Brevet FR2334630A1 — publié le 19770708

Ia présente invention a pour objet un procédé drépuration d'eaux usées renfermant des effluents organiques bio-dégradables. On connaît des procédés d'épuration biologique des eaux usées qui renferment des effluents organiques bio-dégradables. Parmi ces procédés, on peut citer, par exemple, le procédé dit "d'épandage", celui dit de "lagunage" et un procédé qui consiste à effectuer une décantation primaire suivie d'une épuration par traitement en présence de la microflore naturelle, sur filtres bactériens ou dans des bassins d'aération. Certains de ces procédés, comme par exemple le lagunage et l'épandage, permettent non seulement de diminuer la charge en matières organiques polluantes dans les eaux traitées mais encore de valoriser cette charge pour sol en humus. D'autres procédés d'épuration biologique, comme l'épuration sur fIltres bactériens, ne permettent pas la valorisation de la charge organique car ils entraînent sa biodégradation complète ( jusqu'à CO2 et H2O). Enfin, certains procédés d'épuration biologique, comme l'épuration dans des bassins d'aération, aboutissent à la production d'un volume important de boues activées, ce q# pose le problème de l'assainissement de ces dernières. Cet assainissement est *néraleme ment effectué soit en provoquant la digestion bactérienne anaérobie des boues activées- ce qui s'accompagne de la libération de charges minérales, gui sont également une source de pollution, mais aussi d'un dégagement de méthane que l'on peut récupérer - soit par déshydratation et incinération des boues activées. Licous les procédés d'épuration des eaux qui viennent d'être mentionnés conduisent à une perte au moins partielle de l'énergie solaire accumulée dans les charges organiques polluantes. Be but de l'invention est de permettre de valoriser les effluents organiques sous forme de protéines qui peuvent être utilisées en vue de ltalimenXation animale, ou meme humaine, tout en évitant la production de boues activées. Â cet effet, le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que Itou fait croître une culture de microorganismes, choisis parmi les bactéries aérobies et les levures, en utilisant ces eaux comme milieu de culture et en maintenant la croissance de ces microorganismes en phase exponentielle, que l'on utilise la biomasse ainsi obtenue comme milieu nutritif d'une culture de protozoaires et que l'on sépare la biomasse de protozoaires de l'eau épurée. Comme culture de bactéries aérobies, on peut utiliser, par exemple, une culture de l'une des souches de bactéries suivantes : Pseudomonas sp et Brevibacterium sp, ou une culture mixte de bactéries aérobies. Comme culture de levures, on peut , par exemple, utiliser des levures du genre Torula. On peut également employer, comme culture de microorganis- mes, des mélanges de bactéries aérobies et de levures. De manière générale, on peut utiliser toute culture de microorganismes, aptes à proliférer en présence des effluents contenus dans les eaux à traiter et capables, d'autre part, d'être intégralement ingérés par des protozoaires. Comme culture de protezoaires , on utilise de préférence une culture d'au moins une souche de protozoaires ciliés. tes proto zoaires ciliés présentent en effet l'avantage d'avoir une membrane externe non rigide et de nature essentiellemsit protéique, ce qui pourrait rendre inutiles des opérations d'extraction ultérieures de ses protéines, ou tout au moins faciliter de telles opérations, en vue de l'utilisation de ces protozoaires à des fins alimentaires. te procédé selon l'invention peut entre mis en oeuvre de plusiewrs manières , par exemple sous firme dtune épuration du type dit "multiétage-continue" ou BOUS forme d'une épuration du type dit "mixte-stationnaire". te dessin annexé représente, schématiquement et à Vitre d1 exemple, deux schéma-blocs illustrant la mise en oeuvre pratique du procédé conforme à l'invention. La fig. 1 est un schéma-bloc illustrant l'épuration" multiétage-continue". La fig.2 est un schéma-bloc illustrant l'épuration "mixtestationnaire". Lors de la mise en oeuvre de l'épuration conformément au schéma représenté à la fiv.1, un réacteur d'épuration 5 ( constitué par un ou plusieurs bassins d'aération) est alimenté simul- tanément et de manière continue en eau usée à purifier provenait