Brevet FR2632808A1 — publié le 19891222

Les élevages porçin, ovin et bovin industrialisés, ainsi que certains élevages d'animaux à fourrure tels que les visons, posent des problèmes d'élimination d'effluents d'autant plus difficiles à résoudre que les élevages prennent de l'importance en nombre de têtes. La présente invention propose une solution originale pour assurer l'élimination de la pollution par les lisiers. La présente invention assure la désodorisation, la précipitation des particules solides, l'élimination des mucilages et elle se traduit par une diminution importante de la demande chimique en oxygène. Le rejet dans le milieu naturel de la partie aqueuse des effluents traités selon la présente invention devient possible car elle est stérile, limpide, inodore et pauvre en matières organiques fermentescibles. Il est connu de traiter les lisiers par fermentation biologique aérobie pour assurer l'oxydation des combinaisons sulfurées nauséabondes. Il est également connu de traiter les lisiers en milieu anaérobie pour assurer la production de biogaz. Ces opérations sont effectuées dans des installations analogues à celles utilisées pour les eaux vannes et les déchets urbains. Il est également connu de traiter les déchets fermentescibles et nauséabonds à l'aide d'agents oxydants, eau oxygénée, hypochlorites et même oxydes d'azote. Les brevets français n07590692 du 23 Nov. 1933 et 784196 du 15 Janvier 1935 décrivent l'action des oxydes de l'azote sur les matières hydrocarbonées humides en présence de minerais phosphatés. Il en est de même pour le brevet britannique n0 424 260 en date du 18 fév. 1935 qui décrit un procédé de fabrication d'engrais phosphaté par attaque de déchets organiques et de phosphate nature moulu. (demande de brevet français n0 74 35202 en date du 18-oct. 1974.) Le brevet français n0 501 668 en date du 16 juillet 1919 signale la possibilité de stériliser les gadoues des villes à l'aide de gaz contenant des gaz nitreux; le brevet français n0 76 135 en date du 30 avril 1976 préconise l'addition d'acides "oxygénés H2SO4, - H3 PO4 et HNO3 aux matières organiques et minérales destinées à la préparation du compost. Celui-ci résultant d'une fermentation aérobie du mélange ainsi acidifié. Le brevet français no 1 332 433 en date du 4 Juin 1963 mentionne la destruction des composés putrides contenus dans les ordures ménagères à l'aide de gaz contenant des oxydes de l'azote.La demande de brevet français no 2 574 390 en date du12 décembre 1984 ajoute à la fonction stérilisante et désodorisante des oxydes de l'azote celle de solubiliser des phosphates ajoutés au compost. Tous ces brevets concernent le traitement de produits solides et ,à la rigueur, humidifiés. La présente invention concerne le traitement d'effluents liquides contenant moins de 20% de matières sèches en suspension Les brevets précédemment cités ont pour but la préparation d'engrais ou de composts La présente invention a pour but la destruction des combinaisons -polluantes contenues dans certains effluents de 'afro industrie. Ces effluents sont particulièrement polluants et ne peuvent être stockés sans gène pour le voisinage du fait de leur odeur pestilentielle. La présente invention apporte une solution au problème de l'odeur en désodorisant 'effluent en continu, au fur et à mesure de sa production. La présente invention permet donc le stockage de ces effluents dans le but d'un traitement ou d'une utilisation ultérieure sans gène pour le voisinage. La présente invention assure une séparation efficace des parties en suspension car, grâce à un traitement par les oxydes d'azote combiné à un apport de sels on obtient la floculation des mucilages et une excellente coagulation des boues. Ces boues, désodorisées et stérilisées par le traitement conforme à la présente invention peuvent être utilisées comme amendement agricole après addition éventuelle d'éléments minéraux destinés à en améliorer le. pouvoir fertilisant. Elles peuvent être traitées selon le procédé décrit dans lea demande de brevet français nt 84 18966 en date du t2 déc. 1984 par des oxydes d'azote en présence de phosphates naturels dans le but de préparer un engrais organominéral nitro-phosphaté. Ces boues peuvent également être traitées dans des générateurs de biogaz dans le but de récupérer du méthane.Le traitement des effluents selon la présente invention présente en effet l'avantage de détruire en totalité ou en quasi totalité les composés pharmaceutiques et vétérinaires tels que les résidus hormonaux et surtout les antibiotiques. L'expérience montre que