Brevet FR2617830A1 — publié le 19890113

L'invention revendiquée concerne l'épuration biolo- gique des eaux résiduaires, et plus précisément un procédé d'épuration biologique visant à débarrasser les eaux résiduaires du méthanol. L'invention trouvera une application dans les entre- prises d'extraction et de traitement du gaz naturel con- tenant du sulfure d'hydrogène. A l'heure actuelle, on connaît la culture de micro- organismes appartenant aux divers groupes physiologiques, 0 réalisable sur des milieux nutritifs contenant du méthanol en qualité de source de carbone. Ainsi, par exemple, on connait un procédé de culture de levures d'espèces différentes sur un milieu contenant du méthanol (V.S. Podgorsky "Fiziologia i metabolizm metanolusvaivajuschikh drozhzhei". Eds. "Naukova dumka", Kiev, 1982). On connaît également la culture des levures, assimilant le méthanol, sur des milieux nutritifs dans la composition desquels entre le liquide résiduaire de cul- ture ("braga") résultant de la production d'hydrolyse des 0 levures ("Acta microbiol. bulg.", 1970, v. 7, pages 49-54). Les procédés nommés de culture des micro-organismes assimilant le méthanol peuvent être utilisés pour l'épura- tion des eaux industrielles résiduaires contenant du méthanol. Ainsi, par exemple, la culture de levure de l'espèce Hansenula polymorpha est réalisée sur des eaux résiduaires contenant du méthanol, résultant de l'extraction et du traitement du gaz naturel contenant du sulfure d'hy- drogène, ce qui donne la possibilité d'épurer le méthanol des eaux résiduaires citées (SU, A, 963960). 0 Conformément à ce procédé, l'épuration des eaux rési- duaires contenant du méthanol est réalisée à l'aide de levures à une température de 36-38 C dans un milieu neutra- lisé par l'acide orthophosphorique jusqu'à un niveau de pH égal à 3,9-4,0 et enrichi en micro-éléments, en sources :5 d'azote et en vitamines. L'épuration des eaux résiduaires par ce procédé connu permet d'obtenir de l'eau ne contenant que des traces de méthanol. Un inconvénient du procédé nommé tient à une consom- mation considérable de l'acide orthophosphorique, des micro éléments et des vitamines, nécessaires pour l'obtention d'un milieu nutritif favorable au développement de la cul- ture d'espèce Hansenula polymorpha.utilisant le méthanol. Ainsi, un volume des eaux résiduaires de 2000 m exige, pou la neutralisation, 3 m3 d'acide orthophosphorique concentré plus de 250 kg de micro-éléments, 3,6 kg de thiamine et g de destibiotine. L'inconvénient du procédé connu tient également à une lente vitesse de dilution de 0,5 1/h: 5 1 0,1 h-2, ce qui exige des volumes considérables des ouvrages d'épuration, vu que le temps de séjour des eaux à épurer dans l'ouvrage d'épuration est de 10 heures. On s'est donc proposé de mettre un procédé d'épuration biologique des eaux résiduaires au point, visant à les libérer du méthanol, dans lequel on utiliserait un micro- organisme grâce auquel le processus d'épuration serait réalisé dans des conditions avantageuses du point de vue économique grâce à l'intensification du processus. La solution consiste en ce que dans le procédé d'épu- ration biologique du méthanol des eaux résiduaires par culture d'un micro-organisme sur des eaux résiduaires préa- lablement neutralisées par l'acide orthophosphorique et enrichies en sources d'azote, jusqu'à l'épuration du métha- nol des eaux résiduaires, conformément à l'invention, en qualité de micro-organisme, on utilise la souche Methylomo- nas metanica B2576, déposée au Musée Central des micro- organismes industriels Vsesojuznogo nauchno-issledovatel- skogo instituta genetiki i selektsii promyshlennykh mikrooi ganizmov (04.07.1982). Grâce à la présente invention, la consommation des réactifs nécessaires pour l'épuration de 1 m3 d'eaux rési- duaires se voit réduite de 12 fois en comparaison avec le procédé d'épuration des eaux connu, à une double intensifi- cation du processus. Il est rationnel, conformément à l'invention, de neutraliser préalablement les eaux résiduaires par l'acide orthophosphorique jusqu'à un pH de 5,5-7,0, et de réaliser la culture du micro-organisme cité à une température de -37 C. D'autre caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description du procédé d'épuration des eaux résiduaires qui va suivre et de plusieurs exemples de la réalisation. Pour réaliser le procédé revendiqué, on effectue l'isolement de la culture assimilant le méthanol. Pour cela, on place le sol pollué par le méthanol dans