BE897080A - Procede permettant d'eliminer les dediments a grains fins des eaux courantes et stagnantes - Google Patents

Description

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  Société dite : Ed. Züblin Aktiengesellschaft -------------------------------------------- Procédé permettant d'éliminer les sédiments à grains fins des eaux courantes et stagnantes. 
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 ------------------------------------------------------------- Une demande correspondante a été déposée en République Fédérale d'Allemagne le 23 décembre 1981 sous le   ? P   31 50 993. 2. 

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 Procédé permettant d'éliminer les sédiments à grains fins des eaux courantes et stagnantes. 



  La présente invention concerte un procédé permettant d'éliminer les sédiments à grains fins des eaux courantes et stagnantes, suivant le préambule de la revendication 1. 



  La réduction de la vitesse d'écoulement des eaux provoque dans les lacs et rivières des dépôts de sédiments et de débris charriés. Ces dépôts entravent la navigation et diminuent la capacité des biefs et barrages, la    qualité, de   l'eau pouvant être considérablement compromise par les sédiments soulevés en tourbillons ou les processus de décomposition anaérobies spécifiques à ces dépôts. En cas de crues, ces derniers réduisent par ailleurs la section transversale d'écoulement, si bien qu'une évacuation certaine et rapide des importantes quantités d'eau devient impossible. 



  Il est donc indispensable d'éliminer en permanence les sédiments sur le lieu même de leur formation. La méthode connue consiste à extraire les sédiments des eaux courantes et stagnantes à l'aide de systèmes de draguage appropriés, puis à les évacuer. Il était courant d'utiliser les sédiments pour remplir des fosses naturelles ou artificielles et/ou de les déposer à proximité du rivage. Les sédiments à grains fins, sédiments boueux ou limoneux notamment comportant un fort pourcentage de composants organiques, étaient généralement 

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 utilisés en agriculture et répandus dans les champs. 



  Les sédiments à grains fins présentant une concentration très élevée en substances organiques et minérales par suite de combinaisons chimiques ou de processus d'adsorption, il est indispensable de déposer ces sédiments, limoneux notamment, dans des décharges spéciales, après les avoir partiellement déshydratés, afin de maintenir la pollution de l'environnement dans des limites acceptables. 



  Des problèmes particuliers sont posés par l'apparition de métaux lourds, cadmium par exemple, dont la concentration a permis d'établir la nocivité dans la   chaine   alimentaire. En raison des produits nocifs contenus dans les sédiments, il faut prévoir des décharges spéciales dotées de mesures   df. sé-   curité particulières, étanchement de la substructure par exemple, l'ampleur de la superficie requise rendant de plus tn plus difficile le choix du site, dans les zones de forte agglomération notamment. En dépit de mesures coûteuses, il est impossible d'éviter un retour partiel dans les eaux des produits polluants nettoyés par des eaux de drainage, ou mieux encore par une station d'épuration.

   Les décharges spéciales étant généralement très éloignées du lieu d'extraction des sédiments en raison des difficultés posées par leur emplacement, il faut faire face à des problèmes de parcours considérables. Outre les frais occasionnés par ces transports, ces derniers sont également à l'origine d'une très forte pollution de l'environnement. 



  Les quantités présentes rendent de plus en plus problématique l'élimination des sédiments contenus dans les eaux. Il faut encore extraire et éliminer du Neckar près de 2 millions de    m3,   l'augmentation annuelle de cette quantité pouvant atteindre 100.000 m3. Or l'espace disponible pour le stockage de ces sédiments dans des décharges reste encore limité. 



  La présente invention vise à créer un procédé permettant d'é- 

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 liminer les sédiments des eaux avec une pollution minimale pour l'environnement, des parcours de transport réduits et une faible occupation des sols, les produits nocifs contenus dans les sédiments devant être fixés. 



  Les cycles opératoires définis dans la revendication 1 constituent la caractéristique essentielle de la présente invention. Ce procédé permet pour la première fois une valorisation complète des sédiments excavés, qui peuvent être intégralement recyclés dans le circuit économique des matériaux. 



