Brevet FR2260549A1 — publié le 19750905

Le développement des installations de grandes dimensions peur l'élevage du bétail est actuellement entravé par l'inexisten- ce d'un traitement satisfaisant des velumes impertants d'effluents, ou lisiers, issus de ces installations d'élevage A titre indicatif, on peut dire que, en termes de DBOS (demande biologique en oxygène), ùn bovin est six à huit fois plus polluant qutun homme, un porc trois fois plus et un mouton deux fois plus. Au surplus, on doit remarquer que les effluents de type urbain sent très dilués par rapport à ceux d'un élevage de bétail où la seule dilution réalisée est celle due aux eaux de lavage des sels. Le problème se présente donc comme un traitement d'effluents organiques à forte concentration. Les tentatives de traitement d'effluents prevenant d'élevage cemprenant de nombreuses tettes de bétail, par exemple plusieurs milliers, ent porté jusqu'à présent principalement sur des procédés par exydatien biologique en milieu aérobie ou anaé renie avec les différentes variantes de mises en oeuvre déjà connues et largement appliquées dans le domaine du traitement des effluents urbains.Cependant, là encore, les émissions dtodeurs compliquent singulièrement le problème. Des essais de réalisation ont également été menés à bien par la suppressien préalable des matières en suspensien, matières dont l'importance est grande dans ce type d'effluents dent la dilution est très faible. Ces suppressions des matières en suspension précèdent les traitements e bielogiques mentionnés ct-dessus et sont réalisées par centrifugation, filtration, décantation ou tout autre moyen mécanique permettant de réduire de manière notable la teneur de l'effluent en matières en suspension. Des recherches ont également été faites visant à déshydrater l'effluent lui-mtme par l'air chaud ou la vapeur surchauffée dans des équipements appropriés permettant d'obtenir une réduction notable du volume des effluents issus d'élevage à grande échelle. Ces procédés ntont pas donné entière satisfaction car les procédés biologiques -ont l'inconvénient d'exiger une grande surface de terrain et ceux de déshydratation sont de gros consommateurs de calories, les deux types de procédé soulevant par ailleurs en commun le problème des odeurs. La présente invention se propose d'éviter ces inconvénients et de fournir un procédé de traitement des lisiers de type industriel. En outre, le procédé selon l'invention n'est pas sujet à l'inertie à la mise en route ou lors de variations importantes dans le débit d'alimentation inertie inhérente aux procédés biologiques. Par ailleurs, le procédé selon l'invention présente l'avantage d'dtre insensible aux conditions climatiques ou atmosphéri ques, alors qu'il est bien connu que les climats rigoureux, les variations de température et d'ensoleillement, la pluviosité modifient au contraire grandement le fonctionnement des traitements biologiques. Le procédé suivant l'invention permet en outre une récupération optimale des principes nutritifs pour les cultures, contenus dans les effluents d'élevage de bétail, ce qui permet un amortissement rapide des investissements consentis pour la mise en oeuvre du procédé par la vente d'un concentré fertilisant. Ainsi qu'on le verra, un autre avantage du procédé selon l'invention réside dans le fait que l'eau de nettoyage des sols des b#timents d'élevage peut astre récupérée dans la proportion de 80 % et recyclée peur le mtme usage, ce qui diminue fortement le volume d'eau franche nécessaire à l'installati~no Selon l'invention, le procédé d'épuration en continu des effluents d'élevage de bétail, est caractérisé par une suite d'opérations censistant, dans l'ordre, en une séparation grossière des matières solides, une csagulatien-fleculatien, une sépa ration -poussée des matières en suspension, la fraction liquide ainsi isolée étant soumise à concentration par évaporation, les distillats ainsi recueillis et les gaz d'évent de tous les appareils étant soumis à une désedorisation. Les différentes phases du procédé suivant l'invention sont décrites plus en détails dans ce qui suit en référence aux figures l-la des dessins annexés qui représentent un exemple préféré d'installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'in Invention Les effluents en provenance des bâtiments d'élevage sont collectés dans un récipient 1 dont la capacité correspond au moins au volume collecté en 24 heures, après avoir subi une séparation grossière des solides sur un système à grille, schématisé en 2, de façon à éviter des entratnements susceptibles de perturber le fonctionnement de l'installation d'épuration0 Le récipient de collecte est de préférence une fesse bétonnée permettant de recueillir les effluents des différents batirents par simple