les élevages industriels se protègent contre les épizooties par l'usage massif d'antibiotique;, ces produits se retrouvent en très grande quantité dans les effluents et gènent les fermentations aérobies et anaérobies, retardant souvent de façon très importante la destruction biologique des constituants organiques polluants. L'effluent clarifié, qui ne contient plus qu'une faible quantité de matière organique dissoute, constituée essentiellemnt par des sucres, a une demande chimique en oxygène très faible comparée à celle de l'effluent de départ. Il est, de plus,débarrassé d'une grande partie des phosphates solubles et des composés azotés uréiques et ammoniacaux. Il est alors possible de le rejeter sans dommage pour l'environnement dans le milieu naturel. La présente invention concerne l'utilisation des oxydes d'azote comme "catalyseur d'oxydation, de floculation et comme agent bactéricide. La présente invention concerne l'utilisation de très faibles quantité de ces oxydes, quantités pouvant être générées dans un appareillage de faible dimention, facile à transporter et à installer.ll est en effet apparu, lors des recherches effectuées par les inventeurs, qu'il n'était pas nécessaire d'utiliser des quantités très importantes de gaz nitreux pour assurer le traitement des lisiers. Utilisés en faible proportion en mélange avec de l'air, les oxydes d'azote générés par oxydation catalytique de l'ammoniac, activent l'oxygène de l'air et le rendent agressif à l'égard des combinaisons organiques et minérales contenues dans les lisiers. Un traitement des lisiers bruts par des poids d'azote de l'ordre de 100 ppm assure déjà une désodorisation momentanée très efficace. Contrairement aux procédés antérieurement décrits, point n'est besoin d'assurer l'oxydation, la stérilisation par le seul effet de l'oxygène combiné à l'azote. la présence de très faibles proportions d'oxydes actifs dans un milieu contenant près de 18% d'oxygène atmosphèrique est suffisante pour assurer un traitement complet des déchets organiques les plus nauséabonds, de les désodoriser, de les stériliser et d'assurer la floculation. De plus la présente invention peut être orientée, en fonction du but recherché, soit sur la préparation d'un effluent clair, très pauvre en éléments capables de provoquer l'eutrophisation, soit pour la préparation d'un effluents fertilisant destiné à l'épandage sur les cultures. Description du procédé. Les gaz nitreux sont préparés par oxydation catalytique par de l'air aspiré par un ventilateur, d'ammoniac gazeux venant d'un réservoir dans un micro brûleur catalytique. Les gaz nitreux -obtenus sont dilués 10 à 20 fois dans un volume d'air et mis en contact avec les effluents liquides à traiter. Ce contact peut être assuré par barbottage dans une fosse multicellulaire directement placèe à la sortie du bloc d'élevage ou, par pulvérisation dans une colonne à plateaux . Ce traitement immédiat du lisier, avant tout stockage, présente plusieurs avantages: il assure une décontamination et la désodorisation, il accroit la vitesse de sédimentation des éléments solides. Il assure la destruction ou la coagulation de la plus grande partie des substances colloïdales, génératrices de mousses persistantes, et il abaisse le taux de phosphates solubles. L'oxydation est très rapide et l'odeur nauséabonde disparait avant même que le pH de la matière à traiter n'ait commencé à baisser. Utilisés pour traiter des lisiers bruts et alcalins, -les oxydes d'azote appauvrissent ceux ci en azote ammoniacal et uréique par décomposition simultanée des nitrites formés, en azote moléculâire. en eau et en anhydride carbonique provenent de l'urée. Cet appauvrissement en azote sera recherché lorsque les effluents clarifies devront être rejetés dans le milieu naturel. Cet appauvrissement permettra de diminuer l'eutrophisation des cours d'eau recevant les effluents. Il est toutefois possible de neutraliser l'alcalinité libre du lisier avec un acide minéral bon marché (hot, H2S04) et ne laissant pas de résidus polluants ou générateurs d'eutrophisation La quantité d'acide nécessaire à la neutralisation est de l'ordre de 5 à 8kg HCI par tonnes de lisier L 'augmentation de la concentration saline de 'effluent clarifié qui en résulte reste trop faible pour pouvoir être condidérée comme polluante, mais dans ce cas, la destruction des combinaisons azotées, uréiques ammoniacales et aminées est moins rapide et on utilisera cette façon de procéder si les lisiers doivent être répandus sur des cultures. Les effluents traités et épaissis par décantation