allure g n ral du floc etc ont t v rifi es afin de s assurer que les boues restaient les m mes du d but la fin de la recherche De plus la composition chimique des cendres trait es et du r sidu m tallique a t analys e avant la d shydratation On a donc obtenu une valeur moyenne du contenu en m taux pour chacune des boues 3 3 Caract ristiques des cendres trait es et du r sidu m tallique 3 3 1 Propri t s physiques La boue de cendres trait es elle contenait en moyenne 10 15 de solides totaux Elle avait une allure assez liquide mais les particules solides ressemblaient des grains de sable qu on pouvait 39 distinguer facilement l il nu Sa masse volumique tait toujours de l ordre de 1 15
91. il faut que l utilisation de polym res se situe entre 0 5 kg et 2 0 kg par tonne de mati re s che Des concentration entre ces valeurs ont t essay es pour le test de succion capillaire T S C sur les boues de cendres trait es et celles de pr cipit s m talliques Comme il tait plus simple de travailler en ppm la masse volumique et le pourcentage de solides totaux ont t mesur s chaque essai afin de faire la conversion de kg par tonne de mati re s che en ppm Les temps de succion capillaire ont t mesur s l aide d un appareil sp cial con u par la compagnie Komline Sanderson Celui utilis dans cette tude a t pr t par Monsieur Francois G Bri re du d partement de g nie civil de l cole polytechnique Universit de Montr al L appareil question permet de mesurer le temps que prend le filtrat d une boue passer travers un filtre sp cial sous l influence de la succion capillaire Le principe est simple le temps commence courir lorsque le filtrat touche la premi re lectrode et s arr te lorsqu il touche la deuxi me L appareil digital affiche un temps qui correspond au temps de succion capillaire L ajout de polym res une boue change la filtrabilit ce qui se traduit par un changement du temps de succion capillaire 42 videmment un faible T S C indique que la filtrabilit est bonne et un T S C plus lev montre une filtrabilit r duite Une fois l
92. imentation en fonction du temps pour une concentration en polym res de 0 94 kg t de pr cipit sec Sh Picea eh oe Apir mn pangs aa ee poe Pee pon rh ME ete ee tee roe Se Seas iS T Ja He mie k Ba eek na ren Bette eee ees Fe del Er 2 DETTE ns Ps DE r re es DR aie ae HR LR HE he T IE ii pran a TEL a a A 7 ar M D J j ee P erco E 710 Percol 338 PercolisSs pie el rare RSC NES eae ae aR oe e eat 4 mr ee Pek se Long be Sata ote the ah yt J 4 1 nae ess j at a a 1 PET FRET 60 17 8 19 0 16 7 16 7 135 25 9 24 8 23 6 23 6 300 32 9 30 6 29 4 28 2 1170 34 0 31 7 32 9 28 2 La concentration de polym res a ensuite augment 1 41 kg t de pr cipit sec Avant m me de proc der aux essais de s dimentation cette concentration de polym res il tait possible de pr voir que le Percol E 10 et le Percol 338 feraient gonfler la boue puisque d j une concentration de 0 94 kg t de pr cipit sec les flocs commen aient se repousser Les pourcentages de s dimentation ce nouveau dosage sont repr sent s au Tableau 13 Tableau 13 S dimentation en fonction du temps pour une concentration en polym res de 1 41 kg t de pr cipit sec Pr 7 19 6 18 5 17 4 21 9 135 31 9 26 3 26 3 26 3 300 34 2 33 0 33 0 31 9 1170 35 3 33 0 33 0 31 9 Pour le Percol E 10 et le Percol 338 les pourcentages de s dimentation sont l g rement sup rieurs avec 1 41 kg de polym res qu avec 0 94 kg
93. ion de fa on marqu e La situation pr occupante des cendres volantes existe aux tats Unis et dans plusieurs pays europ ens Une quipe de recherche de l INRS Eau quipe du professeur Denis Couillard a mis au point un proc d qui permet l enl vement des m taux lourds des cendres volantes un co t moindre que la stabilisation chez Stablex Canada Ce proc d de d contamination permet en plus la r cup ration par l industrie de certains m taux tel le zinc Ce pr sent projet vise la d shydratation de deux boues g n r es lors de ce proc d de d contamination Une boue de cendres trait es dont l enl vement des m taux a t r alis en grande partie Cette boue r pond aux normes lors des tests de lixiviation Une deuxi me boue qui contient tous les m taux enlev s lors du proc d et qui ont t pr cipit s Ces deux boues contenaient une grande quantit d eau la fin du proc d il tait donc n cessaire de les d shydrater afin qu elles soient transportables de faibles co ts Cette recherche comporte trois parties principales tout d abord le conditionnement de ces deux boues afin d en am liorer la floculation et par le fait m me la filtrabilit Ensuite des essais de diff rentes m thodes de d shydratation telles que la filtration sous vide la filtration sur filtre presse et la d shydratation sur pressoir rotatif Finalement une br ve analyse technico conomique afin de d
94. ka 1990 Commercialization of pressurized electroosmotic deshydrator PED Wat Sci Technol 22 12 259 268 Legiec L A C A Hayes et D S Kosson 1989a Continuous recovery of heavy metals from MSW incinerator ashes Environ Prog 8 212 216 Legiec LA C A Hayes et D S Kosson 1989b Treatment and recovery of heavy metals from incinerator ashes in Proc 3rd Int Conf on New Frontiers for Hazardous Waste Management EPA 600 9 89 072 253 262 106 Lowe P et D Shaw 1992 Development of the membrane filter press for the processing of sewage sludge Wat Sci Technol 25 4 5 297 305 MacConnell G S D S Harrison K W Kirby H Lee et F Mousavipour 1991 Centrifuges vs dissolved air flotation Wat Environment Technol f vrier 60 65 Marklund S 1990 Dewatering of sludge by natural methods Wat Sci Technol 22 3 4 239 246 Martel C J 1989a Development of design for sludge freezing beds J Environ Eng Div ASCE 115 4 799 808 Martel C J 1991 Freezing out sludge Civ Eng novembre 64 65 Martel C J 1993 Fundamentals of sludge dewatering in freezing beds Wat Sci Technol 28 1 29 35 Martel C J et C J Diener 1991 Pilot scale studies of sludge dewatering in a freezing bed Can J Civ Eng 18 681 689 Martin M H et R P Bhattarai 1991 More mileage from gravity sludge thickeners Convert to dissolved air flotation Wat Environment Technol juillet 57 60
95. l vidence il faut une plus grande concentration de Percol 351 pour obtenir un T S C et une filtrabilit semblables a ceux obtenus avec les autres polym res Pour ce qui est des Percol E 10 338 et 155 tous trois produisent un petit T S C mais a diff rentes concentrations Notre choix s est donc arr t sur le Percol 338 puisqu avec seulement 0 43 kg Selves r s le T S C est inf rieur 13 secondes La concentration n cessaire pour le Percol E 10 tait la m me que pour celle de Percol 338 mais son T S C est un petit peu plus lev 60 Percol 351 Percol E 10 Percol 338 Percol 155 TSC sec 0 ee an 0 5 1 1 5 2 2 5 3 Concentration Kg de polym res tonne de r sidu m tallique Figure 4 Variation du temps de succion capillaire T S C en fonction de la concentration de polymeres pour la floculation du r sidu m tallique Ces r sultats seront compar s avec les r sultats des essais de s dimentation long terme 4 la section 4 1 2 Essais de s dimentation Comme mentionn lors de l analyse des essais sur T S C la boue du pr cipit m tallique a t m lang e avec quatre polym res un de type non anionique et trois de type anionique Chacun d eux fut m lang avec la boue dans des prouvettes de 50 ml Ici encore quatre concentrations de polym res furent tudi es 61 Le Tableau 11 montre l valuation du pourcentage de s dimentation en fonction du temps pour une conc
96. les ne d passaient pas la norme de 600 mg l Finalement l analyse des m taux a t faite sur chaque chantillon de filtrat afin de v rifier que leur concentration ne d passait pas la norme qui permet le rejet du filtrat l gout 46 la fin de la recherche deux chantillons de g teau ont t envoy s au laboratoire soient un chantillon de g teau de cendres trait es pour s assurer qu il ne lixiviait pas plus les m taux qu avant la d shydratation et un chantillon de g teau de pr cipit afin de le faire tudier par quelques compagnies afin qu elles puissent v rifier si la valorisation de certains m taux est possible 3 5 2 D shydratation sur filtre sous vide Les ssa sur filtre sous vide n ont pas t faits P chelle r elle comme pour ceux faits sur filtre presse Un appareil de la compagnie Komline Sanderson Limited a t utilis On le nommera ici le leaf test kit LTK Cet appareil permet de simuler les essais sur filtre sous vide mais plus petite chelle et de moindre co t Ce test est tr s important et presque indispensable avant de faire des essais sur filtre sous vide grandeur r elle car il permet de d terminer les param tres importants servant pour la conception du filtre C est Paide de plusieurs essais pr liminaires que les valeurs optimales des variables sont fix es Lors de ces essais pr liminaires le pourcentage de submergence et la vitesse de rotatio