gravité.Cette fesse est munie d'un dispositif d'agitatien la, fonctionnant en permanence afin d'empêcher les dépôts de matières solides, ceux-ci ne manquant pas d'entrer rapidement en fermentation s'ils se trouvent dans des conditions favorables0 Depuis la fosse 1, les effluents sont pompés par la pompe 3 vers un réservoir cylindrique étanche 4 muni d'un agitateur 5 à vitesse de rotation lente dans lequel une coagulation des ma- tières c-lleidales ou solides en suspension et une floculation réduisent la dispersion des matières en suspension.Dans ce ré récipient, en réalise une addition en continu d'un réactif favorisant la ceagulation-floculati-n. Ce réactif, provenant d'un récipient 6, peut titre par exemple une suspension de chaux Ca(OH)2 dans l'eau, obtenue à partir d'un bac agité 7 dans lequel on ajoute en centinu de la chaux solide provenant d'un silo 8 et de l'eau industrielle amenée par 7a. Un dispositif de réglage 6a permet de mettre dans le récipient 4 la quantité voulue de réactif.A la place de chaux d'autres réactifs peuvent titre utilisés tels que par exemple le sulfate d'aluminium Al2(S04)3 , l'aluminate de sodium AlO2Na, le chlorure d'aluminium AlCl3 w le chlorure ferrique FeCl3 , le sulfate ferreux S04Fe ,le sulfate ferrique (S04)3Fe2 la soude caustique NaOH , le carbonate de sodium C03Na2 , des argiles, de la terre dtinfusoire, du charbon actif, du carbonate de calcium, des pelyélectrglyteso L'agitation maintenue dans le récipient 4 de coagulation~ floculation a pour but de permettre an mélange intime du réactif et des effluents et un grossissement régulier du floculat par augmentation de la probabilité de rencontre entre particules solides sans pour autant briser le fleculat par une trop forte turbulence0 Le récipient 4 de coagulati@n-fl@culati@n est disposé de manière a' pouvoir alimenter, par gravité, les appareils de séparation des solides, situes en aval. Cette séparation, qui constitue une étape importante du procédé peut être par exemple réalisée avec les appareils du type centrifuge. A cet effet, on peut utiliser notaaient le dispositif suivant dont les performances expérimentales se sont révélées intéressantes : Un premier appareil 10, dénommé ci-après décanteur centri fuge, est du type horizontal à bol cylindro-conique avec extraction des matières solides par convoyeur hélicoidal. Cet appareil permet la séparation d'au moins 95 % des solides contenus dans l'effluent sous forme d'une boue ayant une teneur en eau inférieure à 70 X. Cette boue est collectée dans le réservoir lio Cette séparation serait insuffisante pour permettre un traitement satisfaisant par évaporation du liquide résultant et il faut atteindre une teneur en matières solides dans le liquide soumis à évaporation, inférieure à 1 g par litre.Ce résultat est obtenu en soumettant le liquide issu du décanteur centrifuge 10 à une nouvelle séparation centrifuge qui peut outre réalisée dans un appareil à bol vertical 13, à ouverture périodique par exemple. Cet appareil que l'on dénommera ci-après clarificateur centrifuge, utilise un champ centrifuge beaucoup plus élevé que celui du décanteur centrifuge et permet ainsi de réaliser la sé séparation de particules beaucoup plus petites dont la vitesse de décantation est nettement inférieure à celle des matières solides issues du décanteur centrifuge. Les boues séparées par le clarificateur centrifuge 13 sont de préférence recyclées par la pompe 12 en amont du décanteur centrifuge 10, c'est à dire dans le récipient de coagulation 4 afin de ne pas enrichir exagérément en eau le concentré de matières solides issu de la séparation car on ne peut obtenir avec le clarificateur centrifuge des boues ayant une teneur en eau inférieure à 85 %. Le fonctionnement du clarificateur centrifuge subissant des interruptions lors de l'évacuation des boues par ouverture du bol, il est nécessaire que le liquide clarifié contenant moins de 1 g/litre de matières solides, évacué de préférence par gravité par la conduite 13a, soit reçu dans un récipient tampon 14 avant d'alimenter la phase opératoire suivante dont le fonctionnement doit astre parfaitement continu. Bien entendu, d'autres appareils de séparation des solides peuvent titre utilisés en remplacement de ceux décrits ci-dessus pourvu que la teneur maximale en matières solides du liquide effluent soit inférieure à 1 g/litre. Une pompe 15 extrait le liquide du réservoir tampon 14 et l'envoie vers l'installation d'évaporation. L'installation d'évaporation peut titre de tous types connus y compris ceux faisant intervenir la compression mécanique ou thermo-dynamique de la vapeur, On préfère toutefois, selon l'invention, utiliser un évaporateur à multiples effets, tel que 16 - 17 - 18, fonctionnant par ruissellement ou films tombants avec