Brevet FR2659645A1 — publié le 19910920

"Procédé de dégradation par voie biologique des matières grasses contenues dans des eaux usées" La présente invention concerne un procédé de dégradation par voie biologique de matières grasses telle que des triglycérides contenues dans des eaux usées, par exemple des eaux usées domestiques, destiné à être mis en oeuvre dans le cadre d'une installation d'épuration de ces eaux renfermant un dégraisseur, notamment un dégraisseur aéré permettant de rassembler les matières grasses en surface par flottation et coopérant avec un dispositif d'évacuation des matières grasses surnageant. Il est connu que les eaux usées domestiques transportent en quantité plus ou moins importante des matières grasses qui, par suite de leur faible coefficient de biodégradabilité et de leur capacité à figer en fonction de la température sont à l'origine de nuisances graves tels le colmatage des réseaux ou le développement d'odeurs désagréables pour l'environnement. Pour remédier à ces inconvénients, il est nécessaire de prévoir, dans les installations d'épuration ou en amont de celles-ci, des dispositifs d'élimination des graisses. Parmi ces dispositifs, on peut mentionner de simples bacs à graisses qui sont normalement présents à la sortie de chaque collectivité, ou des dispositifs plus sophistiqués, connus sous le nom de déshuileurs ou dégraisseurs qui sont intégrés aux stations d'épuration. Le rôle de ces derniers dispositifs consiste à créer, dans le flux d'effluent à traiter, une zone de tranquillisation telle que la vitesse ascensionnelle des graisses soit supérieure au débit de l'effluent ; on obtient ainsi la flottation des matières grasses qui peuvent facilement être récupérées grâce à un dispositif d'évacuation qui peut être constitué par un déversoir, ou par des organes de raclage manuel ou mécanique de la surface. Les graisses non éliminées au niveau des dispositifs d-'élimination, notamment des dégraisseurs sont entraînées en aval avec les effluents dans l'installation d'épuration, et sont notamment transférées dans des digesteurs ou dans des bassins d'activation ; l'expérience a montré que la présence de ces graisses crée de nombreux inconvénients : en particulier, elles gênent le transfert d'oxygène dans les bassins d'activation, et ont tendance à générer des "gonflements" dans les boues secondaires, réduisant ainsi le bon fonctionnement de la station d'épuration. Pour remédier aux inconvénients susmentionnés les professionnels du traitement de l'eau équipent leurs installations d'organes de dégraissage le plus efficace possible, et en particulier de dégraisseurs aérés. De tels dégraisseurs sont munis, à leur partie inférieure, d'organes d'aération, susceptible d'insuffler dans les effluents de l'air favorisant-la montée des particules de graisse vers la surface. Les matières grasses surnageant récupérées sont dans un premier temps stockées dans un silo avant enlèvement vers leur destination finale. On utilise classiquement deux grandes voies pour détruire les graisses ainsi récoltées auprès des stations d'épuration. La première de ces voies correspond à la pyrolyse des matières grasses ; celle-ci présente l'inconvénient d'être couteuse, mais, intéresse particulièrement les traiteurs d'eau compte tenu du fait que les graisses on un point de combustion inférieur (PCI) important. La seconde voie, moins élégante que la première, fait appel au stockage en décharge, et présente l'avantage d'être beaucoup moins onéreuse. Toutefois, les matières grasses étant considérées comme fermentescibles, il sera bientôt obligatoire de prévoir un stockage en décharge contrôlée de classe n 1 dont le prix à la tonne est dix fois supérieur à celui d'une décharge classique (classe n 2). On a également envisagé d'autres solutions pour détruire les graisses domestiques stockées dans les silos, telles l'emploi de solvants qui ne permet que le déplacement des problèmes, ou encore la vermiculture qui consiste à transformer les graisses en compost par utilisation de lombrics. Cette dernière méthode reste aléatoire, d'autant plus que les graisses peuvent véhiculer des substances nocives et parfois toxiques pouvant tuer une biomasse trop spécialisée. Pour remédier aux inconvénients susmentionnés, on a eu l'idée, conformément à l'invention, de faire subir aux graisses contenues dans des eaux usées, par exemple des eaux usées domestiques un traitement biologique préalable permettant de les dégrader au moins partiellement, et, en conséquence de diminuer notablement le volume devant être stocké dans des silos. L'invention concerne à cet effet un procédé du type sus-mentionné caractérisé en ce que l'on introduit dans le dégraisseur des bactéries aptes à sécréter des lipases susceptibles de réagir avec les matières grasses contenues dans les eaux usées. La mise au point de ce procédé est basée sur l'analyse préalable des matières grasses urbaines qui sont en majeure partie constituées par des triglycé- rides, c'est-à-dire des dérivés d'un trialcool particulier, le