97. leur disposition elles sont enfouies l heure actuelle dans des sites r guliers d enfouissement sanitaire faute d autre mode raisonnablement conomique de gestion Cette pratique menace les eaux souterraines et la qualit des cours d eau Aux tats Unis il existe 203 incin rateurs de d chets domestiques et 82 des cendres volantes ne passent pas le test de toxicit extraction proc dure ILSR 1987 En fait 9 c ndr s volantes sur 11 ne passent pas le test d extraction ILSR 1987 Dennison 1988 rapporte que 100 des 19 cendres volantes test es par le test am ricain extraction proc dure ont produit des lixiviats au del des normes sur les d chets dangereux Il y a principalement trois types de cendres volantes Les cendres de chaudi re celles r cup r es par les lectrofiltres et la chaux us e Le m lange de chaux us e de cendres de chaudi re et de cendres d lectrofiltres rejettent tr s facilement le plomb en effet le lixiviat obtenu avec de l eau du robinet de la ville de Ste Foy pH 7 avait un pH 12 et contenait jusqu 45 mg Pb L 10 ST ce qui est beaucoup plus lev que le 5 mg Pb L pH 4 5 permis d apr s les r glements sur les d chets dangereux Environnement Qu bec 1989 Deux essais faits selon le test de lixiviation du MENVIQ ont donn deux lixiviats dont le pH tait de 4 5 et qui contenait jusqu 40 mg Pb L et 210 mg Pb L la norme pour le Pb est de 10 mg Pb
98. lticellulaire plateaux verticaux est un filtre plateaux membranes qui se caract rise par les deux innovations suivantes 1 les plateaux s cartent buseni ouverture du filtre provoquant la d charge simultan e des g teaux 2 lorsque le filtre est ouvert les toiles filtrantes accroch es un syst me mobile sont d roul es vers le bas provoquant ainsi P jection forc e du g teau de filtration Ces filtres qui pr sentent des capacit s de filtration de 5 10 fois sup rieures celles des filtres classiques sont toutefois de 2 3 fois plus co teux que les filtres presses classiques et leur entretien est plus complexe Le filtre presse multicellulaire tambour est constitu d une toile filtrante enroul e autour d un tambour perc d orifices d alimentation en boue Des cellules filtrantes retenues par une enveloppe fixe ext rieure au tambour sont appliqu es sur la toile constituant ainsi des chambres de filtration tanches chacune de celles ci correspond un des orifices aliment s travers un distributeur rotatif par la pompe boue haute pression L enl vement des g teaux de boues s effectue par la rotation du tambour et le d roulement de la toile Dans la partie basse de l appareil la toile s carte du tambour pour tre racl e et lav e Les capacit s de filtration sont 6 10 fois sup rieures celles d un filtre presse classique Parcequ ils ne permettent que le passage de p
99. lus grandes de sorte que la filtration tait plus rapide Afin de fixer des conditions d op ration optimales plusieurs essais partiels furent r alis s Tout d abord quatre essais 37 de submergence du tambour dont on a fait la vitesse de rotation de 1 74 minute par rotation quatre minutes par rotation Cette fois ci il n y a pas eu de conditionnement de la boue Les r sultats de ces quatre premiers essais sont expos s au Tableau 20 Tableau 20 Premi re s rie d essais pr liminaires de d shydratation du r sidu m tallique avec le filtre sous vide Cap d ae ifeau ST filtrat 3 07 301 4 89 2 37 2 15 2 3 45 448 2 76 3 37 3 15 3 3 52 414 2 39 4 37 4 15 6 3 75 340 2 03 Comme pr vu la capacit de filtration diminue mesure qu est augment le nombre de minutes pour une rotation du tambour Les capacit s du filtre sous vides sont aussi lev es sinon plus que celles de filtre presse Par contre elles sont toutes inf rieures 5 Ib pi h La meilleure capacit est obtenue 1 RPM Le pourcentage de solides totaux contenus dans le g teau est aussi lev que pour des vitesses de 2 RPM 3 RPM ou 4 RPM c est dire 15 5 en moyenne Pour l instant une vitesse de 1 RPM 37 de submergence semble offrir la meilleure performance Par contre lors de ces essais on a remarqu que pendant une p riode assez longue de la phase du s chage le filtrat cessait d tre soutir du g
100. me Finalement l analyse des m taux a t faite sur chaque chantillon de filtrat afin de v rifier que leur concentration ne d passait pas la norme qui permet le rejet du filtrat l gout 48 3 5 3 D shydratation sur pressoir rotatif Comme il tait impossible de faire des essais chelle r elle sur un pressoir rotatif vu les normes co ts impliqu s les industries Fournier ont accept d analyser les deux boues l tude un litre de chacune leur ayant t fourni leur demande Monsieur Serge Fournier directeur technique des industries Fournier nous a transmis les r sultats de leurs analyses qui seront pr sent s la section 4 2 3 6 Mesures analytiques 3 6 1 pH Les lectures de pH ont t effectu es l aide du pH m tre Ficher Accumet 805 MP L lectrode Canlab r f rence interne Ag AgCl double jonction de verre a t utilis e pour les lectures Un talonnage a t effectu avant chaque lecture Pour les pH basiques l talonnage a t effectu entre pH 7 et pH 10 tandis que pour les acides l talonnage a t effectu entre pH 2 et pH 4 3 6 2 Masse volumique Les masses volumiques ont t d termin es en pesant un chantillon dont le volume tait connu et en calculant la masse par volume unitaire g L 3 6 3 Solides totaux et mati res en suspension Les solides totaux et les mati res en suspension sont d termin s selon les m thodes d crites dans
101. n est pas parfaitement tanche et la boue giclait vers le plafond lors du cycle de filtration Les r sultats de ces essais sur le filtre presse pour la boue du pr cipit m tallique sont inscrits au Tableau 19 Tableau 19 D shydratation du r sidu m tallique avec le filtre presse Essai Percol ST ST OST MES Vol Temps Nb de Capacit 338 entr e g teau filtrat filtrat filt filtr chambre de filtr kg t uA 225 mg L 5 w woo ue kg m h 1 0 43 4 4 19 6 1 5 271 25 l l 5 80 2 0 43 4 4 21 9 1 6 183 32 l l 7 50 3 0 43 44 21 8 1 6 61 32 7 50 4 0 43 4 5 18 4 1 6 452 29 1 l 6 95 Au premier regard la d shydratation sur filtre presse de cette boue appara t plus difficile que pour la boue des cendres Ici la capacit de filtration tournant autour de 6 5 kg m h la masse obtenue en une heure de filtration est moins importante que pour les cendres Par contre il ne faut pas oublier que la boue des r sidus m talliques tait plus TTT que la boue de cendres et qu en plus les particules filtrer taient tr s petites 73 Lorsque ces r sultats de capacit de filtration sont compar s avec ceux de la d shydratation du pr cipit m tallique lors du projet de d contamination des boues d puration il ressort que les capacit s de filtration du filtre presse sont 2 3 fois sup rieures celles qui ont t obtenues lors de l tude de la d contamination des bou
102. n 250 tjour de cendres de grille et 25 t jour de cendres volantes Les cendres de grille ne sont g n ralement pas consid r es comme des d chets dangereux car elles ne rel chent pas de m taux au del des normes lors des tests de lixiviation Les cendres volantes cendres de chaudi res cendres d lectrofiltres et chaux us e qui proviennent principalement de l puration des gaz de combustion d passent cependant presque toujours les normes de lixiviation Les deux m taux probl matiques dans la plupart des cas sont le plomb et le cadmium Techniquement les cendres volantes sont donc des d chets dangereux La solution la plus conomique Boul un d chet dangereux jusqu maintenant est le traitement Stablex Canada environ 222 t qui stabilise les d chets dangereux dans une matrice cimentaire puis enfouit les blocs r sultants dans un site sp cial que la compagnie poss de A pr sent il nya que la chaux us e qui est ainsi trait e Le MEF tol rait jusqu maintenant que les cendres de chaudi res et les cendres d lectrofiltres soient combin es aux cendres de grille puis enfouies au site d enfouissement sanitaire de St Tite des Caps Dans le nouveau projet de r glement pour la gestion des d chets solides la s paration de toutes les cendres volantes sera exig e et celles ci pourraient tre enfouies dans une cellule s curit maximale s par e Ceci aura comme cons quence 1 d augmenter le co t de disposit