circulation forcée dans la colonne 18. Ce choix permet en effet de réaliser, avec des capacités d'évaporation importantes, des économies notables sur la quantité de vapeur consommée. #ar ailleurs, ces appareils présentent un moindre risque de colmatage par accumulation de solides Un soin particulier doit titre apporté à la récupération des calories sortant de l'installation d'évaporation avec le concentré et le distillat quel que soit le type d'évaporateur utilisé, ces calories pouvant notamment être employées dans le préchauffage du liquide d'alimentation par exemple grâce à un échangeur de chaleur 19o Il est avantageux de faire travailler l'installation d'éva peration sous vide afin de réduire la température d'évaporation et éviter au maximum la décomposition des produits organiques présents dans le liquide traité.L'installation comporte dans ce but une pompe à vide 32. Les distillats liquides issus de cette installation sont soumis à une désodorisation. A cet effet, ces liquides, pompés par la pompe 20, sont injectés par l'intermédiaire d'une rampe d'arrosage, ou autres dispositifs équivalents, au sommet d'une colonne à garnissage 21 à la base de laquelle est admis de l'air par 33 à travers un autre dispositif de répartition0 Il est à noter que la désodorisation -j?eut btre également effectuée par un autre procédé physique (échange d'ions, traitement par des absorbants, lavage) ou chimique (oxydation, chloration, biedégradation) ou par modification ou couverture gracie à l'addition d'un produit spécifique approprié, Elle peut litre réalisée en phase liquide ou vapeur.Les distillats sont ensuite collectés dans un-récipient 22 d'où ils peuvent titre repris par pompage pour titre utilisés notamment pour le lavage des sols des bttiments d'élevage. Le concentré liquide issu de l'installation d'évaporation est dirigé vers le réservoir 28o Tous les appareils utilisés dans la mise en oeuvre du procédé doivent titre hermétiquement clos, les gaz émis tant par les appareils sous pression atmosphérique (floculation, capacités intermédiaires) que par ceux fonctionnant sous pression (séparateurs) ou sous vide (évaporateurs, désodorisation) doivent titre collectés par un réseau de tuyauteries telles que 23 - 24 - 25 26 afin d'8tre réunis dans un brflleur 27 où la désodorisation est obtenue par la combustion. Une solution avantageuse peut consister à utiliser ces gaz comme comburant pour une chaudière 31 dont la production de vapeur servira au chauffage des installations d'élevage et de ses annexes et/ou l'alimentation en vapeur des évaporateurs0 Les résidus solides issus de la séparation initiale et réunis en 11 aux boues récoltées à la sortie du décanteur centrifuge 10, ainsi que le concentré liquide collecté en 28 sont utilisables séparément ou ensemble pour la fabrication d'un fertilisant à haute valeur nutritive dont le stockage est schématisé en 29. Ce produit fertilisant doit avant commercialisation subir un compostage avec des déchets solides comme des ordures ménagères par exemple et il sera alors distribué en sacs. Il peut également Titre utilisé directement en épandage sur les sols o EXEMPLE On décrit dans le présent exemple l'application d'une installation suivant l'invention telle que décrite en référence au dessin annexé pour le traitement des lisiers d'un élevage de porcs d'une capacité de 10.000 tetsso L'alimentation en lisier représente 5 m3 par heure, ce lisier contenant comme éléments fertilisants z N : 4 g/litre P205 : 2 g/litre K20 : 3 g/litre. D'autre part, au point de vue biologique ce mélange représente MES (matières en suspension) 50g/litre (250 kg/heure) ES (extrait sec) 75g/litre (375 kg/heure) DCO (demande chimique en oxygène) 65g/litre (320 kg/heure) DBO5(demande biologique en oxygène) 25g/litre (125 kg/heure)O Ce lisier est envoyé dans le réservoir 1 après avoir passé sur le séparateur à grille 2, les matières solides séparées par cette grille étant envoyées directement au réservoir Il pour litre ajoutées aux matières solides sortant du décanteur centrifuge La pompe 3 fait passer le lisier dans le floculateur 4, d'une capacité de 1 m3 où il est traité par de l'eau de chaux provenant du réservoir 6, à raison de 165 litres/heure, ce débit correspondant à 33 kg/heure de-chaux Ca(OH)2. Après la floculation le mélange passe dans le décanteur centrifuge 10 d'où l'on extrait des boues à raison de 930 kg/h. la composition des boues correspond à MES 275 kg/heure ES 290 kg/heure, la teneur en eau étant de 70 %, ce qui correspond à 655 kg/hO La suspension liquide sortant du décanteur centrifuge est soumise à clarification poussée dans le clarificateur 13, les matières solides séparées étant renvoyées par la pompe 12 dans le floculateur 4e A la sortie du clarificateur 13 le liquide est stocké