une colonne en verre vorticale et on fait passer, à traver le sol, l'eau résiduaire contenant le méthanol résultant des champs d'exploitation de gaz, diluée préalablement avec un milieu nutritif jusqu'à une concentration en méthanol de 1 g/l. On utilise un milieu nutritif minéral contenant, en g/dm3: K2HPO4 1,0; MgSO4.7H20: 0,5; NaCl:0, 02 FeSO4.7H20:O,03 NH4N03:0,5; pH=7,0. On augmente graduel- lement la concentration en méthanol du milieu jusqu'à 10,0 g/dm3, en diminuant la dilution de l'eau résiduaire réelle avec le milieu nutritif. On augmente la teneur en méthanol de l'eau résiduaire jusqu'à l'obtention de son utilisation complète de l'eau résiduaire de la dilution précédente. Au stade d'amenée de l'eau résiduaire contenant 10,0 g/dm de méthanol, et en l'absence de ce dernier dans l'eau rési- duaire sortant de la colonne, on effectue l'isolement de la o culture pure de la bactérie par ensemencement du contenu de la colonne sur un milieu nutritif minéral agarisé de la composition susmentionnée contenant 2,0 g/dm3 de méthanol. Dans des conditions stationnaires, la culture consomme le méthanol en plus faibles concentrations que lors de sa :5 culture en écoulement continu. La croissance du micro- organisme sur le milieu contenant 2,0 g/dm3 de méthanol témoigne de son utilisation par la culture, vu que le méthanol est une source de carbone unique. La souche Methylomonas metanica B-2576 se caractérise par les particularités morphologiques et physiolo-biochimi- ques suivantes: les cellules sont droites sous forme de bâtonnet, mobiles, ont un flagelle polaire, gram-négatives, aérobies, se multiplient par division, les dimensions de la cellule sont de 0,6xl mm; les collonnies de couleur rosâtre ou crème sont muqueuses, les dimensions des colo- nies étant de 3-4 mm. La souche indiquée ne se développe pas sur des milieux nutritifs ordinaires du type de l'agar de viande-peptone, elle ne croît que sur des milieux contenant du méthanol. La culture technique isolée Methylomonas metanica B-2576 est déposée au Musée Central promyshlennykh mikroorganizmov Vsesojuznogo nauchnoissledovatelskogo instituta genetiki i selektsii promyshlennykh microorganiz- mov (04.07.1982). Le procédé revendiqué d'épuration biologique du méthanol des eaux résiduaires consiste à neutraliser les eaux résiduaires contenant du méthanol par de l'acide orthophosphorique jusqu'à un pH de 5,5-7,0 et à les enri- chir avec des sources d'azote, en introduisant, par exemple du nitrate d'ammonium. On introduit ensuite, dans les eaux résiduaires, la souche Methylomonas metanica B-2576 et on réalise la culture du micro-organisme cité en maintenant la tempéra- ture au niveau de 20-37 C. Comme il suit des études, la culture du microorganisme indiqué à une température de 20-37 C assure l'utilisation du méthanol par les bactéries jusqu'aux quantités-traces ou l'absence complète du méthano: dans les eaux résiduaires. A une température inférieure à C, le processus d'utilisation du méthanol par le micro- organisme se voit sensiblement ralenti, et pendant 48 heures de culture seulement 450 mg de méthanol sont consom- més par les bactéries dans 1 1 d'eau résiduaire. Aux tempé- raturesau-delà de 37 C, la souche Methylomonas metanica B-2576 ne croît pas et n'utilise pas de méthénol. On neutralise préalablement les eaux résiduaires par l'acide orthophosphorique jusqu'à un pH non inférieur à 5,5, étant donné qu'à un pH plus bas, la croissance et l'utilisation du méthanol par la souche Methylomonas metanica B-2576 sont ralenties. Une faible teneur en alcali des eaux résiduaires (pH supérieur à 7,0) est également défavorable à une consommation complète du méthanol par le micro-organisme cité. Le procédé revendiqué d'épuration biologique des eaux résiduaires permet d'épurer des eaux résiduaires d'une haute concentration en méthanol (5% en poids). Le méthanol est alors entièrement utilisé par les microorga- nismes et on ne le trouve pas dans l'eau épurée ou seule- ment des quantités - traces. Grâce à l'utilisation de la souche Methylomonas metanica B-2576 à la place de la culture de levure du type Hansenula polymorpha utilisée auparavant pour l'épu- ration des eaux résiduaires, le processus d'épuration devient économiquement plus avantageux vu que, premièrement, la consommation de l'acide orthophosphorique pour la neu- tralisation des eaux résiduaires diminue considérablement, non pas jusqu'à une valeur du pH de 3,9-4,0, mais jusqu'à un pH de 5,5-7,0, deuxièmement, la souche Methylomonas