Etude théorique d’un séchoir solaire à boues résiduaires des stations d’épuration
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Date
2011
Authors
Journal Title
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Publisher
Université Mouloud Mammeri Tizi-Ouzou
Abstract
Dans le contexte actuel de l’épuration des eaux usées dans le Monde en général mais
également dans notre pays, l’opération de séchage solaire des boues résiduaires sous serre
est amenée à se développer dans un avenir proche. Elle constitue une étape nécessaire
et essentielle après la déshydratation primaire, tant en amont de la valorisation agricole que
de la valorisation thermique, les deux principales filières d’élimination.
Ce travail se veut comme une contribution à l’amélioration des connaissances
dans le domaine du séchage solaire des boues d’épuration. Nous avons développé un
modèle numérique de la serre- séchoir, pour la prévision de l’évolution de la température de
la boue, de celle de l’air intérieur de la serre et surtout de la teneur en eau de la boue. Ce
modèle est basé sur les équations traditionnelles régissant les transferts de masse et de
chaleur en faisant l’hypothèse simplificatrice de l’uniformité des profils de température des
éléments de la serre et de la teneur en eau dans la boue. Nous obtenons ainsi un problème
global régi par trois équations de bilans d’énergie et une de transfert de matière, formant un
système d’équations différentielles couplées et non linéaires.
A ces équations, nous avons associé un modèle empirique qui permet de calculer à
chaque instant du séchage, la vitesse de séchage de la boue en fonction de sa teneur en eau.
L’isotherme de désorption de la boue, dérivée du modèle d’Oswin, est utilisée pour
déterminer l’activité de l’eau dans la boue dans le domaine du comportement
hygroscopique.
Nous avons confronté dans une première étape, les résultats de ce modèle à ceux des
expériences, obtenus dans un séchoir du laboratoire de l’INSA de Strasbourg en adoptant les
mêmes paramètres d’entrées. En dehors de la première phase de séchage, où on peut
remarquer quelques écarts, que l’on s’explique par les approximations dans les évaluations
théoriques des facteurs d’échanges de chaleur et de masse, les résultats des simulations sont
très voisins des valeurs de ces mesures. Ce qui nous laisse penser que le code de calcul
élaboré, bien que simplifié, est valide et peut ainsi servir à simuler le comportement du séchoir sous toutes conditions.
Pour tester la sensibilité du système à la variabilité des conditions climatiques
externes, nous avons choisi de simuler deux opérations de séchage effectuées à deux périodes
différentes: une première opération en Mars et une seconde en Août, plus favorable au
séchage. Les résultats obtenus semblent tout à fait satisfaisants; ainsi les températures des
éléments de la serre et la teneur en eau de la boue évoluent conformément à ce qui est
attendu. Il ne demeure pas moins qu’une confrontation avec la réalité en grandeur nature
serait intéressante et reste à faire. Elle permettrait à coup sûr d’avoir un avis définitif sur le
domaine de validité des simulations.
D’autre part, il conviendra d’intégrer dans le code certaines hypothèses négligées,
comme les variations spatiales des températures. Un sujet délicat encore à aborder serait
également de développer et d’intégrer dans le modèle la prise en compte de la gestion des
ouvrants, du fonctionnement des ventilateurs quand ils existent et plus généralement de
l’aéraulique globale de la serre.
Il serait également intéressant de modéliser les cinétiques de séchage en tenant compte du retrait de la boue, ou des modifications de structure lors du séchage.
Description
67 f. : ill. ; 30 cm. (+CD-Rom)
Keywords
Séchoire solaire, Station d'épuration
Citation
Energétique