Combined contribution of rheological and electrical properties for the optimization of sewage sludge treatment and development
Apport couplé des propriétés rhéologiques et électriques pour l'optimisation du traitement secondaire et de la valorisation des boues résiduaires
Résumé
According to the current social economical and environmental context, sewage sludge production is increasing and their management is of major concern. On a practical point of view, to limit the volumes and to assure their valorisation success, it is necessary to optimize sludge secondary treatment and to characterize their consistency. With this purpose, taking into account the difficulties the professionals are confronted with, we started with a state of the art about the physical behaviour of sewage sludge then focused on the combined contribution between rheological and dielectric measurements, the latter aiming at overcoming the lack of knowledge about sludge composition. First of all, experiments were realised on different materials such as Newtonian fluids, Carbopol® gels and bentonite suspensions, chosen for their specific structure and rheological behaviour. Through the study of many parameters (concentration, pH, aging, temperature), we demonstrated the importance of the nature of the charges, bound or free, on electrical and rheological characteristics of the material. Moreover, similarly to liquid electrolytes or solids as rocks, we established the existence of a relationship between the conductivity and the viscosity of pasty materials. Secondly, this analytical method of sewage sludge, particularly according to the dry content and the fermentation degree, allowed us to improve their characterization and to determine an indicator for their dewaterability which would lead to a better control of sewage sludge treatment processes.
Dans le contexte actuel social, économique et environnemental actuel, la gestion des boues résiduaires, dont la production ne fait que croître, est une préoccupation majeure. La limitation des quantités produites et le succès de leur valorisation passent, d'un point de vue pratique, par l'optimisation du traitement secondaire et par la nécessité de caractériser leur consistance et leur déshydratabilité. Dans cet objectif, en prenant en compte les difficultés rencontrées par les professionnels du domaine et à partir d'un état de l'art concernant le comportement physique des boues résiduaires, nous nous sommes intéressés au couplage entre mesures rhéologiques et diélectriques, ces dernières ayant pour but de pallier le manque de connaissances quant à la composition des boues. Des expériences ont d'abord été menées sur des matériaux modèles (fluides newtoniens, gels de Carbopol® et suspensions de bentonite), choisis pour leur structure et leur comportement rhéologique particuliers. A travers l'étude de divers paramètres (concentration, pH, temps, température), nous avons démontré l'importance de la nature des charges, libres ou liées, sur les caractéristiques rhéologiques et diélectriques de ces matériaux. A l'instar des électrolytes liquides ou de certains solides comme les roches, nous avons également pu établir l'existence d'un lien entre conductivité et viscosité des matériaux pâteux. Dans un second temps, l'application de cette méthode d'analyse aux boues résiduaires en fonction notamment de leur concentration et de leur degré de fermentation, nous a permis d'affiner leur caractérisation et d'aboutir à un indice de déshydratabilité dont la finalité est une plus grande maîtrise des procédés de traitement des boues.