metanica B-2576 n'exige absolument pas de vitamines telles que la thiamine et la destiobiotine pour son développement et l'utilisation du méthanol. La réduction du temps de séjour des eaux résiduaires dans l'appareil de purification, en comparaison avec celui utilisé auparavant, permet d'intensifier de deux fois le processus d'épuration. Pendant l'épuration des eaux résiduaires par le procédé revendiqué s'accumule une biomasse bactérienne, contenant plus de 70% de protéine crue, qu'on utilise ensuite pour préparer divers produits protéiques. Exemple I Dans un fermenteur pour une culture continue de micro- organismes, d'une capacité de 5 1, on introduit des eaux résiduaires contenant 50,0 g/dm3 de méthanol,résultant de l'extraction et du traitement de gaz naturel contenant du sulfure d'hydrogène. On introduit ensuite, dans le fermen- teur, de l'acide orthophosphorique à raison de 0,4 ml/dm3 et du nitrate d'ammonium à raison de 150 mg/dm3 On dilue au préalable les eaux résiduaires avec un milieu nutritif synthétique jusqu'à une concentration en méthanol de 10 g/dm3, et on ensemence le fGrmenteur avec la souche Methylomonas metanica B-2576, cultivée dans des fioles d'Erlenmeyer sous secouage sur un milieu nutritif synthétique contenant du méthanol à une centra- tion de 5,0 g/dm On augmente graduellement la concentration en méthanol des eaux résiduaires jusqu'à 50,0 g/dm3, en diminuant sa dilution avec le milieu synthétique. On maintient la con- centration en acide orthophosphorique dans les eaux rési- duaires au niveau de 0,4 ml/dm3 (pH = 6,5). La température des eaux résiduaires est de 30 C. Après obtention de Ia con- centration en souche Methylomonas metanica B-2576 de + g/dm3, on effectue la mise an culture des bactéries dans un écoulement des eaux résiduaires à un coefficient de dilution de 0,2h, ce qui correspond à un temps de séjour des eaux résiduaires à purifier dans le fermenteur égal à 5 heures. Pendant 10 jours de culture continue de la souche Methylomonas metanica B2576 sur les eaux résiduaires conenant le méthanol, la biomasse de microorganismes est maintenue d'une façon stable au niveau de 37+2 g/dm3, ce qui témoigne d'un haut degré d'utilisation du méthanol par les microorganismes. L'eau résiduaire purifiée ne contiel alors le méthanol qu'en concentrations- traces. Exemple 2 On effectue le processus d'épuration des eaux rési- duaires contenant du méthanol d'une façon tout à fait analogue à celle decrite à l'exemple 1. Cependant, on réalise une neutralisation préalable des eaux résiduaires par l'acide orthophosphorique jusqu'au pH de '5,5. On maintient la température des eaux résiduaires au niveau de 20 C. On entreprend la mise en culture de la souche Methy- lomonas metanica B-2576 en régime periodique à une con- O centration de départ optimale du méthanol de 1 g/dm3. On entreprend le processus d'épuration pendant 48 heures sous agitation vigoureuse. L'eau résiduaire purifiée, 48 heures après la culture, contient 0,002 g/dm3 de méthanol. Exemple 3 On réalise le processus d'épuration des eaux résiduai- res comme à l'exemple 1. Cependant, on effectue une neutra- lisation préalable des eaux résiduaires par l'acide ortho- phosphorique jusqu'au pH = 7,0. On maintient la température O des eaux résiduaires au niveau de 370C. On entreprend la culture de la souche Methylomonas metanica B-2576 en régime periodique à une concentration de départ en méthanol de I g/dm3. On entreprend le processus d'épuration pendant 48 heures sous agitation vigoureuse. L'eau résiduaire purifiée, après 48 heures de culture des micro-organismes cités, ne renferme pas de méthanol. REVENDICATIONS 1. Procédé d'épuration biologique du méthanol dans des eaux résiduaires par culture d'un micro-organisme sur lesdites eaux résiduaires, neutralisées préalablement par l'acide orthophosphorique et enrichies en sources d'azote jusqu'à leur épuration du méthanol, caractérisé en ce qu'à titre de micro-organisme, on utilise la sou- che Methylomonas metanica B-2576, déposée au Musée Central des micro-organismes industriels Vsesojuznogo nauchno- issledovatelskogo instituta genetiki i selektsii promysh- lennykh mikroorganizmov. 2. Procédé selon la revendicaton 1, caractérisé en ce qu'on neutralise préalablement les eaux résiduaires à l'acide orthophosphorique jusqu'à pH de 5,5-7,0. 3. Procédé selon.l'une quelconque des revendications i ou 2 caractérisé en ce qu'on réalise la culture de la souche Methylomonas metanica B-2576 à une température de 20-37 C.