  A partir des sédiments auxquels sont ajoutés des adjuvants, déchets notamment, il permet d'obtenir un produit de qualité supérieure, dont la fabrication est normalement assurée à partir de matières premières. L'élimination des sédiments, dont le seul coût était déjà élevé, est remplacée suivant la présente invention par une réinjection dans le circuit économique des biens, la marchandise produite permettant d'économiser la matière première qu'il faudrait normalement transformer. La totalité des cycles opératoires pouvant être localisée, à proximité immédiate du lieu de dragage de préférence, les longs parcours polluants et onéreux sont   suppri-     més.   



  Tous les sous-produits formés pendant le procédé conforme à l'invention sont récupérables. Le refus supérieur peut être séparé et réutilisé dans la fabrication des matériaux de construction notamment, après avoir été lavé et trié. L'eau résiduaire filtrée, provenant d'une déshydratation mécanique par exemple, peut être épurée dans une installation de clarification adéquate et réinjectée dans les eaux. Il est également possible d'épurer dans cette installation l'eau de lavage provenant du traitement du déclassé supérieur. La boue formée par la décantation est déshydratée avec le sédiment. 



  L'air d'échappement des processus de cuisson et de séchage est épuré, les matières retenues étant ajoutées au mélange avec la cendre volante comme agrégats. L'air de sortie du processus de cuisson est refroidi à   300 - 4000 par   un échan- 

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 geur thermique et utilisé pour le séchage. Le fluide chauffé dans l'échangeur est transformé en énergie. Par adjonction de déchets essentiellement, le procédé conforme à l'invention permet donc d'obtenir un agrégat léger précieux pour la fabrication des matériaux de construction, tous les sous-produits formés au cours du procédé étant récupérables. 



  L'agrégat léger obtenu présente une faible densité apparente, une résistance à la pression élevée et un pouvoir calorifuge satisfaisant. Il est donc particulièrement adapté à la fabrication d'agglomérés de pouvoir calorifuge élevé et peut être parfaitement utilisé comme adjuvant au béton léger de construction, d'autres champs d'application étant également possibles. 



  D'autres caractéristiques de l'invention sont données dus les revendications, la description et les dessins annexés. 



  Un exemple de réalisation de l'invention, dont la description détaillée est donnée ci-dessous, est illustré sur les dessins, qui représentent : Figure 1 : un schéma fonctionnel du procédé conforme à l'inven- tion, Figure 2 : une vue du dessus schématique d'une installation permettant de réaliser le procédé conforme à   l ! in-   vention. 



  Le procédé conforme à l'invention comporte essentiellement les cycles opératoires illustrés sur la figure 1, les principales étapes étant représentées par les flèches noires en traits gras. 



  Le sédiment est excavé au moyen d'une drague 2 prévue sur un pont flottant 1, puis dirigé vers l'installation de traitement par l'intermédiaire d'une péniche 4, par exemple. Si cette 

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 installation est prévue dans sa totalité sur un bateau, par exemple, la drague 2 peut en assurer directement le chargement. Le sédiment 3 est calibré suivant sa granulométrie, un criblage mécanique dans une installation 5 permettant par exemple d'en séparer le refus supérieur. Il est également possible d'utiliser d'autres méthodes de séparation, hydrauliques par exemple, pour calibrer le sédiment. Le refus est nettoyé dans une installation de lavage, trié suivant sa granulométrie et stocké dans des silos 7.

   Le refus traité étant de préférence destiné à la fabrication des matériaux de construction, il est recyclé dans le circuit des matériaux et le criblage ne produit aucun déchet. Il est également possible de remplacer le calibrage par un concassage du refus, traité ultérieurement avec le sédiment. 



