Les premiers sécheurs à disques ont vu le jour dans les années 60 pour le séchage de farine de poissons. Dans les années 70 et 80, ce système a trouvé un nouveau domaine d'application pour le séchage des boues d'épuration sur les grandes stations d'épuration ou les installations de mono-incinération à lit fluidisé. Les sécheurs à disques ont ainsi fait leurs preuves depuis plus de 40 ans avec des performances d'évaporation d'eau de l’ordre de 2 000 à 6 000 kg/h.

Description du sécheur et de son mode de fonctionnement

Le sécheur à disques HUBER comporte un rotor chauffé équipé de disques creux qui tournent dans un corps cylindrique. Il fait ainsi parti de la famille des sécheurs par contact indirect : les boues en entrant en contact avec les disques chauffés chauffent à leur tour et sèchent. Les performances peuvent être améliorées avec l’ajout d’une double paroi chauffée au niveau du corps cylindrique. Le fluide calorifique utilisé peut être au choix de la vapeur saturée (plage de pression de 6 à 10 bars et températures de 158 à 180 °C) ou de l'huile thermique (plage de température de 180 à 220 °C). Pour une utilisation effective de la surface de chauffage, l'utilisation de la vapeur saturée présente plus d'avantages que la vapeur surchauffée. La perte de pression doit être limitée au maximum afin d'optimiser la différence de pression au niveau de la turbine de vapeur pour la production de courant.

Les boues arrivent à l'avant du sécheur via une vis sans fin ou une pompe . Elles sont ensuite brassées et transportées avec la rotation des disques, équipés sur leur pourtour d’éléments de transport Les boues tombent ensuite dans une vis sans fin afin d’être transportées dans un container, benne… Cette vis installée à la perpendiculaire du sécheur présente un angle d’inclinaison pour avoir une hauteur d’évacuation élevée. Des racloirs fixes installés entre les disques empêchent une accumulation de la boue sur les disques. La vitesse de rotation du rotor est de 8 à 11 tr/min en fonction du diamètre de disque. Les images 2 et 3 ci-dessous présentent la vue et la structure interne du sécheur à disques HUBER RotaDry®.

En règle générale, les disques sont en acier inoxydable 1.4307 ou 1.4571 s'il existe un risque de corrosion élevé. Les disques peuvent aussi être réalisés en acier duplex en cas de présence de sable ou de cristaux (de phosphate, ammonium, magnésium…) dans les boues - risque d’usure accrue.

Domaine d'utilisation du sécheur à disques HUBER RotaDry®

Séchage partiel

Le domaine d'utilisation principal du sécheur à disques est le séchage partiel des boues d’épuration pour une mono-incinération à lit fluidisé spontané. Le rendement énergétique de la boue partiellement séchée doit donc être réglé sur 4 000 à 4 200 kJ/kg de matières entrantes, à condition que l'air de combustion soit préchauffé. Cela implique, en fonction du type de boue et de son degré de stabilisation, un séchage à une teneur en résidus secs (RS) de ~ 35 à 45 %. Dans tous les cas, les résidus secs (RS) doivent rester sous un seuil critique de 40 à 60 % qui se caractérise par une phase de collage . En effet, les boues deviennent collantes, pâteuses et difficile à transporter. Pour les boues faiblement stabilisées, le seuil est aux alentours des 40 à 45 % de RS. Pour les boues bien stabilisées, le seuil est plutôt de 45 à 50 % de RS.

Les boues partiellement séchées sont ensuite transportées vers l'incinérateur où elles seront broyées avant d’alimenter l’incinérateur via un chargeur à cylindres de distribution ou des lances à vapeur. Dans les installations de mono-incinération, deux sécheurs à disques sont généralement installés en parallèle pour des raisons de redondance. Chaque sécheur réalise alors près de 50 % du volume d'évaporation d'eau total. Dans les cas extrêmes, un sécheur doit toutefois être capable de réaliser jusqu'à 70 % du volume d’évaporation d’eau total, et ce aussi bien lors de l'augmentation de la pression de vapeur, afin de pouvoir maintenir l'incinération en cas d'exploitation à charge partielle. Chaque sécheur est équipé d'un chargement de boues propre pour des raisons de redondance.