d'un réservoir l, en milieu minéral liquide provenant d'un réservoir 2 et destiné à ajuster à une valeur convenable la teneur en sels minéraux dans le milieu de culture bactérienne, contenu dans le réacteur 5, en milieu de propagation de la culture bactérienne, provenant d'un réservoir 3 et en milieu liquide acide ou basique, provenant d'un réservoir 4, et destiné à ajuster de manière continue le pH du milieude culture dans le réacteur 5 à une valeur optimale pour la croissance des bactéries. tes débits respectifs des liquides provenant des réservoirs 1 à 4 dans le réacteur 5 sont réglés de manière automatique de façon à conférer au milieu de culture bactérienne les concentrations en effluent, sels minéraux et bactéries ainsi que le pH optimaux pour la prolifération des bactéries en phase exponentielle. La biomasse bactérienne obtenue dans le réacteur y est transférée de manière continue, avec le milieu aqueux dans lequel elle est en suspens#on, dans un réacteur 6 de transformation de cette biomasse bactérienne en protozoaires. te réacteur 6 est alimenté en milieu de propagation de la culture de protozoaires provenant d'un réservoir 7 Ia biomasse de protozoaires obtenue par transformation, dans le réacteur 6, de la biomasse bactérienne en protozoaires est transférée de manière continue, tec le milieu aqueux dans lequel elle est en suspenston, dans un séparateur 8 ou' est effectuée la séparation de l'eau épurée, qui est transférée dans un collecteur approprié 9, et de la biomasse de protozoaires qui est transférée dans un collecteur 10 puis séchée en 11 Conformément au mode de mise en oeuvre du procédé représenté à la fig.2, ltépuration est effectuée grace à la croissance dans le meme milieu d'une culture de microorgiaismes choisis parmi les bactéries aérobies et les levures, cette culture étant nourrie aux dépens de la charge organique des effluents , et d'une culture de protozoaires , nourrie par digestion de la biomasse bactérienne, dans un réacteur 5' qui peut 8trie, en pratique, constitué par un ou plusieurs bassins d'aération. te réacteur 5' est alimenté en eau usée à purifier, en milieu liquide d'ajustement de la teneur en sels minéraux,en milieu de propagation de la culture bactérienne et en milieu liquide drajus- tement du pH, provenant respectivement des réservoirs 1,2,3 et 4 et en milieu de propagation de la culture de protozoaires provenant d'un réservoir 7'. Contrairement au cas du mode de mise en oeuvre du procédé illustré à la fig.1, l'alimentation du réacteur 5' en culture bactérienne n'est pas effectuée en continu mais de manière discontinue, de façon à permettre l'obtention finale d'une biomasse de protozoaires exempte de bactéries non digérées. ta biomasse de protozoaires obtenue dans le réacteur 5' est transférée, avec le milieu aqueux dans lequel elle est en suspension, dans un séparateur 8' où est effectuée la séparation de l'eau épurée, qui est transférée dans un collecteur approprié 9' et de la biomasse de protozoaires qui est transférée dans.un collecteur 10' puis séchée en 11'. Exemple 1 Epuration d'eaux usées, de nature analogue à celle d'effluents liquides de fromagerie, renfermant l gramme par litre de lactose et contenant en outre les ions suivante , en concentrations respectives indiquées en gramme par litre Azote exprimé en NH4+ : 0,067 K+ : 0,01 Na+ : 0,048 Mg++ :0,012 Ca++ : 0,005 Fe3+ : 0,003 Mn2+ : 0,0005 Cu++ : 0,0002 Cl- : 0,225 SO2 : 0,042 et 0,121 gramme par litre de P2O5. La charge initiale en matières organiques de l'effluent à traiter, mesuré par sa demande chimique d'oxygène(D.C.O.) est de 1123 mg O2/ litre. On met en oeuvre l'épuration, conformément à la manière illustrée à la fig.1, dans les conditions suivantes : - Milieu minéral liquide ( réservoir 2) : solution aqueuse de chlorure d'ammonium en concentration et volume correspondant à 0,19 g/litre dans le réacteur 5 ( correspondant à une teneur en azote de 0,05 g/litre, et à un rapport carbone/azote(C/N > égal à 8 dans le milieu de croissance bactérienne du réacteur 5). - Milieu de propagation de la culture bactérienne( réservoir 3): souche de Pseudomonas sp. - Rendemenide production de la biomasse bactérienne par rapport aux hydrates de carbone : 45% en poids. - Milieu de propagation de la culture de protozoaires ( réservoir 7 ) : souche de etrahymena