103. n d cong lation Les techniques de d shydratation des boues ont t discut es 21 r cemment dans les revues pr par es par Hurdle 1992 NTIS 1993a b c et Weismantel 1993 L historique des technologies de d shydratation des boues a t d crite par Halcrow Gilbert Associates Ltd 1993 Plusieurs documents disponibles pr sentent des tudes comparatives entre les diverses techniques de d shydratation Andreasen et Nielsen 1993 Coker er al 1991 Lowe et Shaw 1992 Nielsen 1992 2 3 1 Centrifugation La centrifugation est ae pour d shydrater et paissir les boues r siduaires La centrifugeuse est un tambour ou un bol cylindrique qui tourne sur lui m me pour cr er la force de s paration Lorsque les boues taidi sont introduites l int rieur de la centrifugeuse en rotation les mat riaux plus denses sont s par s les premiers et tapissent les cloisons int rieures puis sont ject s du syst me Les centrifugeuses les plus courantes sont convoyeur et bol bol perfor et disques Dans le cas des boues r siduaires d assainissement les appareils employ s habituellement sont les centrifugeuses continues bol cylindro conique d axe horizontal Degr mont 1989 Selon Halcrow Gilbert Associates Ltd 1993 les rendements typiques de d shydratation des boues par centrifugation varient entre 18 et 31 Ce syst me permet de travailler en mode continu dans une enceinte close et compacte r
104. n des boues d puration Les unit s de ce nouveau type d quipement sont des versions am lior es de la centrifugeuse bol cylindrique conventionnelle permettant l obtention de siccit s de g teau variant entre 25 et 30 Ces quipements sont plus on reux que les centrifugeuses conventionnelles et requi rent davantage d nergie lectrique Toutefois les performances accrues permettent de r duire les co ts d op ration des tapes de traitement situ es en aval Metcalf amp Eddy Inc 1992b 2 3 2 Filtration sous vide La filtration sous vide la plus ancienne des techniques de d shydratation m canique n a plus aujourd hui que des applications limit es Les filtres utilis s pour l essorage des bois municipales sont du type tambour rotatif et auge ouverte Le filtre rotatif tambour est essentiellement constitu d un cylindre tournant partiellement immerg dans un bac contenant les boues filtrer Ce cylindre est form par la juxtaposition de compartiments tanches et recouverts d une toile unique de filtration Les compartiments sont plac s successivement sous vide ou l atmosph re La filtration des boues s effectue sous des vides industriels de 300 600 mm Hg La vitesse de rotation du tambour varie entre 8 et 15 tours par heure Les toiles filtrantes sont constitu es de fibres synth tiques avec une porosit variant entre 30 et 100 pm Des tudes portant sp cifiquement 23 sur la filtration s
105. n du tambour du filtre sont fix s De plus c est aussi ce moment que le choix de la toile se fait en fonction du type de boue filtrer Les instructions pour la compr hension et le bon usage de cet appareil ont t tir es du manuel d instruction de Komline Sanderson Limited 1976 En plus lors de ces essais Monsieur Beard de cette compagnie tait toujours disponible pour r pondre aux questions et envoyer par t l copieur des informations suppl mentaires lorsque cela s av rait n cessaire Le LTK a une surface de filtration de 0 1 pi et les calculs ont t ramen s une surface unitaire de un pi Lors des calculs de la capacit de filtration les valeurs furent ramen es par rapport 1 pi de surface Pour chacune des deux boues soit la boue de cendres trait es et celle du pr cipit m tallique plusieurs essais pr liminaires ont t men s afin de fixer les param tres si haut mentionn s Pour tous les essais effectu s sur le LTK le montage A de la Figure 6 du manuel d instructions a t utilis voir en Annexe B De plus le protocole pour tous les tests est le m me 47 soit celui d crit aux pages 4 6 4 7 4 8 et 4 9 du manuel d instructions Une fois les param tres importants pour la conception du filtre fix s quatre essais identiques ont t effectu s sur chaque boue pour v rifier la constance des r sultats Les param tres fixer varient selon la boue Pour chaque essa
106. nctionnerait 8 heures par jour On vite ainsi les co ts d une deuxi me unit Ne fonctionnant que 8 heures par jour l appareil est disponible 16 heures par jour pour rattraper le temps perdu si jamais le filtre a d tre arr t Pour d buter l hypoth se de six cycles d op ration d une heure chacun fut pos e Il fallait donc calculer la dimension du filtre en pieds cube n cessaire pour qu en six cycles les 2 5 tonnes de cendres soient filtr es Par cycle de filtration il faut traiter 417 kg de cendres s ches D apr s le bilan de masse 417 kg secs produisent 970 kg de cendres mouill es g teau La masse volumique 89 tant environ 1 200 kg m un filtre presse de 0 808 m sera n cessaire En multipliant cette dimension par 1 25 afin de s assurer d une marge de s curit de 25 et en faisant la conversion de m ai pi le filtre presse requis devra avoir un volume de 36 p Le filtre est utilis pendant 6 heures pour traiter la boue de cendres trait es Avant qu il ne soit utilis pour la boue de pr cipit m tallique le filtre doit tre nettoy On a pr vu une heure pour cette op ration Puisque le filtre ne sera utilis que 8 heures par jour il ne reste qu une heure pour la boue de pr cipit Le filtre doit tre capable de d shydrater 300 kg de pr cipit m tallique pendant un cycle journalier d une heure Les calculs sont similaires ceux pour la boue de cendres D apr
107. ndres d incin rateurs Le pr sent projet a port sur la d contamination des cendres volantes de l incin rateur de d chets urbains de la communaut urbaine de Qu bec C U Q la C U Q les cendres volantes repr sentent environ 10 des cendres de grille soit 25 tonnes par jour contre 250 tonnes par jour de cendres de grilles La grosseur des particules des cendres volantes est beaucoup plus faible que celle des particules de cendres de grille Les cendres utilis es pour les essais proviennent toutes de l incin rateur de la ville de Qu bec Limoilou Qu bec La Figure 1 pr sente le sch ma de l incin rateur ainsi que la provenance des diff rents types de cendres utilis es pour les essais Lors de la combustion des d chets le flux gazeux entra nant de fines particules passe dans la chaudi re o le transfert de chaleur se fait au contact de tubes remplis d eau Une vapeur est g n r e Une partie des particules se d posent dans cette chambre et constituent les cendres de chaudi re Une seconde partie des cendres provient des pr cipitateurs lectrostatiques ce sont les cendres lectrofiltres Les particules les plus fines se retrouvent avec la chaux qui sert neutraliser le gaz acide en fin de parcours Ces derni res constituent la chaux us e Les cendres de chaudi res et des lectrofiltres composent les cendres volantes Cependant dans ce projet le terme cendres volantes englobe aussi la
108. ne solution m re 4 6 g L puis une autre dilution la solution fille est pr par e et est inject e dans les boues o la floculation est souvent tr s rapide La caract ristique principale d un floc obtenu par ajout de poly lectrolyte est sa fragilit parfois tr s grande Ainsi lors de l op ration de tout proc d de d shydratation employant ces r actifs il faut viter des cuves agitation trop violente des temps de floculation trop longs et des pompages destructeurs des boues conditionn es Cette caract ristique des flocs de boues conditionn es fait en sorte que les points d injection des poly lectrolytes sont l amont presque imm diat du syst me d essorage avec un m lange efficace mais bref 2 2 2 Conditionnement thermique L augmentation de la temp rature des boues conduit une transformation irr versible de sa structure physique surtout si elles contiennent une forte proportion de mati res organiques et collo dales Durant le chauffage les gels collo daux sont limin s et l hydrophilie particulaire diminue fortement La temp rature de chauffage employ e pour le conditionnement thermique 18 varie entre 150 et 200 C pendant 30 60 minutes selon le type de boue et la filtrabilit d sir e Degr mont 1989 Ce mode de traitement est applicable toutes les boues pr dominance organique et permet l obtention de performances relativement stables par rapport au conditionnement
