Brevet FR2431462A1 — publié le 19800215

"PROCèDE POUR TRAITER UN EFFLUENT MIODEGRADA3LE" L'invention concerne un procédé de traitement d'effluents biodégradables, par exemple de la fange de porcs, du fumier de vaches, des déchets de distillerie, des déchets dfappr8t et des déchets da- battoir. De tels effluents peuvent apparattre en des lieux où l'on en produit un excès par rapport aux demandes courantes d'utilisation de ces effluents à des fins variées ou bien où, du fait de contraintes imposées à la source d'effluents, il n'est pas commode de les décharger par des procédés courants.On peut couramment utiliser de tels effluents pour fertiliser les sols, y compris des lieux où il existe des restrictions sur lutilisation comme fertilisants def- fluents bruts ou partiellement traités, ou pour nourrir des cultures de serre, ou alimenter des animaux, ou on peut les décharger directement ou indirectement dans des égouts publics, dans un cours d'eau et dans un terrain d'épandage. L'effluent utilisé dans le procédé peut entre produit de manière délibérée afin de pouvoir en récupérer des sous-produits utiles grâce au procédé de l'invention. On peut ainsi, par exemple, dans une usine centrale de traitement mélanger plusieurs effluents pour obtenir un mélange d'effluents biodégradable convenable pour le procédé. Un objet d'une réalisation préférée de 11 invention consiste à prévoir un procédé où un effluent biodégradable de caractéristiques convenables peut titre économiquement traité pour produire une eau recyclable, une base fertilisante ayant une odeur négligeable et un gaz contenant du méthane. Selon la présente invention on prévoit un procédé de traitement d'un effluent biodégradable qui comprend les phases de traitement a naérobique de l'effluent de manière à en réduire la 130 (demande biologique en oxygène) et à produire un gaz contenant dl méthane, de recueil du gaz contenant du méthane et ensuite d'ozonisation ou dtau- tre oxydation catalytique de la liqueur ayant subi le traitement anaérobique.Il peut être possible dans certains cas d1effectuer lozo- nisation ou une autre oxydation catalytique de la liqueur immédiatesent après la phase de traitement anaérobique, mais, en raison du cott relatif de l1ozonisation ou d'une autre oxydation catalytique, il peut être avantageux de séparer de la liqueur certaines matieres, par exemple des solides en suspension et/ou des émulsions et/ou de traiter la liqueur afin de pouvoir en séparer les solides coagulables avant la phase d'ozonisation ou d'autre oxydation catalytique. Ces procédés comprendraient par exemple une précipitation par gravité de particules solides dans un clarificateur et/ou une filtration dans un filtre-presse et/ou un traitement chimique pour éliminer les solides coagulables, procédés bien connus dans la technique. Plus avantageusement, effluent traité de manière anaérobique est, après une phase d'enlèvement de solides, traité chimiquement pour coaguler les matières solubles coagulables, et on ajoute un floculant pour floculer les solides coagulés et tous autres solides en fine suspension. Après coagulation-floculation, les solides en résultant peuvent utilement être enlevés de la liqueur. Des procédés appropriés sont ceux par sédimentation, flottation, filtration, centrifugation ou l'on peut utiliser une combinaison de procédés. Un procédé que l'on préfère particulièrement est l1électro-flottation. Les solides enlevés dans la phase dlenlèvement de solides s'il y en a une, immédiatement aprbs la phase de traitement anaérobique et/ou ceux obtenus dans les phases de coagulation, floculation sédimentation, flottation, filtration ou centrifugation sont avantageusement encore déshydratés pour fournir un gâteau solide.Une machine qui convient particulièrement à cet effet est un filtre-presse ; en variante, on pourrait utiliser une presse å bande filtre sous pression. lans certains cas, il est possible d'omettre la phase ou les phases mentionnées plus haut de clarification et/ou coagulation-floculation, et le liquide traité de manière anaérobique peut être déshydraté directement dans un filtre-presse ou une machine similaire appropriée. Les solides qui résultent des. proces- sus ci-dessus peuvent être utiles, qu'ils soient présents sous forme de boue ou de gtteaus selon le type dteffluent, comme fertilisant, base fertilisante, conditionneur de sol ou nourriture animale.On peut aussi, si on le désire, poursuivre la déshydratation des solides, par séchage, par exemple séchage thermique comme dans un séchoir à tambour rotatif chauffé par vapeur, séchoir à pulvérisation ou séchoir b congélation. En variante ou en addition, on peut brûler les solides dans une chaudière ou un incinérateur, soit seuls soit en combinaison avec un combustible convenable. Dans l'un et l'autre cas, la cendre en résultant peut encore convenir