Brevet FR2222321A1 — publié le 19741018

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'épuration des eaux résiduaires de distilleries produisant de l'éthanol à partir de matières sucrées ou de matières amylacées saccharifiées convenablement fermentées. On sait que le caractère nocif du rejet des eaux résiduaires de telles usines est important car leuneffluent est comparable au point de vue de la pollution à celui de villes de plusieurs dizaines de milliers d'habitants pour des distilleries d'importance moyenne, que celles-ci traitent du vin, du cidre, des meulasses, des piquettes de marc ou des lies de vin. En effet la demande biologique en oxygène à 5 jours (DBO5) est au moins de 10.000 mg au litre et peut atteindre 50.000. Or ces chiffres ne sont environ que la moitié de la demande chimique en oxygène (DCO) pour l'oxydation totale de l'effluent (bichromate de potassium). Les constituants des eaux résiduaires de distilleries ont un certain nombre de points communs : ce sont outre les produits de base résiduels, les produits des réactions secondaires de la fermentation alcoolique que la distillation sépare avec l'eau. On y trouve ainsi :des sucres non fermentés, des vestiges protéiniques des levures, de l'éthanol ainsi que des alcools et des esters supérieurs, du glycérol et enfin des acides organiques (acétique, malique et lactique notamment). En outre certains constituants sont spécifiques de ltorigine végétale de l'effluent tels que les déchets cellulosiques (pulpes et pectines en distillerie cidricole) des matières en suspension ou dissoutes, tels que des sels d'acide tartrique en distillerie vinique, des sels d'àcides minéraux provenant de traitements antérieurs tels que des sulfates de calcium et de potassium. Les proportions de ces divers constituants dépendent de différents facteurs et spécialement de la matière première, des traitements antérieurs à la fermen station, des conditions de cette fermentation (durée, pH, races de levures), des conditions de la distillation. La composition de ces effluents dépend en outre des traitements particuliers qu ils ont subis notamment pour la récupération de l'acide tartrique et l'élimination par essorage centrifuge ou par filtrage des solides en suspension. Spécialement dans le cas des distilleries viniques, la récupération de l'acide tartrique réduit très sensiblement. la demande d'oxygène des vinasses dans des proportions évidemment très variables suivant qu'il s'agit de vins de lies ou de piquettes ; on trouve cependant encore des valeurs de l'ordre de 20.000 pour le D C O sur les effluents mélangés à la sortie d'une distillerie. Le détartrage et la filtration sont donc insuffisants pour l'épuration des eaux résiduaires. Le traitement de détartrage deseffluents étant très rentable en lui#mAeme, sera considéré, dans ce qui suit, comme ayant été effectué ; il en est de même des opérations de filtration ou essorage permettant l'élimination des matières en suspension. Pour l'épuration d'effluents ainsi prétraités et se présentant comme des liquides clairs on a déjà proposé d'utiliser les procédés biologiques de dégradation aérobie ou anaérobie, ainsi que le procédé de concentration par évaporation. Les premiers conduisent à des surfaces d'installation très étendues et il est bien connu que leur rendement quoique de l'ordre de 80 à 95 % ne permet pas d'obtenir l'épuration exigée par les règlements à partir de telles charges polluantes. De plus, un procédé biologique d'épuration nécessite des conditions de milieu souvent difficiles à satisfaire ou à maintenir. L'évaporation, par contre, a l'avantage de tenir peu de place et de produire un concentrat valorisable ; mais les condensats ne sont jamais suffisamment purs pour être rejetés à la rivière : leur D C 0, souvent de l'ordre de 2000 à 5000 ne permet pas non plus un traitement biologique définitif. Ils contiennent en effet les fractions volatiles des impuretés des eaux résiduaires de distillerie. La présente invention a pour objet un procédé de traitement qui permet dfobtenir dans un premier temps par voie physicochimique une eau résiduaire dont le degré de pollution a été suffisamment abaissé (DCO Aetre > dans un deuxième temps épurée, conformément à la règlementation, par voie biologique. Le procédé selon l'invention consiste à faire passer les effluents à traiter dans une colonne d'étêtage permettant d'éliminer les constituants volatils, colonne dont le condenseur constitue le premier bouilleur d'un concentrateur par évaporation à multiple effet dans lequel les plateaux de dévesiculage sont lavés par une solution alcaline après quoi les condensats subissent une épuration biologique. En effet malgré les grandes différences de composition des divers effluents à traiter (vinasses, cidrasses, résidus de lie, etc.) on peut constater, en considérant la demande en oxygène, que celle-ci provient