  Après le calibrage, le sédiment résiduel est soumis à une déshydratation, mécanique de préférence, dans un filtre a bande presseuse 8, une teneur en matière sèche de 45% maximum étant obtenue. Le filtrat est recueilli dans un collecteur 9, puis épuré dans une installation de clarification 10, jusqu'à ce que les valeurs chimiques de l'eau de sortie   e   situent dans le cadre des limites admissibles pour une réinjection dans les eaux. L'eau résiduaire épurée peut donc être directement rejetée dans les eaux   11,   réintégrant ainsi le cycle naturel. 



  Outre la déshydratation mécanique par un filtre à bande presseuse, représentée sur l'exemple de la figure 1, il est également possible d'utiliser des centrifugeuses, étuves ou autres méthodes industrielles de séchage, ainsi qu'un séchage à l'air. 



  La boue produite dans l'installation de clarification 10 étant dirigée par une conduite 12 dans le filtre à bande presseuse 8, la clarification et l'épuration des eaux résiduaires ne donnent essentiellement aucun déchet qui ne soit pas récupérable. L'eau utilisée dans l'installation de lava- 

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 ge 6 étant également traitée dans l'installation 10, les résidus provenant de la séparation et du lavage du refus sont réutilisés. 



  Une solution avantageuse peut consister à soumettre le filtrat et l'eau de lavage polluée de l'installation 6 à une décantation primaire, puis à réinjecter ces eaux dans le réseau d'assainissement usuel, des raccordements fixes et des collecteurs pouvant être respectivement prévus pour des installations stationnaires et des installations mobiles. 



  Le cas échéant, il convient de prévoir les processus d'épuration et dispositifs permettant de séparer les métaux lourds du filtrat. 



  La partie précédemment décrite de ce procédé se distingue d'ores et déjà en ce que les cycles compris entre le draqage et la déshydratation du sédiment 3 ne produisent essentiellement aucun déchet, mais donnent des produits qui sont, soit récupérables, soit recyclables dans la nature. 



  Le traitement du sédiment 3, permettant d'obtenir une teneur en matière sèche de 45% maximum, peut être assuré dans une installation fixe ou mobile. L'installation mobile peut être prévue sur un bateau par exemple, amarré à proximité du lieu de dragage et chargé directement par la drague ou par l'intermédiaire d'unités flottantes, telles que celles illustrées sur la figure 2. 



  Après la déshydratation dans le filtre à bande presseuse 8, des adjuvants, tels que cendre volante, argile traitée ou autres agrégats, essentiellement à grains fins et de nature mirérale, sont mélangés au sédiment. Il s'est avéré avantageux de mélanger 70% de sédiment et 30% d'agrégat (par rapport au poids sec), les agrégats utilisés ne pouvant être que de la cendre volante, de l'argile ou matériau analogue, ou que certains mélanges, tels que cendre volante et argile. Un additif au moins, tel que boue rouge, huile, huile usée trai- 

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 tée de préférence, d'autres additifs appropriés ou un mélange des additifs précités sont ensuite ajoutés au mélange dans une proportion maximale de 5% poids, le sédiment 3 étant alors parfaitement mélangé, avec les additifs et agrégats, dans un mélangeur à circulation forcée 13.

   Il peut être avantageux d'ajouter d'autres adjuvants améliorant l'expansibilité et la structure superficielle. La teneur en liquide des différents adjuvants et du sédiment déshydraté assure un mélange suffisant pour la granulation ultérieure, une quantité d'eau supplémentaire pouvant être ajoutée le cas échéant. 



  La boue rouge précitée est un déchet de la préparation d'alumine à partir de bauxite, suivant un procédé Bayer AG, Leverkusen. 



  La cendre volante se compose essentiellement de fines poussières de substances minérales, que les installations modernes de filtration et séparation des grosses centrales thermiques 16 produisent de plus en plus. Elle est amenée dans des véhicules fermés et stockée dans des silos 14 également   fermés,   à partir desquels elle est dirigée vers le mélangeur 13 par des tuyauteries. 



  L'argile brute est traitée dans l'installation 15, jusqu'à ce qu'il soit possible de l'ajouter en grains fins au sédiment, comme la cendre volante, dans le mélangeur à circulation forcée 13. 