naturelle, peuvent être mélangés à des pailles ou tout autre déchet organique absorbant, sciure, tourbe, tourteaux, glumes de céréales,.etc.. de manière à préparer un compost à usage maraicher. Cette fabrication de compost sera effectuée après addition de micro organismes thermophiles selon un procédé connu. La stérilisation subie par les effluents,à la sortie du bloc d'élevage, assure une parfaite stérilité du produit et l'absence de tout germe pathogène. Il faut noter ici que la présente invention, en évitant l'accumulation de quantités importantes d'effluents qui pourraient contenir des germes pathogènes protège les élevages contre les épizooties. La solution qui consiste à mélanger les effluents traités avec de la paille sera choisie pour les élevages de faible importance (exemple 1), en particulier pour les élevages combinés avec des fermes céréalfêres. La présente invention apporte également une solution au traitement des élevages industriels qui atteignent fréquemment aujourd'hui 50.000 têtes et qui arrivent même à 250.000 stalles pour porcins. De tels élevages sont, dans les conditions actuelles de traitement des effluents, extrèmement polluants et peuvent provoquer de vraies catastrophes écologiques. Un élevage de 200.000 porcs produit 83 m3 à l'heure de lisier soit 2.000 m3 par jour. Les installations de traitement les plus efficaces, existant actuellement, n'arrivent à enlever que le tiers des matières polluantes contenues dans ces effluents. La présente invention consiste à traiter les effluents immédiatement au fur et à mesure de leur production (exemple 2) dans une colonne comportant trois ou quatre# étages de traitement. Dans cette colonne, le lisier est pulvérisé dans la partie supérieure- par une pompe et recueilli dans le plateau situé au dessous de la colonne. Il est repris par la pompe de ce plateau et recyclé par pulvérisation. On maintient ainsi un brouillard de fines goutelettes de lisier. La quantité de lisier correspondant en volume à l'apport initial déborde plateau par plateau vers le plateau intérieur où il est repris par pompe et pulvérisé au dessous du plateau précédent.L'atmosphère gazeuse est alimentée avec un gaz contenant 0,5% d'oxydes d'azote. Ce gaz est préparé dans le four d'oxydation catalytique à partir de l'ammoniac stocké dans une bouteille et de l'air soufflé par le ventilateur . Le poids d'oxydes d'azote injectés est calculé de manière à amener le pH de la suspension en cours de traitement jusqu'à une valeur voisine de 3. le, lisier recueilli au bas de la colonne est stérilisé et devient inodore ou sent légèrement les acides organiques, il a perdu une grande partie de l'azote ammoniacal et uréique d'origine . Une addition des sels floculants, généralement des sels de cations trivalents, est effectuée en cours de traitement. La colonne de traitement est maintenue en légère dépression grâce au ventilateur. C'est également cette dépression quoi permet l'aspirátion de l'air de dilution . Les gaz rejetés à ratmosphère par le ventilateur d'extraction ont perdu toute odeur nauséabonde car ils ont suivi toutes les phases du traitement en traversant la colonne en cocourant avec les matières à traiter. Lorsque l'on souhaite rejeter les effluents clarifiés (exemple 2), la partie fluide est mise à décanter Le système de décantation peut être statique ou dynamique. Dans le système statique, le lisier traité est amené dans un volume de décantation constitué par plusieurs bassins placés en série et d'un volume suffisant pour que la totalité des boues aient le temps de décanter. Le traitement du lisier par la présente invention permet de raccourcir la durée de la décantation. Généralement au bout de 48 heures une phase limpide apparait. Cette rapidité de décantation permet un traitement avec des volumes d'appareillage relativement réduits. La partie laird peut, si les règles de l'environnement l'exigent. subir un traitement biologique aérobie par lagunage après ensemencement avec des ferments sélectionnés: saccharomyces, levures, etc.., avec oxygènation mécanique suivi d'un lagunage avec végétation aquatique. Elle sera ensuite rejetée en milieu naturel où elle n'occasionnera qu'une augmentation tolérable de la DBO. La décantation mécanique utilisera des épaississeurs centrifuges qui laisseront s'écouler un effluent clair. Les boues recueillies, aussi bien dans la séparation mécanique, que dans la séparation par décantation naturelle sont utilisables pour la préparation de composts à usage agricole, horticole et maraicher selon des techniques connues. Exemple 1 (planchel) Un