comme fertilisateur. On peut aussi utiliser cette cendre comme produit chimique de départ. Après le traitement chimique et avant tout étage de séparation, par exemple d'électro-flottation, il peut titre avantageux, si l'on ajoute de la chaux à la liqueur, de récupérer l'ammoniac du courant de liqueur. Cette opération peut s'effectuer dans un épurateur de gaz d'une manière en soi connue. De tels traitements peuvent réduire la quantité de matière ozonisable ou oxydable, et, par suite, le coût de ltozonisation ou de 1'oxydation est aussi réduit. On préfère que la liqueur qui a été soumise à la phase d'ozonisation ou d'oxydation catalytique soit filtrée, par exemple en utilisaut un filtre à milieux mixtes. Mans le processus de la présente invention une partie du gaz produit contenant du méthane, recueilli, peut entre utilement utilisée comme source d'énergie pour chauffer ou refroidir effluent qui subit un traitement anaérobique. Cela peut entre nécessaire selon les conditions de température ambiantes et selon qu'il y a une autre source d'énergie convenable. On utilise avantageusement le gaz cdntenant du méthane recueilli pour fournir l'énergie dtun groupe générateur d'électricité. L'élec- tricité ainsi produite est de préférence utilisée pour faire fonctionner ltéquipement décrit ci-dessus, par exemple le générateur d'ozone. Un tel générateur dtélectricité est normalement un générateur à double combustible qui peut être alimenté soit par le gaz contenant du méthane soit par un autre combustible, par exemple du mazout. On préfère un générateur alimenté par un double combustible parce -qutune source externe de combustible peut être nécessaire au démarrage du processus et également si l'effluent biodégradable que l'on traite n'a pas une DBO appropriée à donner une cadence de production de gaz contenant du méthane suffisamment élevée pour permettre d'utiliser ce gaz comme source unique dténergie et dtassurer ainsi le maintien du traitement anaérobique à une température convenable et une fourniture d'électricité suffisante pour les autres phases du processus. A cet é gard, on préfère que l'effluent biodégradable en traitement ait une DBO typique de l'ordre de 5000 mg/litre et plus. Dans certains cas on peut utiliser des DBO plus faibles, cela suivant les conditions locales spécifiques. On peut aussi utiliser le gaz contenant du méthane pour effectuer le mélange de effluent pendant la phase de traitement anaérobique, pour fournir de l'eau chaude à des fins diverses en le bilant dans une chaudière et pour fournir une source de chaleur directe, par exemple, dans le séchoir de solides mentionné plus haut. En variante ou en addition, on peut utiliser le gaz contenant du méthane soit directement soit indirectement après séparation de ses deux composants principaux (gaz carbonique et méthane) comme produit chimique de départ. On va maintenant décrire, à titre d'exemple, une réalisation de la présente invention en se référant au dessin joint qui est un schéma de circulation illustrant une mise en oeuvre d'un processus de traitement d'un effluent organique, conforme à la présente inven tion. Sur ce dessin, un effluent organique brut arrive par un conduit 10 à un tamis fin 11 où les grosses particules solides (ayant une dimension de 2 mm ou plus) sont enlevées. Les solides enlevés passent par un conduit 12 dans une cuve de retenue de boue 13 équipée d'un agitateur entra#né par moteur 140. L'effluent d'où l'on a éliminé les gros solides passe ensuite dans une cuve à digestion anaérobique 14 maintenue à des conditions de température mésophilique, par exemple 350 C. Le temps de séjour moyen de l'effluent dans la cuve 14 est normalement de 10 à 20 jours. Pendant la digestion anaérobique le méthane et le gaz carbonique (rapport volumique (30-60s-40-70) se dégagent et se rassemblent dans la cuve 14 au-dessus du niveau de liquide de celle-ci.Une partie de ce gaz contenant du méthane passe dans un conduit 15, traverse une vanne de commande 16 et va à un générateur d'électricité 17 à double combustible. Le reste du gaz contenant du méthane dégagé pendant le processus de digestion est brayé dans une chaudière B et l'eau chaude générée est utilisée par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur E pour maintenir la cuve 14 à la température voulue. L'effluent traité de manière anaérobique sortant de la cuve 14 passe par un conduit 18 dans un bassin de clarification 22 où se produit une séparation solides-liquide. Les solides séparés en résultant sont enlevés et vont par un conduit 23 à la cuve de retenue de boue 13.La liqueur qui surnage dans le bassin de clarification passe par un conduit 26 dans un réservoir d'équilibre 27 utilisé pour fournir un écoulement équilibré de l'effluent partiellement traité à l'étage suivant du processus. Le niveau de liquide dans le réservoir d'équilibre 27 