  Les additifs sont stockés sous la forme appropriée et ajoutés directement, comme les agrégats, au sédiment déshydraté versé, dans le mélangeur. L'huile utilisée étant de préférence de l'huile usée traitée, le traitement comporte encore une fois un déchet qu'il est généralement difficile de récupérer. 



  La teneur en eau requise pour la granulation ayant été obtenue, le mélange est évacué du mélangeur et granulé,   agglomé-   

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 ré en boulettes dans une installation de bouletage 17 de préférence. Le granulat et/ou les boulettes sont alors régulièrement séchés dans un tunnel à bande plate 18, sous une température comprise entre   300    et   400 ,   le granulat étant ainsi préchauffé et sa forme stabilisée. Le séchage est assuré de manière à éviter toute extraction des produits nocifs contenus dans le sédiment, ainsi que tout dégazage de ses composants organiques, notamment. L'air d'échappement des processus de cuisson et de séchage est épuré, les particules de poussières obtenues servant d'agrégat pour le mélange, comme la cendre volante.

   A cet effet, ces particules sont dirigées vers le silo 14 ou le mélangeur à circulation forcée 13. 



  Après le séchage, le granulat est cuit et expansé, dans un four rotatif 19 de préférence. Il est introduit dans le tambour du four 19, incliné à l'oblique par rapport à la flemme 20, par la face frontale opposée à cette même flamme 20, vers laquelle l'entraîne la rotation du tambour. Une température de   1000    à 12000 régnant dans la zone de la flamme, l'introduction dans le tambour 21 du four donne lieu à un choc thermique provoquant une peau de frittage complète du granulat et/ou des boulettes, si bien que les produits contenus dans le sédiment, tels que substances organiques, métaux lourds (cadmium), pesticides, phénols, hydrocarbures aromatiques, phosphates et autres, sont parfaitement retenus.

   La rotation du tambour entraînant continûment le granulat vers la flamme 20, ce dernier et/ou les boulettes sont dirigés vers la zone où règne la température maximale de   1200 .   Le processus d'expansion, qui confère à chaque granulat et/ou boulette ses propriétés de matière légère, s'effectue au cours du passage dans le four. Par adjonction au mélange de substances retardant l'expansion notamment, ce processus est déplacé dans des plages de températures garantissant la formation d'une peau de frittage intégrale avant le début de l'expansion, si bien que la totalité des produits contenus dans le sédiment est retenue. Le processus de cuisson dans le four rotatif permet d'obtenir un durcissement du granu- 

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 lat et/ou des boulettes, avec une résistance finale élevée. 



  Le granulat évacué du four est lentement refroidi dans un dispositif de refroidissement 22, puis stocké dans des silos 24 en vue d'un traitement ultérieur, après un classement granulométrique de préférence. 



  Le chauffage du four rotatif étant de préférence assuré par un brûleur à huile usée 23, un autre déchet est encore utilisé dans ce processus. L'air sortant du four à une température de 7000 environ est refroidi à 300-400 , puis envoyé directement au tunnel à bande plate 18 pour le séchage du granulat. Par ailleurs, des systèmes de transformation correspondants peuvent permettre d'utiliser l'énergie de cet air de sortie pour le fonctionnement du dispositif de refroidissement 22. Il est par exemple possible de prévoir un   échangeur   dont le fluide est vaporisé par ce courant d'air, la vapeur formée permettant une production d'énergie par   l'intermédiaire   d'un dispositif adéquat. 



  Le granulat expansé est de préférence utilisé comme agrégat léger, analogue à l'argile expansée, pour la fabrication d'agglomérés ou de béton léger de construction. Il présente une faible densité apparente et une résistance à la pression très élevée. Il confère un pouvoir calorifuge important aux matériaux de construction, tels que les agglomérés, et son adjonction au béton léger permet d'obtenir une charge utile élevée pour un faible poids spécifique. 