Un nombre croissant de projets pour le séchage partiel et la mono-incinération des boues d'épuration ont vu le jour suite à l'adoption fin 2017 de l'ordonnance sur les déchets d'épuration. Une exploitation rentable avec une taille adaptée d’incinérateur peut être mise en œuvre plus facilement grâce à la récupération de boues externes. Cela a cependant certaines conséquences pour le fonctionnement de l'installation.

La première problématique de ces boues externes est relative au transport Les procédures de transbordement fréquentes pendant le transport augmentent le risque de mélanger les boues avec des matières étrangères (telles que des pierres, des pièces métalliques ou en bois…) et de provoquer éventuellement des obstructions ou des dommages. Une séparation de ces corps étrangers peut alors être nécessaire en entrée de l’incinérateur.

Les boues externes sont d'autre part livrées avec des résidus secs et des caractéristiques qui varient fortement. Lors du séchage et de l'incinération des boues internes de stations d'épuration, les caractéristiques de la boue varient de manière limitée entre le fonctionnement en été et en hiver. En cas de proportion élevée de boues externes, le fonctionnement de l'installation devient très difficile car le débit d’alimentation des boues déshydratées doit être adapté fréquemment en fonction de la teneur en RS.

Chaque installation de séchage est conçue sur la performance d'évaporation d'eau et non sur le débit de boues entrantes. Une teneur réduite en RS des boues externes implique une réduction du débit pour un ratio d’évaporation d'eau identique. Dans ce contexte, il est favorable pour l'exploitant de pouvoir s'appuyer sur une mesure des résidus secs (RS) des boues déshydratées et des boues partiellement séchées. Et d’avoir un réglage du débit d’alimentation du sécheur à disques automatisé. Cela facilite également la gestion de l'incinérateur en aval (nécessité d’avoir une boue partiellement séchée avec une valeur de chauffage constante) avec un fonctionnement stable dans la durée.

L'incinération des boues d'épuration partiellement séchées fournit suffisamment d'énergie thermique sous forme de vapeur pour le fonctionnement des sécheurs à disques. L'utilisation d'une turbine à vapeur pour la production de courant peut aussi s'avérer rentable à partir d'une puissance thermique de l'installation d'incinération de près de 3 MW.

Séchage total

Dans les années 90, des sécheurs à disques ont été installés sur des stations d'épuration sans incinérateur pour un séchage total à plus de 90 % de RS. Dans ce cas, une partie du produit séché doit être mélangé avec les boues déshydratées afin d’éviter la phase de collage critique. La boue mélangée obtient ainsi un taux de résidus secs de 60 à 65 %. Elle peut alors être traitée par le sécheur sans problème mécanique. Afin d’éviter un manque de chaleur dissipée, l'énergie primaire utilisée doit souvent être de l'huile ou du gaz. Lors du séchage total, une séparation de poussières doit être mise en place entre le sécheur et le condenseur, autrement un risque d'obstruction du condenseur est présent, ce qui augmente la fréquence des opérations de nattoyage.

Condensation des buées

La condensation des buées à base de vapeur d'eau se fait soit directement par une pulvérisation des buées, soit indirectement par un échangeur thermique à faisceau. Il est également possible d'avoir une condensation à plusieurs étages. Le deuxième cas de l'échangeur thermique a pour avantage de réutiliser la chaleur dissipée pour une alimentation en chaleur proche à un niveau de température allant jusqu’à max. 90 °C.

Le transfert de chaleur pour la condensation des buées est fortement influencé par la proportion d'air de fuite. Plus le débit d'air de fuite est faible, plus la condensation est efficace. Les proportions non condensables des buées sont généralement utilisées en tant qu'air de combustion secondaire pour le séchage total avec l'incinérateur en aval en raison des fortes odeurs.

Les buées condensées sont fortement chargées d'ammonium et de matières porteuses de DCO (comme des graisses, huiles blanches ou acides organiques…) et doivent être traitées avant l'introduction directe dans les égouts.

Résumé

Le sécheur à disques HUBER RotaDry est robuste et compacte avec une capacité élevée d'évaporation d'eau. Il est parfaitement adapté pour le séchage partiel des boues d'épuration et s’associe parfaitement avec une installation de mono-incinération à lit fluidisé.

Un sécheur à disques efficace contribue à une mono-incinération des boues d'épuration efficace. Avec une digestion acide, il est également possible de récupérer le phosphore à partir des cendres produites. Cela peut avoir une importance significative vis-à-vis des obligations de récupération du phosphore pour les moyennes et grandes installations de traitement des eaux usées.