109. ne couche de sable 32 Martel 1989a Les boues dig r es a robies et ana robies ainsi trait es ont des teneurs finales en solides se situant entre 24 et 40 Martel 1993 Martel et Diener 1991 Des essais de gel d gel de boues chimiques d tangs a r s facultatifs effectu s la station d puration de Sainte Julie Qu bec se sont av r s prometteurs La siccit moyenne des boues d shydrat es a t de pr s de 44 Goyette et al 1994 2 3 9 Micro ondes L enl vement de l eau des boues par chauffage aux micro ondes a t explor par Collins et al a 991 Les analyses effectu es d montr rent que l emploi de cette hole pour d shydrater les boues de 5 30 de solides approximativement n cessite une consommation excessive d nergie lectrique pour une utilisation industrielle Par contre cette voie semble int ressante pour augmenter jusqu environ 50 la siccit de boues dont la concentration de solides se situe environ 30 ou 35 Cette hausse de la siccit des boues peut tre profitable pour certains types de traitement finaux comme l incin ration 2 4 Hypoth se de recherche Les essais sur filtre presse ont t faits dans une usine pilote Les boues taient conditionn es successivement avant d tre filtr es sur un filtre presse de marque Thames Technologies mod le 470 mm constitu de 4 plaques dont les toiles filtrantes pr sentaient une superficie unitaire
110. nergy Technology Support Unit Department of Trade and Industry ETSU B MS 00192 30 REP Royaume Uni 34 pages Hashimoto M et M Hiraoka 1990 Characteristics of sewage sludge affecting dewatering by belt press filter Wat Sci Technol 22 12 143 152 Horenstein B K G L Hernandez G Rasberry et J Crosse 1990 Successful dewatering experience at Hyperion wastewater treatment plant Wat Sci Technol 22 12 183 191 Hossam A A S G Saad H H Mitwally L M Saad et L Noufal 1990 Solar energy for sludge drying in Alexandria metropolitan area case study in Egypt Wat Sci Technol 22 12 193 204 105 Hurdle R L 1992 Choosing the appropriate dewatering technology Fluid Particle Sep J 5 4 151 ILSR 1987 Municipal solid waste incinerator ash management and disposal data entries Institute for local self reliance Washington D C 23 pages Karstensen K H and W Lund 1989 Multi element analysis of a citu waste incineration reference sample by Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry J Anal Atom Spectrometry 4 357 359 Kiser J V L et E W Repa 1989 Managing municipal waste combustion ash Environ Waste Manage World 3 I Komline Sanderson Limited 1976 Test leaf instructions Rotary drum Vacuum filter Brampton Ontario Komline Sanderson Limited 19 Thank you for buying a Komline Sanderson capillary suction timer Brampton Ontario Kondoh S Et M Hirao
111. njugu e la faible pression d alimentation des boues et la restriction exerc e m caniquement la sortie permet d obtenir un g teau de siccit lev e Ce proc d qui est simple d op ration et peut tre op r mode continu permet Pobieaton de siccit s de gateau de boues lev es des capacit s de filtration comp titives et de bons taux de capture des solides Ce syst me est aussi totalement ferm ce an r duit consid rablement la production d odeurs Le principe de fonctionnement de ce syst me a t d crit en d tails par Barbulescu 1985 et Barbulescu et Barbulescu 1989 Cette technologie a d ja t implant e dans quelques stations d puration qu b coises On note par exemple l installation de cinq unit s chaque unit a une capacit d environ 0 6 tonne heure a la station de traitement des eaux us es de la CUM quatre unit s la station de Longueuil deux unit s a la station Auteuil de ville Laval deux la station de St Jean d Iberville et une unit l usine de Donnacona Une deuxi me g n ration du pressoir rotatif est en cours d exp rimentation la station d puration de la CUQ Est 2 3 6 Presses vis Les presses vis sont constitu s d une vis simple ou double qui tourne lentement dans un cylindre perfor larges mailles en comprimant les boues La compression est possible en limitant la sortie du g teau par formation d un bouchon de boues d shydrat e
112. oire Leurs conclusions soit que la cendre trait e requiert une tr s faible concentration de polym re et qu avec 17 6 de solides totaux l entr e la siccit de la boue la sortie du pressoir se situera entre 40 et 47 de solides totaux Le potentiel de d shydratation des cendres trait es est donc excellent Pour le r sidu m tallique la concentration requise du polym re est moyenne Avec des solides totaux 98 entr e de 4 38 la siccit pr vue est de 23 Le pressoir rotatif a donc un bon potentiel de d shydratation du r sidu m tallique Comme les r sultats d montrent que la d shydratation ne semble pas poser de probl mes techniques d envergure peu importe l appareil utilis l tude conomique a ensuite t faite en consid rant quatre sc narios de choix et d installation d appareils Dans chacun des cas les co ts pour la d shydratation et le conditionnement furent calcul s par tonne de cendres avant traitement c a t Les r sultats sont les suivants e Utilisation d un filtre sous vide pour les cendres et d un filtre sous vide pour le r sidu 50 50 t c a t conditionnement e Utilisation d un seul filtre presse pour les deux boues 48 91 t c a t conditionnement e Utilisation d un filtre presse pour le r sidu et d un filtre sous vide pour les cendres 62 00 t c a t conditionnement e Utilisation du pressoir rotatif 90 76 t c a t pour la
113. onc les divers proc d s d paississement de conditionnement chimique thermique ou autres de d shydratation et de s chage couramment utilis s travers le monde ainsi que ceux ayant fait l objet de travaux de d monstration industrielle 2 1 Epaississement L paississement constitue la premi re tape de la plupart des circuits de traitement des boues L paississement est avantageux pour plusieurs raisons Il am liore le rendement de digestion si celle ci est pr vue et en r duit le co t d investissement Il r duit le volume des boues disposer enfouissement sanitaire pandage agricole rejet en mer etc De plus le proc d augmente l conomie des syst mes de d shydratation centrifugation filtres presses filtration sous vide etc 2 1 1 D cantation Dans le cas de la d cantation aussi appel e paississement gravitaire la suspension boueuse est introduite dans une cuve cylindrique o le temps de s jour est lev Ceci permet le tassement des boues qui sont vacu es par raclage par le fond tandis que le liquide surnageant est vacu par le haut Cette technique peu co teuse est largement r pandue notamment pour l paississement des boues primaires municipales Degr mort 1989 2 1 2 Flottation Dans le cas des boues activ es l paississement peut se faire galement par flottation l air digs tis Cette technique entra ne une d pense nerg tique nettement sup ri
114. oues la consommation de polym re est faible La deuxi me partie de l tude consistait comparer trois quipements de d shydratation soit le filtre presse le filtre sous vide et le pressoir rotatif Ces appareils ont t exp riment s avec les deux boues Pour la boue de cendres trait es le filtre presse permet d accro tre le contenu en solides en moyenne de 12 4 43 2 galette consistante avec un cycle de filtration tr s rapide d une heure La capacit moyenne de filtration est aussi tr s lev e soit 15 57 kg h m La moyenne des mati res en suspension du filtrat est de 355 mg L ce qui est acceptable puisque la norme qu b coise de rejet l gout est de 600 mg MES L Toujours pour la boue de cendres trait es le filtre sous vide a tr s bien fonctionn La dur e de rotation du tambour tr s courte n tait que d une minute La siccit du g teau de cendres trait es a 97 t identique celle obtenue avec le filtre presse soit 43 2 Les MES du filtrat ont t par contre plus faibles De plus les capacit s de filtration de 589 kg m h sont tr s lev s Il faut cependant mentionner que pour un m me investissement les surfaces des filtres sous vide sont normalement plus faibles que celles des filtres presses La comparaison ne peut toutefois se faire qu au niveau conomique en tenant compte des avantages et des inconv nients de chaque technolo gie Pour ce qui est de l
115. ous vide ont t r alis es il y a plusieurs ann es par Gales et Baskerville 1970 et Tenney et al 1970 2 3 3 Filtration sous pression en chambres tanches La filtration sous pression en chambres tanches filtres presses 4 plateaux chambr s classiques filtres presses classiques 4 plateaux membranes filtres presses automatiques permet d appliquer sur le gateau des pressions tr s ngs 5 15 bars et parfois plus Ceci permet d obtenir des siccit s de g teaux g n ralement siens 30 pour la majorit des boues organiques pr alablement conditionn es Une revue de la d shydratation des effluents et boues d puration sur filtres pr sses a t propos e par Cheremisinoff 1992 _ Filtres presses plateaux chambr s classiques Le filtre presse plateau recess plate press est constitu principalement par une batterie de plaques vid es verticales juxtapos es et appuy es fortement ies unes contre les autres par des v rins hydrauliques plac s une extr mit de la batterie Sur les deux faces des plaques sont appliqu es d s toiles filtrantes de mailles fines 10 et 300 um Les boues filtrer arrivent sous pression dans les chambres de filtration par l interm diaire d orifices am nag s g n ralement au centre des plateaux La dur e d utilisation des toiles est tr s variable mais 1 500 2 000 cycles sont r guli rement atteints Le Tableau3 fait tat des performances habituelles obtenu