dans le réservoir tampon 14 d'une contenance de 1 m et est envoyé en continu par la pompe 15 dans l'évaporateur à multiples effets 16, 17 18.Le concentré liquide sortant de la batterie d' évapo- rateurs est réuni dans le réservoir 28 qui reçoit un débit de 290 litres/heure de liquide correspondant à un ES de 400 litre (115 kg/heure). Ce concentré liquide' est réuni dans le réservoir 29 avec les boues provenant du réservoir 11. On obtint ainsi 1,2 tonne par heure de concentré contenant 30 % de matières sèches et comme éléments fertilisants s N 3 20 kg/heure P205 = 10 kg/heure K20 = 15 kg/heure. Ainsi qu'on l'a dit plus haut ce produit peut ttre utilisé comme fertilisant à condition d'avoir été composté par mélange avec des déchets solides tels que des ordures ménagères. Il pré- sente alors un aspect sec et peut litre conditionné dans un sac. Le liquide condensé à la sortie des deux premiers évapora teurs est envoyé par la pompe 20 au sommet de la colonne de désodorisation 21. A la sortie de cette colonne on récolte un débit d'eau désodorisée et réutilisable d'environ 4000 litres/h0, cette eau étant caractérisée au point de vue biologique par MES t 30 mg/litre ES négligeable DCO DB05 L'eau sortant de cette colonne peut utilement titre réutilisée pour le lavage des installations d'élevage Cette eau peut, éventuellement après neutralisation à pH 7, autre traitée au charbon actif à la dose de t g/litre pendant 10 minutes, ce qui donne, avec une DCO de départ de 211 mg/litre, une DCO finale de 53 mg/litre et un rendement d'épuration de 75%0 REVENDICATIONS 1) Procédé de traitement en continu des effluents d'élevage de bétail caractérisé en ce qu'il comprend les opérations successives suivantes : séparation grossière des matières solides, coagulation-floculation, séparation poussée des matières en suspension, la fraction liquide ainsi isolée étant soumise à concentration par évaporation, les distillats ainsi recueillis et les gaz d'évent étant soumis à une désodorisationO 2) Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la coagulation-floculati.n est réalisée, dans un récipient agité, par addition d'une solution ou suspension des produits suivants s sulfate d'aluminium, aluminate de Sodium, chlorure dtaluminium, chlorure ferrique, sulfate ferreux, sulfate ferrique, chaux, soude, carbonate de sodium, argiles, terre d'infusoires, charbon actif, carbonate de calcium polyélectrolytes. 3) Procédé suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la séparation des matières en suspension est réalisée au moyen de deux appareils de type centrifuge disposés en série sur le liquide dont l'un sépare environ 95 % des solides présents et l'autre permet d'obtenir un liquide contenant moins de 1 g/l, de solides en suspension. 4) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les solides séparés dans le stade ultime de séparation des solides, dont la teneur en eau est supérieure à 80 X, sont recyclés en amont de la totalité de la phase de séparation des solides, 5) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le liquide issu de la phase de séparatien des solides est soumis à évaporation dans un évaporateur à effets multiples, à films tombants ou à circulation forcée, 6) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le liquide issu de la phase de séparation des solides est soumis à évaporation dans un évaporateur mettant en jeu la compression de la vapeur par un procédé mécanique ou thermodynamique. 7) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le distillat issu de la phase d'évaporation est soumis à une désodorisation par ventilation à contrecourant dans une colonne à garnis sage0 8) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le distillat issu de la phase d'évaporation est soumis à une désodorisation par un traitement avec du charbon actif suivi d'une filtration et d'une récupération du charbon actif par régénération. 9) Procédé suivant l'une quelconque des revendications i à 8, caractérisé en ce que les gaz provenant des diverses phases du traitement sont collectés pour subir un traitement de désodorisation. 10) Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que tous les appareils et liaisons entre appareils utilisés sont hermétiquement clos, les gaz provenant des diverses phases du traitement étant collectés pour subir un traitement de désodorisation notamment par combustion 11) Utilisation pour la fertilisation des sols des solides séparés avant évaporation par le procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes. 12) Utilisation pour la fertilisation des sols du mélange constitué par les solides séparés avant évaporation et le concentrat issu de l'opération d'évaporation, ces produits étant obtenus par le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10.