élevage fermier de 250 porcs débite 2500 à 3000 litres par jour de lisier (1). celui ci est traité dans un récipient d'une capacité de 6 m3 constitué par plusieurs cellules placées en série, par bullage d'un mélange gazeux contenant 1% d'oxydes d'azote générés en continu avec un micro brûleur d'ammoniac (5). alimenté en air par le ventilateur (3) et la bouteille d'ammoniac (4). La durée du traitement atteint 24 heures. L'effluent traité est à un pH de 3,5 et il s'avère dépourvu d'odeur et stérile. Les gaz épuisés en oxyde d'azote sont rejetés à l'atmosphère en (6). L'effluent traité est soutiré par gravité ou par pompe. Il est alors mélangé à de la paille hachée #(8) dans un malaxeur à vis (9) et mis en andain-(10)pour subir une fermentation aérobie. La paille hachée est mélangée à une faible quantité de compost résultant d'une opération antérieure de manière à assurer l'ensemencement en ferments.La durée nécessaire à la formation du compost varie avec la température ambiante mais n'excède pas quelques semaines. La fermentation est favorisée par l'aspiration d'air à travers la masse réactionnelle grace à des tuyauteries perforées placées à la partie inférieure de l'andain et mises en dépression à l'aide d'un ventilateur selon un procédé connu. Exemple 2 (planche 2) Un élevage industriel de 50.000 places de porcs et 40.000 bovins produit chaque jours 1000 m3 de lisier contenant en moyenne 4 à 5% de matière sèche. Le lisier recueilli par lavage des parcs est rassemblé dans une fosse (1) d'ou il est pompé (2) à la partie supérieure d'une colonne (7) an maçonnerie revêtue intérieurement de résine époxy. Cette colonne a une dimension de 10 mètres de diamètre et vingt mètres de hauteur. Cette colonne comporte trois étages (8), (10), (12) de traitement constitués par des plateaux comportant des reprises par pompe et des trop pleins. Les pompes, une par étage (9), (11), (13) ont un débit nominal de 300 m3 par heure et pulvérisent le produit par des buses disposées latéralement de manière à assurer une dispersion uniforme de la suspension dans le volume vide. Le produit circule par débordement d'un étage à l'autre. les gaz de traitement, constitués par de l'air additionné d'oxydes d'azotes provenant d'une station continue d'oxydation d'ammoniac comportant: un stock d'ammoniac (4), un ventilateur de soufflage (3), un four à catalyse (5). Ces gaz sont admis a la partie supérieure de la colonne après avoir été additionnés d'air (6) . Les gaz résiduaires, inodores et épuisés en NOx sont rejetés à l'atmosphète par un ventilateur d'extractlon (14). Des sels de cations trivalents fer et alumine sont ajoutés en cours de traitemen; (15) de manière à accélérer la coagulation des mucilages. L' effluent repris par la dernière pompe de recyclage (13) est soutiré en continu et envoyé vers un épaississeur centrifuge (16). La phase épaisse est aspirée par la pompe à boues (17 et envoyée au compostage (20) . La phase claire déborde dans le bac de pieds (18) d'ou la pompe (19) l'envoie dans le milieu naturel. Le poids d'azote nécessaire au traitement de ces eflluents est de 2,5 tonnes par jour. soit moins de 30 grammes par tête de bétail et par jour. ftevenolsstlons 1) Procédé de traitement des lisiers agricoles, caractérisé par le traitement oxydant de ces lisiers à l'aide d'air contenant des quantités d'oxydes d'azote comprises entre 0,1 et 5% en volume de NOx. 2)Procédé selon revendication 1) caractérisé par le fait que les effluents ainsi traités sont désodorisés et débarrassés de leur constituants d'origine pharmaceutique. 3) Procedé selon 1) et 2) caractérisé par le fait que des sels floculants sont ajoutés au cours ou immédiatement après le traitement oxydant. -4) Procédé selon 1), 2) et 3) caractérisé par le fait que les effluents ainsi traités floculent facilement ce qui permet une séparation efficace et rapide de la partie solide et de la partie claire. 5) Procédés selon revendications 1), 2), 3) et 4) caractérisés par le fait que 'effluent clair est appauvri en azote et en composés phosphatés solubles. 6) Procédé selon revendications 1), 2), 3), 4) et 5) caractérisé par le fait que l'effluent clair peut être ensemencé avec des ferments choisis pour accélérer la décomposition aérobie des matières organiques résiduaires. 7) Appareillages permettant le traitement des lisiers selon les revendications 1), 2), 3), 4), 5) et 6) caractérisés par le fait qu'ils utilisent comme activateur d'oxydation des oxydes de l'azote produits par oxydation catalytique de l'ammoniac et dilués dans une quantité suffisante d'air.