commande le fonctionnement de pompes 28 disposées en aval du réservoir d'équilibre 27. Du réservoir 27, l'effluent est pompé par les pompes 28, à travers un conduit 29 dans la première paire de cuves de réaction 30 et 31 qui sont reliées en série par un déversoir à seuil de trop-plein. La cuve de réaction 30 reçoit un réactif chimique d'un réservoir de stockage de réactif 32 tandis que l'autre cuve de réaction 31 est ali menée avec un autre réactif venant d'un réservoir de stockage de réactif 33.Dans les cuves de réaction 30 et 31, l'effluent est traité respectivement avec du sulfate ferreux, du sulfate ferrique, du chlorure de fer ou du sulfate d'aluminium et avec de la chaux ou la soude caustique. En variante, on peut ajouter la chaux ou la soude caustique en premier lieu. Ce traitement chimique sert à coaguler tout reste de matière coagulable dans l'effluent. De la cuve 312 ltef- fluent traité chieiquement passe rpar un conduit 34 dans un bac mélangeur 35 où il est meulé à un floculant (par exemple un polyélectrolyte tel qu'une polyacrylamide) fourni par un réservoir de stockage 36. Le mélange résultant s'écoule du bac 35 à une unité d'électro-flottation 36 où tous les -solides flottants sont enlevés par une bande écumoire 37 ; tous les solides qui tombent au fond de l'unité 36 sont enlevés par un conduit 38 et passent dans la cuve de retenue de boue 13. Les solides enlevés par la bande écumoire 37 sont déchargés et transportés dans le réservoir de retenue de boue 13 par un conduit 35. La liqueur dtot lton a enlevé les solides floculés et coagulés passe par un conduit 40 à un autre réservoir d'équilibre- 4#. Le ni eau dans le réservoir d'équilibre 41 sert à commander le fonctionnement de pompes 42 disposées en aval du réservoir 41. La liqueur sortant du réservoir d'équilibre 41 passe dans un-aspirateur 43 où elle est meulée à de l'ozone ou de l'air ionisé (air contenant de lwo- zone) avant de passer dans un réacteur à oxydation catalytique 44. On utilise un générateur d'ozone 45 pour fournir de l'ozone ou de l'air contenant de l'ozone à l'aspirateur 43. Du réacteur 44 la liqueur passe dans un deuxième réacteur à oxydation catalytique 46 par un conduit 47 et un autre aspirateur 48 où l'effluent est encore lé à de l'ozone ou de l'air contenant de l'ozone venant du générateur d'ozone 45. Les réacteurs 44 et 46 sont reliés à lîatmosphère par un conduit 49. Âpres oxydation catalytique, effluent passe dans un filtre à milieux mixtes 50 contenant du sable et du charbon activé pour enlever tous les solides qui ont pu se former par suite du processus d'oxydation catalytique.Une portion de la liqueur d'effluent sortant du réacteur à oxydation catalytique 46 revient par un conduit 51 et des pompes 52 au réservoir d'équilibre 41 pour assurer le maintien des conditions d'écoulement dans les réacteurs 44 et 46 au niveau optimal. Du filtre 50, la majorité de la liqueur passe dans un conduit 53 et arrive à un réservoir de contrôle 54 où l'on contrôle le pH et la vitesse d'écoulement de la liqueur. Du réservoir de contrôle 54, l'effluent peut ensuite passer dans un conduit 55 pour être réutilisé comme eau potable car il est clair et stérile. Une portion de la liqueur sortant du filtre 50 est ramenée à la cuve de retenue de boue 13 pour y conférer une consistance liquide convenable à la boue afin que celle-ci puisse être pompée à travers un conduit 56 par des pompes refoulantes 57 à un filtre-presse 58. Le gâteau de presse en résultant est recueilli et peut être mis en sac. La liqueur enlevée dans le filtre-presse 58 est ramenée par un conduit 59 à la cuve de réaction 30.Le générateur d'électricité 17 à double combustible sert à alimenter le générateur d'ozone 45 et aussi à alimenter les agitateurs dans les cuves ou réservoirs 13, 30, 31, 32, 33 et 24 ainsi qu'à fournir lténergie aux pompes et à l'unité dlé- lectro-flottation 36, y compris à la bande écumoire 37. Avec un niveau de DBO suffisamment haut dans l'effluent d'entrée, le processus peut virtuellement complètement se suffire à lui-même ; toutefois, pour des raisons de démarrage et pour l'utilisation lorsque le niveau de DBO de effluent est insuffisant, le générateur d'életri- cité à double combustible 17 peut entre alimenté en mazout par un conduit 60. Dans le procédé décrit ci-dessus, le tamis fin 11 peut être remplacé par un tamis plus grossier car il peut être avantageux de garder une plus grande proportion de solides dans l'effluent afin d'accroître le rendement du procédé et, par suite, sa possibilité de production de gaz contenant du méthane. Le tamis fin peut entre du type à brosse avec des milieux à plaques perforées ou il peut titre un tamis tel que celui appelé "Hydrasieve Gravity Screenw dont la structure n'est pas très différente de celle dlun crible classique à rampe latérale mais qui fonctionne de manière