principalement de deux catégories de corps : d'une part l'éthanol résiduel et les autres composés organiques à faible point d'ébullition qui distillent avec celuici, d'autre part les acides organiques qui, moins volatils, sont entraînés avec la vapeur d'eau. Dans la mise en oeuvre du procédé selon l'invention on peut récupérer les produits volatils et notamment l'éthanol, cependant, en raison de la médiocre qualité de ces produits volatils, obtenus en mélange, on peut les détruire par combustion en les amenant à une torche. En ce qui concerne le choix de la base utilisée pour la solution alcaline de lavage des vapeurs ce choix dépend de la destination du concentrat final. Un mélange équilibré de soude et de potasse pourra être choisi dans le cas d'une récupération du concentrat pour l'alimentation du bétail, tandis que la potasse peut être préférable pour une récupération sous forme d'engrais ou en cas d'incinération finale du concentrat, mais dans tous les cas les sels obtenus doivent être moins volatils que les acides organiques dont ils proviennent. Si l'on ne désire pas la présence de ces sels dans le concentrat, leur solution peut être évacuée séparément par soutirage sur les plateaux inférieurs des colonnes du concentrateur. Les exemples de réalisation suivants permettront de bien comprendre comment l'invention peut être mise en oeuvre. La figure unique est un schéma d'ensemble d'une installation selon l'invention L'ensemble montré sur cette figure peut être divisé en trois parties; une installation d'étêtage (I), une batterie d'évaporateurs étagés (II) et une installation d'épuration biologique (III). Dans la partie I les effluents tels que les vinasses arrivent par la canalisation 1 à la pompe P1 et sont refoulés par celle-ci à travers le condenseur E42 et la batterie d'échangeurs E41 , E31 J E21 ' E11 jusqu'à la colonne de distillation D, Cette colonne est alimentée par le rebouilleur E1 qui est chauffé par un apport de vapeur extérieure sous une pression par exemple, de 10 bars. L'eau condensée à partir de la vapeur de chauffage passe dans le premier échangeur E avant de retourner à la chaudière. Le liquide de pied de colonne circule par thermo-siphon dans ce rebouilleur E1 grâce aux canalisations 3 et 4. La colonne D1 fonctionne sous pression, les vapeurs qui en sortent alimentent par la canalisation 5 le premier bouilleur E10 de la batterie d'évaporateurs. Le liquide qui en sort est renvoyé en tête de la colonne D1 par la pompe Pll. Sur la canalisation de reflux est disposée une canalisation de purge 6 avec vanne 7 qui permet l'échappe- ment des parties les plus volatiles de 1'effluent notamment les restes d'éthanol Ces produits peuvent être renvoyés pour être récupérés en distillerie ou bien ils sont brûlés dans une torche. La pression de fonctionnement de la colonne D1 peut être réglée par la conduite 8 de mise à l'atmosphère qui comporte un régulateur 9 asservi à la pression. La torche de destruction des gaz et vapeurs non condensables pourrait aussi d'ailleurs être aménagée au sommet de la canalisation 8. La chaleur nécessaire à la vaporisation de l'effluent pour sa distillation dans la colonne 8 étant fournie dans le rebouilleur E1 est pratiquement récupérée dans le bouilleur Elo, Ainsi la distillation d'étêtage qui débarrasse l'effluent de l'essentiel de ses produits volatils est pratiquement gratuite puisque cette chaleur, progressivement dégradée, va assurer la séparation du liquide en un concentrat qui sera récupéré ou détruit et des condensats qui constitueront lteffluent purifié. A cette fin les vapeurs sortant par les canalisations a10, a20, a30, a40 des échangeurs E10, E20, E30, E40 sont envoyées respectivement dans les colonnes de séparation Dlo, D20, DDo, D40 équipées de plateaux pour le lavage des vapeurswqui peuvent entraîner des vésicules de concentrat, par une solution d'alcali, de la soude par exemple, amenée par les canalisations b10, b20, b30, b40. La quantité de soude ainsi amenée est réglée par PH-mètre de façon à en éviter l'excès. Ces quantités de soude, comme on s'en rendra compte par les exemples cités plus loin, sont très faibles. Ainsi les acides organiques contenus dans l'effluent et qui sont entraenés par la vapeur d'eau dans les évaporateurs sont transformés en sels plus faiblement volatils et se retrouvent dans le concentrat renvoyé par les canalisations dlo, d200 d30 dans chacun des échangeurs suivants respectivement pour faire progresser l'opération. On remarquera que le renvoi W l'échangeur E40 du concentrat sortant de la colonne D40 nécessite une pompe de recyclage P40 en raison de la viscosité qu'atteint le produit à ce stade de l'opération. Les condensats sortant des échangeurs E20, E30, E40 sont dirigés par les canalisations e20, e30, e40 vers le réservoir R50, en traversant respectivement à contre-courant les échangeurs E21, E31 et E41 pour céder leur -chaleur à 1'effluent qu'envoie la pompe P1. Les étages successifs d'évaporateurs fonctionnent sous des pressions décroissantes, le dernier (D40) se trouve sous vide partiel. La dépression nécessaire est formée par la pompe à vide P43 ~ elle est transmise, à travers le régulateur de pression 13, à la colonne D402 à travers l'aéro-condenseur E43 et le condenseur Eg2. Les condensats sous dépression de ces deux derniers appareils sont repris par la pompe P42 pour autre refoulés dans le réservoir Rso. Par la pompe P50 tous ces condensats sont renvoyés dans une installation connue en soi d'épuration biologique en traversant le réfrigérant E50 qui les ramène à la température favorable à l'action bactérienne. Par la pompe P41 le concentrat prélevé à la base de la colonne D40 est dirigé soit vers une installation de récupération (engrais nourriture du bétail) soit vers un brûleur pour son incinération. Cette installation comprend le bassin 14 dont la capacité est choisie suffisante pour que les condensats séjournent en moyenne de 35 à 40 heures. L'eau du bassin est agitée et aérée par des aérateurs de surface 15. Par le canal de trop-plein 18 du bassin 14 l'eau passe dans le bassin de décantation 19 dont elle s'échappe par le tropiplein périphérique 20 pour sortir par le canal 21 vers la rivière ou vers une utilisation. Les boues du décanteur sont périodiquement raclées par le râteau rotatif 22 et prélevées au fond du décanteur elles sont recyclées par la pompe P51 pour être mélangées (canalisation 23) avec les condensats arrivant au bassin. L'excédent des boues de bactéries est évacué par l'aJutage 24. Les deux tableaux suivants de résultats expérimentaux montrent l'intérêt de l'invention. Le tableau I est relatif à une vinasse de vin détartrée et le tableau Il à une vinasse de lie également détartrée et filtrée. On remarque notamment que les condensats qui représentent 93 à 94 % de l'effluent sont produits avec une DCO très faible 250 à 300 dont l'épuration biologique finale est facile. (Tableaux page suivante) Condensa ta aux Charge Etages Nos Résidu TABLEAU I initia- concen le 1 2 3 4 tré ,# de la charge extraite aux étages successifs 25.7 26 25.7 15 6,2 de -la concentration Acidité en g CH3 COOH/ 1 4,68 0,06 0,03 0,07 0,16 Analyse chromatographique en ppm cétones, esters légers, aldéhydes 12 20 3 3 5 Méthanol 2 0 0 0 0 Ethanol 920 46 2 10 8 Alcools supérieurs 8 1 O 0 O D C O en mg 0' / 1 19360 368 214 237 384 D C O moyenne des condensats 291 Charge Condensats aux Résidu initia- Etages Nos concen TABLEAU II le 1 2 3 4 tré % de la charge extraite aux étages successifs 26 26 26 11,25 6,13 de la concentration Acidité en g CH COOH / 1 2,1 0,1 0,1 0,15 0,32 Analyee chromatographique ppm cétones, esters légers, aldéhydes 7 40 10 10 5 Méthanol 15 3 0 0 0 Ethanol 572 24 12 8 2 Alcools supérieurs D.C.O en mg O2 / l 8000 205 195 162 451 D C O moyenne des condensats 250 Les dépenses industrielles pour des cas semblables sont les suivantes Vapeur à 10 bars : 0,3 t/m3 d'effluent traité Eau de refroidissement : 0 (appoint prélevé sur condensat d'appoint épuré et recyclé sur tour atmosphérique) Electricité : 4 Kwh/m3 d'effluent traité Soudes : quantité calculée suivant l'acidité initiale. Il est à noter que la consommation de vapeur peut être réduite encore par divers dispositifs tels que la recompression de vapeur sur un étage de la concentration. Dans le cadre d'une épuration adjointe à une distillerie l'appareil de concentration peut aussi faire l'objet de prélèvements partiels de vapeur destinés par exemple au chauffage d'une colonne de distillation. On notera enfin que 90 à 95 ss du volume de l'effluent initial se retrouvent dans ce procédé sous forme d'eau épurée et déminéralisée dont les usages dans une usine peuvent autre multiples. REVENDICATIONS 1.- Un procédé d'épuration des eaux résiduaires d'une distillerie dans lequel ces eaux sont traitées par évaporation à multiple effet pour séparer les condensats d'un concentrat caractérisé en ce que lesdites eaux résiduaires sont d'abord traitées par distillation, la chaleur de distillation étant récupérée pour-le traitement par évaporationl tandis qu'au cours de celui-ci les vapeurs sont lavées par une solution alcaline de façon que les condensats présentent une DCO inférieure à 800 mg d'oxygène par litre. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les condensats à faible D.C.O. sont soumis à une épuration biologique aérobie. 3.- Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les eaux résiduaires sont amenées à une colonne de distillation fonctionnant sous pression dont le condenseur constitue le premier étage bouilleur d'un évaporateur à multiple effet. 4.- Dispositif selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que les étages successifs de l'évaporateur à multiple effet comportent des plateaux de lavage des vapeurs par une solution alcaline.