Etude du séchage des boues par conduction

Après avoir proposé le concept du séchage combiné, les transferts de chaleur et de masse présents au cours du séchage conductif sont abordés. L’impédance exhibée par la matrice poreuse à la diffusion de vapeur est évaluée en fonction de la siccité des boues. Des corrélations pour la prévision de ce paramètre sont élaborées à partir de résultats expérimentaux. L’étude expérimentale met en valeur l’influence de la fréquence de retournement sur les performances du séchage conductif. Le concept du séchage combiné par énergie solaire et pompes à chaleur consiste à fournir aux boues l’appoint d’énergie nécessaire pour améliorer les conditions d’évaporation au sein et en surface des boues lorsque l’énergie solaire devient insuffisante. Le chauffage par une dalle chauffante a été proposé au chapitre 1 comme solution permettant d’améliorer le transport de vapeur des couches inférieures des boues vers les couches superficielles. Dans ce chapitre présenté sous forme d’article, l’intérêt est porté sur l’étude des mécanismes de transferts qui ont lieu au cours d’un séchage conductif appliqué sur la face inférieure des boues via une dalle chauffante. Les mécanismes de séchage d’un milieu poreux sont complexes à décrire du fait que les transferts de chaleur et de masse sont étroitement imbriqués et conditionnés par la structure de la matrice poreuse. Les éléments développés dans ce chapitre tentent de constituer une synthèse permettant d’étudier les mécanismes de transferts de chaleur et de masse ayant lieu au sein des boues, dans le but de proposer un modèle prédictif pour le séchage par conduction des boues de stations d’épuration et une meilleure gestion de l’énergie d’appoint. D’un point de vue bibliographique, l’intérêt porté aux boues résiduaires est assez récent, et les travaux réalisés dans le domaine de la rhéologie portent essentiellement sur les boues liquides, soit dans le cadre de l’optimisation des procédés de traitement, où les paramètres rhéologiques peuvent affecter les opérations de filtration d’épaississement ou de déshydratation, soit dans le calcul des pertes de charge dans le cas de dimensionnement de systèmes de pompage. Depuis quelques années, des laboratoires européens, conscients des enjeux et du manque d’informations scientifiques, ont entrepris des recherches fondamentales dans le domaine des boues. Ces nouveaux développements concernent les procédés de séchage thermique et plus précisément le séchage convectif, ce qui laisse le séchage par conduction une voie non explorée et les propriétés des caractéristiques des boues inconnues. Le séchage est une opération visant à évaporer l’eau contenue dans les boues. L’évacuation de cette eau engendre généralement des déformations importantes de la matrice poreuse dues au phénomènes de retrait, évoluant en fonction de la teneur en eau des boues. L’aspect rhéologique des boues devient ainsi un paramètre clé pour la modélisation du séchage, et son évolution doit être prise en compte pour la description des phénomènes de transferts mis en jeu.

Méthodologie

Dans une première partie de l’étude, les notions indispensables à la caractérisation des milieux poreux sont introduites et les équations régissant le séchage conductif établies. L’article présente un recueil de l’étude bibliographique effectuée sur le séchage des matériaux poreux exhibant une porosité ou un comportement à l’évaporation identiques à ceux observés pour les boues. L’étude permet d’introduire un facteur décrivant l’impédance de la matrice poreuse à la diffusion de la vapeur d’eau au cours du séchage. Cependant, l’application régulière du retournement ainsi que la nature et la texture particulières des boues ne permettent pas l’application directe des résultats présents dans la littérature. Il est alors nécessaire de procéder par voie expérimentale dans le but d’élaborer une loi décrivant l’évolution de ce facteur en fonction de la siccité des boues ou de la porosité.