Dans ce chapitre, le principe de la destruction thermique des micro-organismes pathogènes a été présenté. La résistance à la chaleur de chaque micro-organisme est modélisée par deux paramètres : (a) le temps de réduction décimale à une tempéra- ture létale donnée, et (b) le paramètre de sensibilité à la variation de la température. Ces paramètres sont employés pour prédire le temps de désinfection pour une tempé- rature de procédé et une population microbienne données. Des valeurs rapportées de la littérature montrent les différentes tendances d’inactivation des pathogènes. La par- tie finale de cette étude porte sur une comparaison entre quatre procédés (friture sous vide, séchage conductif avec agitation, séchage en fine couche sur un cylindre creux, et séchage solaire). Chaque procédé de séchage inclut divers mécanismes de transfert de chaleur et de masse dans le sécheur et dans les boues. Généralement, le séchage est basé sur l’exposition de la boue à une source de chaleur (directe / indirecte), assez longue pour atteindre une humidité d’environ 4% (base humide).
Les données de température pour chaque procédé sont nécessaires pour analyser la cinétique de destruction thermique pour chaque micro-organisme.
Le procédé de séchage par friture consiste à mettre en contact une phase solide humide divisée (la boue d’épuration) et une phase liquide non miscible à l’eau (une huile alimentaire usagée). Les conditions de friture ont été choisies afin de fonctionner sous vide, la température au centre du produit est mesurée pendant la friture en utilisant un réacteur double enveloppe lié à une pompe pour créer le vide (0.6 bar de pression, 95◦C en température, 10 ml de boues/400 ml d’huiles). La température à l’intérieur du produit augmente jusqu’au point d’ébullition de l’eau, 80◦C. Ensuite, la température présente une fluctuation autour du point d’ébullition. Après 20 min de friture, le produit atteint une humidité d’environ 10% (base humide) et sa température augmente de nouveau jusqu’à la température de l’huile dans le réacteur.
Pendant le procédé de séchage conductif avec agitation, la boue est maintenue en contact avec une paroi en acier, en utilisant un système d’agitation mécanique (palette, lames, ancre,. . . ). Des données types à l’échelle du laboratoire sont reprises des tra- vaux de thèse deFerrasse(2000). La température du produit augmente jusqu’à 100◦C
puis diminue vers des valeurs plus basses (100−80◦C), provoquant un ralentissement du séchage et une diminution de l’échange thermique. Dès que l’humidité atteint la valeur de 2 (base sèche), la température augmente de nouveau. Une quantité de 2.2 kg de boues d’épuration est complètement séchée après environ 7 heures.
Le troisième procédé est basé sur cylindre tournant, creux, et chauffé de l’intérieur. L’alimentation de boues s’effectue avec une très fine couche (1 mm) sur la surface du cylindre. Une étude expérimentale effectuée sur les boues d’hydroxyde d’aluminium est présentée dans les travaux de thèse de Carrère-Gée (1999). La température de
surface du tambour sur lequel la couche de boue est exposée, est relativement élevée (112−137◦C). Le temps de séchage est considérablement court (10−60 s).
Le séchage solaire consiste en un ensemble de serre, permettant d’augmenter la température ambiante et d’évaporer l’eau interstitielle dans les boues par convection. Le procédé exige une circulation d’air pour transporter rapidement l’air humide hors de la zone de séchage, et créer une différence de pression partielle de la vapeur d’eau dans les boues et dans l’air ambiant (Luboschik 1999). La cinétique de séchage et le profil de la température des boues pour un système couvert sont reporté des travaux deNezih et al.. Le temps de séchage est long, au bout de 55 jours les boues atteignent une humidité finale de 12% (base humide).
La cinétique de destruction microbienne est décrite par une équation de premier ordre (équation4.1). La simulation est réalisée en se basant sur l’évolution de la tem-
pérature, obtenues expérimentalement dans le cas du procédé de friture et relevées de la littérature dans le cas du séchage conductif avec agitation, du séchage sur un cylindre creux, et du séchage solaire. Le virus de l’hépatite A semble être un modèle beaucoup plus approprié pour étudier la cinétique de destruction des pathogènes, vue sa haute résistance à la chaleur par rapport aux autres micro-organismes.
Malgré la haute température dans le procédé conductif, le virus survit pendant 20 min. En fait, ceci est dû à une faible pénétration thermique dans les boues quand celles-ci sont traitées en grande quantité. Le transfert de la chaleur est beaucoup plus rapide avec des boues exposées en très fine couche sur une surface chauffée à 112◦C. La concentration est ainsi réduite en 10 s. Malgré le temps très long en séchage solaire (55 jours), la température reste basse dans la limite de 38◦C. Le résultat de la simula- tion dans ces conditions montre que plusieurs microbes pathogènes peuvent survivre pendant de longues périodes. Ce procédé exige donc un traitement complémentaire pour réduire le nombre des pathogènes dans les boues séchées. Au début du procédé de friture la concentration de virus de l’hépatite A reste constante. Quand la tempé- rature des boues atteint 75◦C, la concentration commence à diminuer. Après environ 10 min de friture, la boue est totalement désinfectée.
Pendant le séchage par friture sous vide, l’ébullition a lieu à une température relativement faible par rapport aux procédés de séchage conventionnel (par conduc- tion/convection). En revanche, le procédé de friture se présente comme une technique efficace pour l’hygiène de boues.