pyriformis. - Rendement d'épuration global: 92,8%( mesuré d'après la demande chimique d'oxygène - DCO = 80 mg 02/litre - de l'eau après traitement). - Rendement d'obtention de protozoaires( réservoir 11) 200 kg de matière sèarile pour un volume initial d'eau usée de de 1000 m3. Cette quantité de protozoaires renferme environ 100 kg de protéines de haute valeur nutritionnelle, avec la composition suivante, exprimée en pourcentage pondérai, en acides aminés Leucine : 7,9 Isoleucine:5,5 Valine : 4,9 Thréonine: 8,5 Méthionine:1 ,9 Arginine : 4,8 Histidine:2,8 Phénylalanine:4,2 et , également, une certaine quantité de lysine, cystine, et tryptophane. Exemple 2 : Epuration, conformément au mode de mise en oeuvre du procédé illustré à la fig.2, d'eaux: usées de #me nature que celles dont la composition est indiquée dans l'exemple 1 mais renfermant 2 grammes/litre de lactose et ayant une demande chimique d'oxygène initiale de 2392 mg 02/ litre. - Milieu minéral liquide ( réservoir 2) : solution aqueuse de chlorure d'ammonium en concentration et volume correspondant à 0,19 g/litre dans le réacteur 5'( teneur en azote : 0,05g/litre; rapport carbone /azote : 16). - Milieu de propagation de la culture bactérienne( réservoir 3) : souche de Pseudomonas sp. - Milieu de propagation de la culture de protozoaires réservoir 7' ) : Tetrahymena pyriformifs. - Demande chimique en oxygène dans l'eau épurée(réservoir 9') 112mg 02/ litre. - Rendement d'épuration : 2392 2 x 100 = 95,3 ffi - Teneur en hydrates de carbone métabolisés par les bactéries 1, 84litre. - Teneur en protozoaires ( matière sèche ) dans la biomasse de protozoaires engendrée dans le réacteur 5' . 0,14 g/litre, soit 140 kg pour un volume initial d'eaux usées de 1000 m3. - Rendement global de conversion hydrates de carbone en protozoaires : 140 x 100 = 7,61% 1840 L'invention a également pour objet l'utilisation de la bio maussade protozoaires, obtenue par le procédé qui vient d'être décrit, comme sourcede protéines. Suivant la nature de la biomasse de protozoaires , on peut procéder à l'extraction des protéines, de manière connue en soi, à partir des protozoaires, ou bien utiliser directement les protozoaires comme matière protéique, notamment en vue de l'alimentation animale. Le procédé qui vient d'être décrit peut être mis en oeuvre en vue de l'obtention d'une biomasse de protozoaires, non seulement en utilisant des eaux usées comme matière première mais également à partir de tout milieu liquide approprié renSeimant une quantité convenable de matières organiques bio-dégradables. De manière générale, on peut donc considérer ce procédé comme un procédé de fabrication de matières protéiques utilisables dans l'alimentation. Bien entendu, l'invention ntest nullement limitée aux modes Te rçalization décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens#décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé d'épuration d'eaux usées renfermant des matières organiques bio-dégradables, caractérisé en ce que l'on fait crottre une culture de microorganismes, choisis parmi les bactéries aérobies et les levures , en utilisant ces eaux comme milieu de culture et en maintenant la croissance de ces micro organismes en phase exponentielle, que lton utilise la biomasse ainsi obtenue comme milieu nutririf d'une culture de protozoaires et que l'on sépare la biomasse de protozoaires de l'eau épurée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite culture de microorgaismes est choisie parmi lesculture de l'une des souches de bactéries suivantes : Pseudomonas sp et Brevibacterium sp. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite culture de micro organismes est une culture de levures du genre Torula. 4. Procédé selon la revendication t, caractériséen ce que ladite culture de microorganismes est un mélange de bactéries aérobies et de levures. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite culture de protozoaires est une culture d'au moins une souche de protozoaires ciliés. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite souche de protozoaires ciliés est l'une des souches de protozoaires ciliés suivetes : Tetrahymena pyriformis et Colpidium camphilum 7. Biomasse de protozoaires obtenue par le procédé selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle est utilisée comme source de protéines.