116. pH des cendres trait es taient neutralis Le magn sium a ainsi t maintenu en solution dans le filtrat puisqu il ne 79 Tableau 24 Caract ristiques des filtrats mg L de la boue de cendres trait es filtre presse p ee Seca arii a nest aiat a es A m a i a Sra enema TO rent ote opens seek PONT Rs re bales TN ee ee a i i i i he FE i ane TE ERIM E T a A Er PR ee DE ee T N a U ir Fe t ai fe SRE Re A tien 7 Fala a a Ce A re Face 2 1 RAT hi H FRET h 3 TR nine Es Es z aah re RARE ARE SAS ae ere ay ill j F f Teer ee i gl nt nee CC ee sy Ns at h Fel ae er rE ead Lu M SSREET fi LEE j na tt VTi ee Thee ah ee Sal D S oF E PEN Fi lt mi a e Se eee F CA Siaor AU Pied x ky x I De 2 SU erik ch H Er al Dee CE j bra T i a ey ee ate El ee E merch P le EE lds ey sae ye ee ar he eT ees k Es NM lie sag Ei sl gape ha ene ees St SEE o RE ee a pe f i Jh Ti F s i 7 ak tem oe T ict ae Dies ae TEE 1 p ne I 523 lt 0 5 35 5 HP 0 5 j pe as 8 lt 05 lt 05 2 190 995 3287 lt 05 lt 0 5 11 7 176 5 56 lt 05 150 406 251 lt 05 lt 05 3 252 lt 05 3783 lt 05 lt 05 104 205 684 lt 05 1 39 493 3 74 lt 05 lt 05 4 455 0 540 3659 lt 05 lt 05 867 208 691 lt 0 5 123 446 426 lt 05 lt 0 5 N 600 5 5 5 10 2 2 N norme de rejet l gout Tableau 25 Caract ristiques des filtrats mg L de la boue de cendres trait es filtre sous vide Essai MES AI Ca Cr
117. principales valeurs qu ils retiraient sbi celles du phosphate qui est tr s important dans les cendres mais qui est beaucoup plus faible 5 20 fois mah que dans les cendres de d chets municipaux Theis et Gardner 1990 Ce proc d ne pourrait donc pas tre rentable pour les cendres qui sont l obj et de cette tude Smith et Condra 1983 ont plus r cemment propos une r cup ration presque conomique du fer et de l aluminium production de coagulant contenus dans les cendres volantes de combustion du charbon l aide de NaOH 15 90 C suivi de HCI 15 90 C Ces cendres ont cependant beaucoup plus de fer et d aluminium que les cendres aii nous concernent Theis et Gardner 1990 De plus les m taux toxiques Soni pr sents dans les produits obtenus coagulant et ils contamineront irr m diablement les boues qui seront produites l aide de ceux ci Ceci quivaut d placer le probl me et ne s inscrit pas dans une philosophie de d veloppement durable Le seul ouvrage recens qui semble avoir un potentiel de r ussite bien que limit est le traitement des cendres volantes dans une solution de HCl pH3 avec NaCl 1 M Legiec et al 1989a 1989b formant un m lange de 5 ST Or les tudes men es l INRS Eau indiquent qu il en co terait environ 85 t en HCl seulement pour acidifier le m lange des cendres volantes de la C U Q Si on consid re que le co t total du proc d est environ quatr
118. rat C est donc une variation dans la constitution de la boue de d part qui serait responsable de ces changements Ces r sultats ne sont pas inqui tants car le g teau de pr cipit s che toujours tr s rapidement L tude technico conomique pr sent e la section 4 4 comparera le filtre sous vide au filtre presse en tentant de voir s il est pr f rable d avoir une plus grande capacit de filtration et un plus grand contenu en liquide dans les g teaux ou une plus petite capacit de filtration et un g teau plus sec D shydratation sur pressoir rotatif Monsieur Serge Fournier a men une tude avec le pressoir rotatif sur la boue de pr cipit m tallique Il a constat qu avec une boue dont la siccit initiale est de 4 4 on peut escompter produire un g teau dont la siccit soit en moyenne de 23 Le pressoir rotatif pr sente donc un bon potentiel de d shydratation L tude technico conomique tiendra compte de ces r sultats 78 4 3 Caract risation des filtrats et des r sidus Une fois que les param tres d op ration optimaux du filtre presse et du filtre sous vide furent d termin s 1l ne restait plus qu a r aliser une analyse des filtrats des boues afin d en conna tre les concentrations de m taux lourds et de mati re en suspension Si ces derni res sont trop lev es il faudra envoyer le filtrat au proc d de d contamination De plus les g teaux des cendres trait es ont subi un
119. re la solubilit des m taux traces dans les cendres volantes Le Centre canadien de traitement des eaux us es de Burlington Environnement Canada a essay de mettre au point avec la coop ration de la compagnie Montenay Gestionnaire de l incin rateur de la C U Q di nouveau proc d de stabilisation des cendres volantes de la C U Q l aide de ciment Ce proc d a finalement chou car les blocs de ciment form s se d sagr geaient apr s deux ans conversation t l phonique le 14 juin 1994 avec Madame Maria Szymanska de l incin rateur de MAO Le CCME 1991a ce sujet mentionne qu il faudrait soumettre les cendres volantes un pr traitement afin de r duire leur teneur en chaux car cette chaux exc dentaire nuit la durabilit du bloc solidifi Pour ce qui est de la stabilisation thermique il existe trois proc d s diff rents La vitrification l encapsulation et la liaison thermique Tecsult 1993 La vitrification consiste chauffer le r sidu afin de le fusionner Il forme ainsi un produit granulaire qui n est pas propice la lixiviation des m taux lourds Cette technologie est en voie d tre op rationnelle au Qu bec Puisqu Hydro Qu bec construira une usine pour traiter les scories d aluminium Cette technologie a aussi t exp riment e sur des cendres volantes de boues d puration mais les recherches ont t arr t es faute de partenaire industriel L encapsulation
120. s la sortie du syst me Les principaux avantages de cette technologie sont le peu de d pense nerg tique n cessaire ainsi que la compacit 30 du syst me Ces appareils ne permettent d essorer efficacement que des boues tr s fibreuses tel que les boues primaires de papeterie Degr mont 1989 Metcalf amp Eddy Inc 1992b 2 3 7 Lits de s chage Le s chage des boues sur des lits de sable drain s longtemps la technique la plus utilis e est en r gression du fait des grandes surfaces de terrain n cessaires des d penses de main d oeuvre qu elle entra ne ainsi que des performances d pendantes des conditions climatiques Dans les r gions temp r es la dur e possible de s chage naturel est d une centaine de j Jours Les temps de s chage varient habituellement de trois semaines un mois et demi selon les conditions eim tiques pour s cher 30 40 cm de boues liquides La d shydratation sur lit de s chage comporte une premi re phase de drainage et une seconde d vaporation La siccit peut atteindre 40 et m me 60 en cas d ensoleillement optimal Adrian 1978 Degr mont 1989 L utilisation de l nergie solaire pour chauffer l air insuffl dans des installations ferm s de lits de s chage a galement t explor e en Egypte Hossam et al 1990 Cette pratique n est toutefois pas envisageable dans les r gions temp r es Au cours des derni res ann es une m thode de d shydratation
121. s aromatiques polycycliques HAP variaient consid rablement de 0 23 19 000 ng g de cendre Les concentrations de biph nyles polychlor s BPC de chloroph nols CP et de chlorobenz nes CB allaient de valeurs inf rieures a la limite de d tection 164 ng g Dans les cendres volantes les concentrations de PCDD et de PCDF se situaient des valeurs inf rieures la limite de d tection jusqu 1 040 ng g tandis que les concentrations de HAP variaient de valeurs inf rieurs la limite de d tection 4 9 400 ng g Les concentrations de BPC de CB et de CP variaient aussi de valeurs inf rieures la limite de d tection plus de 9 600 ng g La conception et le fonctionnement de l incin rateur influent sur l efficacit de destruction et sur les concentrations de contaminants organiques dans les divers flux de cendres En g n ral la temp rature de combustion 1000 C est suffisamment lev e pour d truire ou volatiliser la plupart des compos s organiques Toutes les cendres volantes d incin rateurs de d chets municipaux sont le r sultat de combustion haute temp rature De ce fait plusieurs compos s acides volatils CO H S HCl sont chass s dans les gaz et les cendres devraient logiquement tre basiques lors d une r action ne Peau Theis et Gardner 1990 Ce n est pas toujours le cas et la gamme de pH des cendres volantes r cup r es par lectrofiltres sont de 6 24 10 26 Theis et Gardner