  Le procédé conforme à l'invention permet une récupération des sédiments à grains fins, qui seraient normalement stockés dans des décharges au prix d'une pollution considérable pour l'environnement. Suivant l'invention, ces sédiments sont transformés en un produit du commerce réutilisable, ce qui présente un grand intérêt pour l'économie nationale. 



  Dans le procédé conforme à l'invention, un tiers de la quantité totale des sédiments excavés est représenté par une ad- 

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 jonction de déchets différents, cendres volantes des centrales thermiques 16 par exemple, dont l'élimination est ainsi assurée parallèlement. Les additifs, tels que boue rouge et huile usagée traitée, étant également des déchets, un produit de haute qualité est créé essentiellement à partir de résidus. Tous les sous-produits formés au cours du procédé sont réutilisés ou réutilisables en tant que produits. 



  Dans le procédé conforme à l'invention, la fixation dans le granulat expansé des métaux lourds et autres produits toxiques contenus dans le sédiment est d'une importance toute particulière, ces produits nocifs étant retirés du cycle naturel. 



  Tous les cycles opératoires du procédé conforme à l'invention pouvant être réalisés essentiellement au même endroit, les transports intermédiaires relativement longs deviennent   s-   perflus. Il est par exemple possible de monter directement dans un bateau une installation permettant de réaliser l'ensemble du procédé, ce bateau étant chargé en sédiments sur le lieu même du dragage. Il convient seulement de veiller à ce que cette installation soit alimentée en adjuvants requis, tels que cendre volante et argile brute, ainsi qu'en additifs. 



  L'agrégat léger obtenu à partir du sédiment pourrait être directement évacué par des péniches. Une telle installation présentant l'avantage de ne pas avoir à transporter le sédiment sur de longs parcours, des réseaux d'acheminement fermés pourraient éventuellement être utilisés. Un nombre restreint de personnes étant alors au contact du sédiment, toute propagation des germes pathogènes contenus dans ce dernier serait impossible. 



  Les principaux avantages d'une installation mobile permettant de réaliser le procédé conforme   a   l'invention résident dans la facilité du recyclage en différents points d'utilisation, dans la pollution limitée et temporaire de l'environnement immédiat et dans les faibles superficies requises par les systèmes de transfert. 

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  La figure 2 représente une vue du dessus schématique d'une installation permettant de réaliser le procédé conforme à l'invention. L'installation requise pour le calibrage et la déshydratation du sédiment est logée dans un bateau 30. La drague montée sur le pont flottant 1 évacue directement le sédiment dans des chalands 31, qui acheminent ce dernier vers le bateau 30. Un des ces chalands 31 est amarré au bateau 30 à proximité d'une benne preneuse 32, qui évacue le sédiment dans une installation de criblage 5. Le bateau comporte par ailleurs le filtre à bande presseuse 8, une installation de clarification 10 et les postes de commande correspondants 33. Pour augmenter la capacité d'une telle installation, deux filtres à bandes presseuses 8 sont de préférence juxtaposés.

   Le sédiment déshydraté est entreposé dans un bassin 34, prévu dans le champ d'action de la benne 32. 



  Le bateau 30 est de préférence amarré à une passerelle 35 d'une installation fixe, prévue à proximité du rivage et permettant de réaliser les cycles b) à f). La benne 32 déverse le sédiment déshydraté sur une bande transporteuse 36 qui assure un acheminement direct vers un stockage tampon 37, à partir duquel le sédiment est envoyé dans le mélangeur à circulation forcée 13 au fur et à mesure des besoins. Un stockage d'argile brute 38, des silos 14 pour la cendre volante, un stockage de boue rouge 39 et un réservoir 40 pour l'huile d'addition sont prévus à proximité du mélangeur 13. Une installation de traitement 15 est par ailleurs affectée au stockage d'argile brute.

   Suivant le procédé conforme à l'invention, le sédiment est mélangé avec les adjuvants et additifs, granulé dans l'installation de bouletage 17, préséché dans le tunnel à bande plate 18 puis dirigé dans le four rotatif 19. Le refroidissement dans le dispositif 22 est réalisé en aval du four, le tri et stockage ultérieurs du granulat expansé étant assurés dans les silos 24. Une chambre de combustion 41, ainsi qu'une citerne 42 pour le combustible, huile usagée traitée de préférence, 

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 sont affectées au four rotatif. Le dispositif de pesage 43 permet de contrôler la quantité délivrée de granulat expan- 
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 se. 