différente. Le "Hydrasieve Gravity Screen" effectue une élimination fluide élevée par cisaillement hydraulique en utilisant l'effet Coander sur une multiplicité de fils transversaux à section en V spécialement conçus. Dans la cuve de réaction 30 on peut effectuer une commande du pw afin de maintenir le pH à environ 8 tandis que, dans la cuve de réaction 31, le E est maintenu à environ 11 ou vice-versa. La cuve de digestion 14 peut, dans cette réalisation, être munie d'un système vendu par Siaon-Hartley Limited et connu sous la désignation de système "Heatamix". Ce système fournit les nécessaires chauffage et mélange de# l'effluent à digestion anaérobique et il comporte un échangeur de chaleur installé à l'extérieur de la cuve de digestion. Un système qui convient de manière similaire est le système de Jones and Âttwood Limited dit "Burper Mixer" qui comporte un échangeur de chaleur adapté à l'intérieur de la cuve de digestion. Le générateur ozone employé est, dans cette réalisation, un générateur d'ozone refroidi par air, à décharge corona, fourni par Union Carbide. Dans la réalisation décrite ci-dessus effluent en cours de traitement traverse en série les réacteurs 44 et 46. Toutefois, il reste dans le cadre de la présente invention de les relier en parallèle plutat qu'en série. Dans chaque réacteur 44, 46, l'effluent mélangé à l'ozone ou à l'air contenant de ozone passe sous un lit fixe qui porte un catalyseur d'oxydes métalliques de valence un ou plus (par exemple Mn 02) etjou du carbone. La température dans chaque chambre de réaction 44, 46 est la température ambiante. Le résultat du processus d'oxydation catalytique est que les composés organiques de l'effluent sont oxydés en gaz carbonique et eau, le gaz carbonique stéchappant des réacteurs 44 et 46 par le conduit 49 et étant déchargé dans l'atmosphère. Le temps de séjour typique de l'effluent dans chaque réacteur est de 10 minutes et la concentration d'ozone dans effluent entrant dans chaque réacteur 44, 46 est de 1 à 3 % en volume0 Dans une variante de réalisation, chaque réacteur 44, 46 prend la forme d'un réacteur à lit fluidisé au lieu d'un réacteur à lit fixe. Les solides suspendus peuvent mieux traverser un réacteur à lit fluidisé qu'un réacteur à lit fixe lorsqu'il y a un risque que des solides fins se déposent et tendent à colmater le bain fixe. REVENDICATIONS 1 - Procédé de traitement d'un effluent biodégradable, caractérisé en ce qu'il comprend les phases de traitement anaérobique de l'effluent de manière à réduire la DBO de celui-ci et à produire un gaz contenant du méthane, de recueil du gaz contenant du méthane et ensuite d'oxydation catalytique de la liqueur qui a subi le traitement anaérobique. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend la phase d'enlèvement de solides de l'effluent traité de manière anaérobique avant la phase d'oxydation catalytique. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la phase d'enlèvement de solides est réalisée par filtration en utilisant un filtre-presse pour produire un gâteau de solides. 4 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la phase dtenlèvement de solides comprend le passage de l'effluent dans un clarificateur pour enlever les solides, puis le passage des solides dans un filtre-presse pour enlever tout reste de liqueur et pour produire un gâteau de filtre, et l'addition de la liqueur enlevée du filtre-presse à la partie principale de lteffluent. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'effluent traité de manière anaérobique est, après clarification, traité chimiquement pour coaguler toute matière coagulable, puis soumis à une phase d'enlèvement de la matière coagulée avant autre oxydé catalytiquement. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la phase d'enlèvement de la matière coagulée-est réalisée par électroflottation. 7 - Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que ltef- fluent est après passage dans le filtre, soumis à un traitement chimique pour coaguler toute matière coagulable et ensuite soumis à une phase d'enlèvement de la manière coagulée avant d'bure oxydé catalyquement. 8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la phase d'enlèvement de la matière coagulée est réalisée par électroflottation. 9 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz contenant du méthane est utilisé comme source d'énergie dans le procédé. 10 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le gaz contenant du méthane est utilisé pour maintenir l'effluent en cours de traitement anaérobique à la température voulue. 11 - Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que le gaz contenant du méthane est utilisé pour la production d'électricité. 12 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase d'oxydation catalytique est réalisée dans un réacteur à ozonisation en phase liquide.