122. s le bilan de masse 300 kg de pr cipit sont quivalents 1 471 kg de pr cipit mouill g teau La masse volumique du g teau tant en moyenne 1 000 kg m un filtre presse de 1 417 m soit 50 pi est n cessaire sans consid rer de marge de s curit Il faut donc recalculer le nombre de cycles requis pour d shydrater 2 5 tonnes de cendres trait es mais cette iisa avec un freres dimensionn 50 pi Le nombre de cycles diminuera probablement car le filtre a une plus grande capacit et donc la marge de s curit pour d shydrater la boue du pr cipit pourra tre consid r e En supposant que dans le volume de 50 piilya imie marge de s curit de 25 pour la filtration des cendres cela quivaut dire que 40 pi sont disponibles pour la d shydratation en tant que telle Comme il a t pr sent auparavant en consid rant une masse volumique de 1 200 kg m 1 360 kg de cendres mouill es g teau par cycle passeront dans l appareil En kg de cendres s ches on obtient 585 kg par cycle Pour d shydrater les 2 5 tonnes cinq cycles seront donc suffisants Comme pr vue un cycle de plus pourra tre utilis pour la boue du pr cipit m tallique En r sum cinq cycles d une heure seront consacr s la boue de cendres et deux cycles d une heure la boue du r sidu m tallique La huiti me heure servira au nettoyage Le filtre presse tant choisi il est possible d effectuer l tude des co ts
123. s les filtrats c est la section 4 3 que ces r sultats sont pr sent s plus en d tail Il est noter que la capacit de filtration 1 RPM est de 174 lb pi h ce qui est excellent par contre la capacit 2 RPM est inf rieure celle 3 RPM ce qui est contraire aux pr diction Il y a quelques hypoth ses plausibles pour expliquer ces r sultats e Peut tre que la plus grande quantit de solide l entr e 18 7 lors de l essai 3 RPM am liore la capacit de filtration comparativement l essai 2 RPM o il y avait 16 5 de solide l entr e 69 e Jl est possible que lors de l essai 2 RPM la concentration de polym re 15 kg t fut un peu trop lev et que la boue ait gonfl diminuant ainsi sa filtrabilit Ceci pourrait expliquer la moins bonne capacit de filtration 2 RPM Les r sultats confirment les pr dictions th oriques savoir qu la vitesse de 1 RPM la capacit de filtration est plus lev e Le choix des conditions d op ration du filtre sous vide s arr te 37 de submergence une vitesse de 1 RPM C est dans ces conditions d op ration que furent men s les trois derniers essais afin de v rifier la constance des r sultats Le Tableau 18 pr sente les r sultats obtenus Tableau 18 D shydratation des cendres trait es avec le filtre sous vide ae A Essais Percol351 RPM STentr e STg teau SDfiltrat MES Cap de filtr kg
124. s sous vide et 48 91 t c a t pour l unique filtre presse Regardons la troisi me possibilit qui est un filtre presse pour la boue du pr cipit m tallique et un filtre sous vide pour la boue de cendres trait es Sc nario d utilisation d un filtre presse et d un filtre sous vide Ce sc nario concerne l emploi d un filtre sous vide pour la boue de cendres trait es et un filtre presse pour la boue du pr cipit m tallique Si le filtre sous vide est mis en place pour d shydrater la boue de cendres il en co terait 23 76 tonne de c a t cendres avant traitement Ce calcul a d j t labor dans le sc nario d utilisation de deux filtres sous vide Il faut calculer les co ts relatifs l utilisation d un seul filtre presse exclusivement consacr la boue du pr cipit m tallique Les calculs ont t effectu s en consid rant que le filtre presse d j achet lors du projet de d contamination des boues d puration tait utilis Ce filtre a un volume de 6 pi En supposant un facteur de s curit de 25 le volume utile est de 4 8 pi ou 0 136 m La masse volumique de la boue tant d environ 1 000 kg m le filtre peut traiter 136 kg de pr cipit mouill g teau chaque cycle La quantit de solides totaux dans le g teau tant en ee 20 4 on obtient 27 7 kg de pr cipit sec par cycle Onze cycles d une heure chacun seront n cessaires chaque jour pour traiter les
125. shydratation sur filtre sous vide pour la boue de pr cipit m tallique les param tres d op ration choisis sont 60 de submergence 2 minutes par rotation et l utilisation de faible concentration de Percol 338 La rotation 2 RPM a t pr f r e celle 1 RPM parcque la siccit des g teaux tait un peu plus lev e puisque le temps d goutement a t un peu plus long Trois essais similaires dans ces conditions d op ration choisies ont t ex cut s afin de v rifier la constance des r sultats Ceux ci sont pr sent s au Tableau 23 La capacit moyenne de 25 7 kg m h est presque quatre fois plus lev e que celle atteinte lors des essais sur le filtre presse Le pourcentage de solides dans les g teaux a diminu 13 comparativement au 15 obtenu auparavant lors des essais pr liminaires Cependant la siccit 77 Tableau 23 D shydratation du r sidu m tallique avec le filtre sous vide aux meilleures conditions identifi es Essais Percol338 RPM STentr STg teau ST filtrat MES Cap detitr i th o ed 13a 0 59 60 2 33 13 3 0 75 95 6 243 13b 0 53 60 2 3 7 13 2 0 90 56 0 26 4 13e 053 60 2 3 7 13 3 0 94 95 1 26 4 Moy 055 60 2 3 6 13 3 0 83 82 0 25 7 l entr e tant de 3 6 alors qu elle tait au moins 4 1 lors des derniers essais Le gateau avait pourtant bien le temps de s goutter puisque vers la fin du cycle il ne s en chappait que quelques gouttes de filt
126. sse permet une augmentation de 40 50 de la siccit des g teaux de boues La comparaison des co ts de d shydratation et de disposition des boues a d montr que cette technique pourrait tre plus conomique que la filtration sous pression plateaux classique et la filtration sur bandes presseuses Les co ts en nergie lectrique sont toutefois hauss s consid rablement suite l application du traitement d lectro osmose 2 2 6 Conditionnement par solvants ou huiles L ajout aux boues de solvants ou d huiles permet dans certaines conditions de temp rature de s parer plus facilement par voie m canique les mati res s ches tout en ayant la possibilit de r cup rer une bonne partie du solvant Toutefois la faisabilit technico conomique de cette pratique l chelle industrielle n a pas t d montr e Certains autres produits chimiques tels que le formol le glyoxal les amines hydrophobes peuvent en principe am liorer la qualit de d shydratation des boues Toutefois le gain en siccit est tr s TL et les co ts d utilisation sont on reux Degr mont 1989 2 3 D shydratation Les proc d s de d shydratation permettent de donner aux boues une consistance physique plus solide La d shydratation des boues s effectue principalement par centrifugation filtration sous vide filtration sous pression filtration sur bandes presseuses ainsi que par s chage sur lit de sable ou par cong latio
127. sseur Couillard a travaill ensuite sur un projet de d contamination des cendres volantes de l incin rateur de Qu bec Le projet comprenait la phase laboratoire du d veloppement du proc d soit les recherches afin d optimiser les param tres puis par la suite le montage d une unit d une capacit de 30 litres afin de simuler toutes les parties du proc d Nous voulions maximiser l enl vement et la r cup ration des m taux tout en maintenant des co ts de d contamination tr s bas Deux proc d s ont t tudi s conjointement l un chimique l autre biologique Le but tant toujours un maximum de solubilisation des co ts le plus bas possible De plus ce proc d devait permettre l enfouissement s curitaire des cendres trait es et le recyclage dans l industrie m tallurgique d une partie des m taux contenus dans les cendres volantes Le proc d chimique de d contamination des cendres volantes a t plus efficace de moindres co ts La Figure 2 est un sch ma qui repr sente le proc d de d contamination chimique des cendres volantes Elles sont amass es dans un r acteur jusqu ce qu on atteigne un niveau optimum pr d termin de contenu solide Elles sont ensuite soumises une s rie de lavages basiques Apr s chacun de ces lavages on d cante les cendres volantes qui sont s par es du surnageant contenant les m taux On conserve le surnageant pour en extraire les m
128. sub E AA A CY o filtrato kg m h gt onu lt mg L 7a 0 21 37 14 3 43 7 1 34 65 7 576 7b 0 22 37 14 0 42 8 1 51 49 8 661 7e 0 15 37 14 7 43 1 1 51 55 5 531 Moy 0 19 37 14 3 43 2 1 45 57 0 589 Les r sultats sont impressionnants D une boue contenant en moyenne 14 3 de solides totaux a Pentr e il r sulte un g teau d environ 43 de siccit et un filtrat tr s clair ne contenant en moyenne que 57 mg L de mati res en suspension La filtration est rapide un g teau tr s sec de 2 cm d paisseur se forme en 23 secondes Dans le Tableau 18 les capacit s de filtration sont exprim es en kg m h comme pour les r sultats du filtre presse Les capacit s du filtre sous vide sont 40 fois sup rieures celle du filtre presse De plus le filtre sous vide tant un appareil qui fonctionne en continu ses co ts d op ration sont inf rieurs ceux du filtre presse 70 L tude conomique en section 4 4 permettra de d terminer si l excellente performance du filtre sous vide ainsi que son faible co t d op ration justifient le co t d acquisition initial de cet appareil qui est de beaucoup plus lev que celui du filtre presse D shydratation sur pressoir rotatif Le pressoir rotatif utilise une technique plus r centes en mati re de d shydratation oe il n existe pas encore de moyen de simuler le pressoir l chelle r duite les essais durent tre ex cut s en entreprise sur des pr