  Pour augmenter la capacité d'une installation, les cycles opératoires peuvent être réalisés sur deux ou plusieurs chaînes. 



  En fonction des exigences, il est naturellement possible de disposer les installations, mobiles ou stationnaires, sous une autre forme que celle mentionnée. Pour toute l'installation permettant de réaliser les cycles a) à f), il peut être avantageux de prévoir une installation mobile sur un ou plusieurs bateaux, jumelés de préférence. La séparation des installations mobiles et fixes, illustrée par la figure 2, correspond à une séparation du procédé au point 44 de la figure 1.

Claims (24)

Revendications.

1. Procédé permettant d'éliminer des eaux courantes et stagnantes les sédiments à grains fins, comportant notamment des produits nocifs et composants organiques, ces sédiments étant enlevés sur place à l'aide d'un dispositif, caractérisé par les cycles opératoires suivants : a) calibrage et déshydratation du sédiment excavé, b) adjonction au sédiment- déshydraté d'un agrégat minéral à grains fins au moins, c) granulation du mélange, d) séchage du granulat, e) cuisson et expansion parallèle du granulat, f) refroidissement et traitement ultérieur du granulat cuit et expansé.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le granulat cuit est utilisé comme agrégat léger dans la fabrication des matériaux de construction.

3. Procédé selon une des revendications 1 et 2, caractérisé par une adjonction de cendre volante comme agrégat minéral à grains fins.

4. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le sédiment déshydraté est mélangé avec un agrégat au moins dans un rapport de 70% à 30% environ, rapporté au poids sec.

5. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par une adjonction d'argile traitée comme agrégat minéral à grains fins.

6. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par un mélange de l'agrégat composé d'argile et de cendre volante. <Desc/Clms Page number 15>

7. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par une adjonction au mélange d'un additif au moins, dans une proportion de 5% poids maximum.

8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé par une adjonction de boue rouge comme additif.

9. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé par une adjonction d'huile comme additif, huile usagée traitée de préférence.

10. Procédé suivant les revendications 7 à 9, caractérisé par une adjonction de boue rouge et d'huile mélangées comme additifs.

Il.

Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par un séchage homogène du granulat.

12. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par une méthode de séchage excluant toute extraction des produits nocifs et dégazage des composants organiques, notamment, contenus dans le granulat.

13. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé par la cuisson et l'expansion du granulat dans un four rotatif (19).

14. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le mélange est traité dans un mélangeur à circulation forcée (13).

15. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé par une séparation et un traitement du refus supérieur, utilisé ultérieurement dans la fabrication des matériaux de construction.

16. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 15, <Desc/Clms Page number 16> caractérisé par une déshydratation mécanique du sédiment, le filtrat résiduel étant épuré et recyclé dans les eaux.

17. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que l'eau de lavage du refus est épurée, avec le filtrat de préférence, et rejetée dans les eaux.

18. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que l'air sortant du four rotatif (19) est utilisé pour le séchage et sert également de source d'énergie pour le refroidissement, de préférence.

19. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que l'air d'échappement des processus de cuisson et de séchage est épuré, les particules de poussières produites servant d'agrégat pour le mélange, comme la cendre volante.

20. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que la boue provenant de la clarification des eaux résiduaires est soumise à une déshydratation mécanique, avec le sédiment à traiter de préférence.

21. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé par un criblage mécanique du sédiment.

22. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le sédiment est criblé et déshydraté dans une installation mobile, les cycles suivants b) à f) étant assurés dans une installation fixe.

23. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les cycles a) à f) sont assurés dans une installation, mobile de préférence.

24. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par une <Desc/Clms Page number 17> déshydratation mécanique du sédiment dans un filtre à bande presseuse (8).