129. sur les co ts engendr s par le conditionnement chimique des a types de boues et celle sur les diff rents autres co ts reli s la d shydratation de ces boues Comme trois appareils de d shydratation furent mis l essai le calcul conomique pour la d shydratation m canique a t effectu pour les quatre sc narios suivant e Utilisation de deux filtres sous vide e Utilisation d un seul filtre presse bs Utilisation d un filtre presse et d un filtre sous vide e Utilisation d un pressoir rotatif Toute l tude technico conomique a t labor e en supposant une usine pilote qui traiterait 3 57 tonnes de cendres par jour Comme 1l y a eu une perte de masse de 30 lors du proc d de d contamination tous les calculs ont t effectu s en consid rant qu il y avait 2 5 tonnes de cendres d shydrater par jour Les r sidus m talliques engendr s lors de la d contamination repr sente 83 11 en moyenne de la masse de cendres trait es soit 11 de 2 5 tonnes de cendres trait es ou environ 300 kg de r sidu m tallique par jour Les calculs d taill s des co ts et les hypoth ses pos es pour faire ces calculs sont pr sent s ci dessous Les bilans de masse ont servi au dimensionnement des pi ces d quipement 4 4 1 Co ts de conditionnement chimique Conditionnement des cendres trait es Comme 0 3 kg du Percol 351 tait n cessaire par tonne de cendres s ches et que 2 5 t de cendres
130. t g n ral des flocs tant donn que les deux types de boue avait des pH de 7 0 et 8 5 respectivement des polym res de 40 cationique 40 anionique ont t tudi s Monsieur Serge Baril de la compagnie Allied Colloid a sugg r de tester deux polym res de type cationique Percol 728 et Percol 455 un polymere non ionique Percol 351 et quatre de type anionique Percol E 10 Percol 338 Percol 155 et Percol 156 41 Avant chaque essai les polym res taient pr par s au laboratoire et entrepos s pendant trois jours Les solutions de polym res ont t pr par es en tenant compte de l information sur les fiches signal tiques des polym res et de l exp rience de Monsieur Guy Roberge et de Madame Christine Sauvageau de l INRS Eau Tout d abord une solution m re de 5 000 mg L devait tre pr par e dans une fiole jaug e de 250 ml on m langeait 0 5 g de polym re avec 3 5 ml d thanol Celui ci permettait de bien dissoute la poudre de polym re Ensuite on compl tait avec 100 ml d eau La fiole tait agit e pendant une heure Des solutions filles de 500 mg L et 50 mg L ont aussi t pr par es Pour ce faire on a tout simplement dilu la solution m re de 5 000 mg L pour obtenir la solution fille de 500 mg L qui elle a t dilu e pour ainsi obtenir une deuxi me solution fille de 50 mg L 3 4 1 Tests de TSC Selon l exp rience de l industrie pour que le proc d soit conomique
131. t they are present but at such low concentratic that the appropriate regulatory levels could not possibly be exceeded the TCLP aced not be run 1 3 If an analysis of any one of the liquid fractions of the TCLP extract indicates that a regulated compound is present at such high concentrations that ev OMcCoy and Associates Inc 13 79 The RCRA Land Disposal Restricticr Lakewood Colorado A Guide to Compliance 1992 Edi
132. tation du filtre presse Si les toiles Crosible sont mont es sur le filtre passer l tape 9 Pour les toiles Lenser il faut placer les valves 10 11 et 12 fig 3 en position ouvertes afin d alimenter les membranes compressantes Ouvre la valve du r gulateur valve 13 fig 3 au maximum c a d 105 PSI pendant 10 minutes Fermer les valves 6 et 7 fig 2 Ouvrir la purge d air valve 8 fig 2 legerement pendant 5 minutes Ouvrir la valve 4 au maximum afin de purger le coeur du filtre presse et le surplus de boues non filtrees vers le drain Fermer la valve 5 mais pas compl tement afi n de ne pas clabousser des boues partout Dur e de 5 minutes 11 Lorsque les purges sont termin es Fermer la valve r gulatrice 8 O PSI Pour les toiles Lenser enlever la pression d air dans les membranes en fermant la valve de r gulation 13 0 PSI et ouvrir les valves 12 11 et 10 12 Enlever la pression du v rin B fig 1 Ouvrir le filtre presse 13 Sortir les g teaux d entre les plaques et gratter les toiles s il y a lieu Figure 1 l Plan g n ral eee a a ere TER EEE RE ae ue RP Tes OT 08 r 1 fe nt i A site a aa T i nr eee a Pat PROTOCOLE DE NETTOYAGE DES FILTRES PRESSES Les filtres presses ont t s modifi s afin de pouvoir nettoyer leurs toiles dans les deux sens Les explications ci dessous nous donnent le circuit suivre par l agencement
133. taux Les cendres volantes s par es lors des 4 lavages basiques sont envoy es un second r acteur pour une s rie de lavage acide Cette 37 deuxi me tape est ex cut e dans une s quence tr s pr cise d addition d acide et de produit chimique dans un ordre de r action et selon des temps de r action troitement contr l s Fr Cendres volantes Pr ciptation des m laux Iivi s Produts Serre Lavage acide TN S chage pepineh solide Condes volentes R cup ration eee Fn Briques LES Conant Produits a CAPS Figure 2 Sch ma du proc d de d contamination 38 Encore une fois les cendres volantes sont d cant es apr s chacun de ces lavages et le surnageant est TT pour en extraire les m taux Les surnageants digs lavages acides et basiques sont tous les deux envoy s au mens r acteur o ils seront soumis la pr cipitation m tallique Les effluents du r acteur servant la pr cipitation sont conformes aux normes environnementales et sont vacu s dans les gouts Le pr cipit m tallique est filtr et on tentera d extraire les diff rents m taux qu il contient La phase d extraction nous permet non seulement de r cup rer des m taux tel le zinc le plomb et le cadmium mais aussi des sous produits chimiques qui peuvent tre r utilis dans le proc d de d contamination Apr s les lavages acides les cendres volantes d cant es sont conditionn es et filtr es Le filtrat qu
134. taux de capture gt 95 Les co ts d op ration de ce syst me sont de 16 20 sup rieures ceux de l paississement gravitaire toutefois il est plus fiable et plus performant 2 2 Conditionnement L op ration des diff rents quipements de d shydratation n cessite au pr alable de proc der la floculation des boues afin de casser la stabilit collo dale et pour augmenter artificiellement la taille des particules Le conditionnement a recours des proc d s de nature physique thermique principalement mais plus souvent de nature chimique aj out de r actifs min raux ou de polym res de synth se 2 2 1 Conditionnement chimique De nombreux lectrolytes min raux cations polyvalents pourraient tre utilis s Cependant pour des raisons de co t efficacit on emploie le plus souvent des sels m talliques tels que le chlorure ferrique le chlorosulfate ferrique le sulfate ferrique le sulfate ferreux et un degr moindre les sels d aluminium Une introduction de chaux cons cutive celle de l lectrolyte est souvent d un grand int r t pour am liorer la filtrabilit des boues Un excellent m lange des r actifs min raux avec les boues doit tre obtenu La floculation des boues s effectue dans des bacs agit s en s rie le premier servant pour le sel m tallique et le second pour la chaux Les temps de s jour sont de l ordre de 5 10 minutes Une p riode suppl mentaire de aise
135. tement des boues 8 Symposium International sur le traitement des eaux us es AQTE 19 et 20 novembre Montr al Qu bec Canada Compte rendu Barbulescu A et J Barbulescu 1989 The basic theory of the rotary press Filtech Conference Karleruhe Volume 2 Filtration Society Leicester Royaume Uni Compte rendu Barette L M et D Couillard 1991 Lixiviation bact rienne d un terril de gisement sulfureux l aide d un bior acteur ascension pneumatique Dans Second International Conference on the Abatement of acidic Drainage 16 18 septembre Montr al paper no 5 3 Proceedings 1 pp 315 334 Organis par CANMET Canadian Center for Mineral and Energy Technology Energy mines and Resources Canada Bastille C S St Pierre et B Dubreuil 1989 Manuel des m thodes de laboratoire Juin 1989 INRS Eau 2700 rue Einstein Sainte Foy Qu bec 284 p Bawkon B 1991 Incineration technologies for managing solid waste Pollut Engng 23 9 96 109 Bridle T R P L C t T W Constable et J L Fraser 1987 Evaluation of heavy metal leachability from solid wastes Wat Sci Tech 19 1029 1036 CCME 1991a Le programme d essai et d valuation national des incin rateurs Conseil Canadien _ des Ministres de l Environnement No En 21 97 1991 28 pages Cheremisinoff P N 1992 Filter presses for industrial effluent and sludge dewatering Nat Environ J 2 4 48 Coker C S R L Walden T G S
136. tion des cendres d incin rateurs 37 3 3 Caract ristiques des cendres trait es et du r sidu m tallique 39 3 3 1 Propri t s physiques 39 3 3 2 Composition chimique 40 3 4 Essais de floculation 41 3 4 1 Tests de TSC 42 3 4 2 Tests de d cantation 44 3 5 Essais de d shydratation 45 3 5 1 D shydratation sur filtre presse 45 3 5 2 D shydratation sur filtre sous vide 47 3 5 3 D shydratation sur pressoir rotatif g 49 3 6 Mesures analytiques 49 3 6 1 pH 49 3 6 2 Masse volumique 49 3 6 3 Solides totaux et mati res en suspension 49 3 6 4 Appareils d analyse 50 3 6 5 Digestion des chantillons 50 3 6 6 Test de lixiviation 50 4 R SULTATS ET DISCUSSION 53 4 1 Comparaison des r actifs de conditionnement 53 4 1 1 Floculation des cendres trait es 53 4 1 2 Floculation du r sidu m tallique 7 59 4 2 Comparaison des m thodes de d shydratation 65 4 2 1 D shydratation des cendres trait es 65 4 2 2 D shydratation du r sidu m tallique 72 4 3 Caract risation des filtrats et des r sidus 79 4 3 1 Composition du filtrat des cendres trait es 79 4 3 2 Composition du filtrat du r sidu m tallique 81 4 3 3 Caract risation des g teaux 82 4 4 tude technico conomique 83 4 4 1 Co ts de conditionnement chimique 84 4 4 2 Co ts de d shydratation m canique 85 CONCLUSION 97 BIBLIOGRAPHIE 101 Vill LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 Composition l mentaire repr sentative de cendres de d chets municipaux
137. uation of municipal sludge drying and dewatering with respect to sludge volume reduction Wat Sci Technol 22 12 153 161 109 Tecsult 1993 tude sur la gestion des r sidus d incin ration de d chets solides de d chets biom dicaux et de boues de stations d puration d eaux us es Document r dig pour le Minist re de l environnement du Qu bec Division de l limination des d chets solides 137 pages annexes Tenney M W W F Jr Echelberger J J Coffey et T J McAloon 1970 Chemical conditioning of biological sludges for vacuum filtration J Wat Pollut Control Fed 42 R1 R20 Theis T L et K H Gardner 1990 Environmental assessment of ash disposal Crit Rev Envir Control 20 1 21 42 van der Roest H F A A Salom et E Koornneef 1993 New generation beltpresses and decanters for sludge dewatering Wat Sci Technol 28 1 21 28 Vesilind P A et C J Martel 1990 Freezing of water and wastewater sludges J Environ Eng Div ASCE 116 5 854 862 Vesilind P A S Wallinmaa et C J Martel 1991 Freeze thaw sludge conditioning and double layer compression Can J Civ Eng 18 1078 1083 Wadge A 1 987 The leachability and chemical speciation of selected trace elements in fly ash from coal combustion and refuse incineration Environ Pollut 48 85 99 Weismantel G E 1993 Sludge dewatering technology Pollut Eng 25 28 110 ANNEXE A PROTOCOLE D OPERATION DES
138. un site r gulier avec des d chets don s ues Une pratique maintenant courante est de disposer des cendres sans d chet monofil dans un site quip d une membrane de PEA Les eaux de lixiviation sont r colt es et trait es et un syst me de surveillance est install Bawkon 1991 Ce mode de gestion peut cependant tre assez co teux En Allemagne les cendres volantes sont consid r es comme d chets dangereux ainsi que dans l tat de Washington U S A o quatre cendres volantes sur cinq sont consid r es comme d chets extr mement dangereux ILSR 1987 Cependant aux tats Unis les cendres d incin rateurs sont exclues de la loi sur les d chets dangereux Les ren de grilles relarguent moins souvent 38 des incin rateurs Dennison 1988 des m taux lors des tests de lixviation et il semble g n ralement admis que la plupart des cendres de grilles peuvent tre enfouies dans une d charge ordinaire ILSR 1987 Bridle et al 1987 CCME 1991a Le Corel canadien des Ministres de l Environnement CCME 1991a t Bridle et al 1987 ont recommand que les cendres volantes soient s par es des cendres de grilles et que les premi res soient trait es stabilisation ou autres avant d tre dispos es s curitairement Les cendres volantes de la combustion du charbon et les cendres de grilles ont t utilis es de nombreuses fins parmi lesquelles mat riel de remplissage mat riel d
139. ux boues par les industries Fournier Les diff rents protocoles exp rimentaux ont t discut s la section 3 5 4 2 1 D shydratation des cendres trait es D shydratation sur filtres presses Quelques essais pr liminaires ont d tre effectu s afin de d terminer quelques param tres d op ration C est donc par la m thode d approximations successives que ceux ci furent d termin s Tout d abord nous avons d cid de n utiliser qu une seule chambre de filtration laquelle n cessitait au moins 20 litres de boue de cendres trait es L utilisation du polym re Percol 351 faible concentration lt 0 3 kg t cendres s ches fut n cessaire afin d am liorer le d collage du g teau de sur les toiles De plus il permettait de rendre le filtrat plus clair car sans 65 polym re le filtrat contenait plus de mati res en suspension Pour ce qui est des temps d op ration un cycle d une heure tait amplement suffisant pour toutes les op rations le remplissage du filtre la filtration la purge des tuyaux l enl vement des g teaux le nettoyage et le remontage du syst me pour un nouvel essai Voici en moyenne les temps requis pour chaque tape e Remplissage 6 minutes e Filtration 15 20 minutes e Purge des tuyaux 5 minutes e Enl vement des g teaux 5 minutes e Nettoyage 7 8 minutes e Remontage 4 5 minutes e Total du cycle 42 49 minutes Donc 60 minutes par cycle de
140. ux lourds dans les boues r siduaires et revue de litt rature sur les m thodes d enl vement de ces m taux INRS Eau rapport scientifique no 262 267 pages Couillard D G Mercier et R D Tyagi 1988b tude du proc d de solubilisation des m taux avec du sulfate ferreux de qualit laboratoire comme substrat INRS Eau rapport scientifique no 263 150 pages 103 Couillard D G Mercier I Pich et R D Tyagi 1988c Recherche d un substrat conomique pour la solubilisation des m taux lourds dans les boues r siduaires INRS Eau rapport scientifique no 264 124 pages Couillard D G Mercier F Tran et R D Tyagi 1988d tude du proc d de solubilisation des m taux avec du sulfate ferreux r siduaire de raffinage des m taux INRS Eau rapport scientifique no 265 172 pages Degr mont 1989 M mento technique de l eau 9i me dition Degr mont Rueil Malmaison France 1459 pages Dennison R A 1988 The hazards of municipal incinerator ash and fundamental objectives of ash management in resource recovery of municipal solid wastes AIChE Symposium Series No 265 84 148 pages Desjardins M A N A Roy et F Bri re 1991 D shydratation sur lits de s chage de boues d tangs a r s facultatifs conditionn es chimiquement ou par gel d gel 14 Symposium _ International sur le traitement des eaux us es AQTE 12 au 14 novembre Montr al Qu bec Canada Compte rendu pp 189
141. valeurs obtenues n taient pas meilleures avec 1 88 kg t qu avec 1 41 kg t L analyse globale de tous ces r sultats a men aux conclusions suivantes e Le Percol 351 assure une bonne floculation et produit des flocs plus solides mais avec plus de polym res que les autres Percol tudi s soit au moins 1 41 kg de polym re t de pr cipit sec 64 Les PercolE 10 et Percol 338 produisent peu pr s la m me qualit de s dimentation d j une concentration de 0 47 kg t ces deux polym res s dimentent bien Les T S C sont aussi semblables bien que celui du Percol 338 soit l g rement meilleur Le meilleur choix de polymere est le Percol 338 puisque la boue ne gonfle pas aussi facilement que celle produite avec le Percol E 10 4 2 Comparaison des m thodes de d shydratation Trois appareils ont t exp riment s afin de d shydrater la boue de cendres trait es ainsi que la boue du pr cipit m tallique Tout d abord des essais sur un filtre presse de 0 196 m de surface ont t effectu s Ensuite des essais sur un filtre sous vide de laboratoire leaf test kit furent ex cut s Cet appareil permet de simuler des essais de d shydratation sur filtre sous vide mais petite chelle ce qui vite d avoir utiliser un filtre sous vide qui est trop co teux acqu rir pour des essais de ce genre Finalement des essais petite chelle sur un pressoir rotatif ont t r alis s sur les de

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