glycérol dont les trois fonctions alcooliques sont estérifiées. La formule générale des triglycérides est la suivante Les radicaux R1, R2 et R3 qui peuvent être identiques ou différents sont des résidus d'acides gras dont la chaîne, plus ou moins longue, peut comporter plus ou moins d'insaturations éthyléniques. Plus le degré de saturation de ces acides gras est élevé, plus ils ont tendance à figer à température ambiante. Conformément à l'invention, on a pensé à traiter ces triglycérides par voie enzymatique, pour les dégrader conformément à l'équation de base de la respiration des bactéries substrat + 02 > biomasse + produits + H20 + CO2. On connaît des bactéries particulières, aptes à sécréter des enzymes de la famille des hydrolases, les lipases, qui sont susceptibles de rompre les liaisons C - O. Toutefois la mise en oeuvre de telles bactéries dans le cadre des stations d'épuration n'est pas sans poser des problèmes, étant donné que l'expérience a montré que les triglycérides ne se dégradent que très lentement, et essentiellement aux interfaces eau-graisse ; leur nature hydrophobe, et les conditions de stockage sont en effet naturellement peu favorables à une disponibilité de l'eau suffisante pour le développement bactérien. Conformément à l'invention, on a cependant pu préalablement vérifier au laboratoire, que, en présence d'eau, et dans certaines conditions de pH et de température, les lipases agissent séquentiellement sur les triglycérides en respectant les étapes suivantes Les acides gras substituant les positions 1 et 3 sont d'abord attaqués. L'acide gras n0 2 prend ensuite la place n0 1. La lipase agit ensuite sur la position n01 CH20H CH2OH On obtient ainsi quatre molécules, à savoir le glycérol CH20H - CHOH - CH20H et trois acides gras libres R1 - C00H, R2 - C00H, R3 - C00H. De par leur nouvel encombrement, les molécules ainsi formées peuvent entrer dans le cycle de KREBS de la manière schématisée par le tableau suivant Triglycéride glycérol acides gras glycolyse oxydation acide pyruvique acétyl Cycle de KREBS On a pensé, conformément à l'invention, que si l'on introduisait des bactéries aptes à sécréter des lipases dans un dégraisseur aéré, l'air insufflé pourrait permettre d'apporter, au sein de l'effluent à traiter, l'oxygène nécessaire à la lyse enzymatique des triglycérides. L'expérience a permis de confirmer cette hypothèse et l'on a pu ainsi obtenir une dégradation efficace des matières grasses, et une large diminution de la quantité de graisses devant être stockée en silo. Suivant une autre caractéristique de 1 invention, et compte tenu du fait que seules les lipases sont actives dans le processus de dégradation des triglycérides, il est avantageux de fixer les bactéries aptes à sécréter ces enzymes sur un matériau à surface spécifique développée. Dans ce but et conformément à l'invention, on choisit de préférence un matériau support présentant des grains d'environ 3 mm de diamètre et développant une surface d'environ 2,5 m2. Les laboratoires SOGEVAL commercialisent sous l'appellation FIXAFLOR (marque déposée) un produit de ce type qui s'est avéré particulièrement avantageux : l'expérience a en effet montré que les bactéries se fixent volontiers dans la multitude de microcavités de ce fixateur, et forment une zooglée active grâce à l'apport d'oxygène du dégraisseur et à la charge nutritive de l'effluent. On a pu par ailleurs vérifier que les bactéries d'un tel support sont non pathogènes et particulièrement résistantes aux inhibiteurs traditionnels des effluents urbains et notamment le chlore, les allyl benzène sulfonate, les hydrocarbures etc... Suivant une autre caractéristique préférentielle de l'invention, on enferme le matériau support dans un sac en une matière imputrescible. On peut avantageusement utiliser à cet effet un sac commercialisé par les laboratoires SOGEVAL sous la dénomination PENDIFLOR (marque déposée) et susceptible de contenir environ 2 kg de FIXAFLOR (marque déposée). L'ensemble ainsi constitué peut facilement être immergé dans les endroits les plus adaptés à un traitement efficace, notamment à proximité de la surface du dégraisseur. Dans le cas particulier d'une installation d'épuration dont le dégraisseur est équipé d'un organe de raclage superficiel entraîné par l'intermédiaire d'un bras d'entraînement, il est avantageux, conformément à l'invention de fixer le matériau support sur le bras d'entraînement. A titre d'exemple, on a testé de manière expérimentale l'efficacité de deux sacs de PENDIFLOR (marque déposée) respectivement chargés de 2 kg de FIXAFLOR (marque déposée) placés de part et d'autre du racleur d'un dégraisseur aéré. Compte tenu du fait que dans de telles conditions, il est difficile de mesurer avec précision les cinétiques enzymatiques, on a choisi, en tant que paramètre représentatif de l'efficacité de la dégradation des matières grasses la fréquence de vidange du silo de stockage des graisses. Or a pu vérifier que, dans les conditions sus-mentionnées, cette fréquence de vidange pouvait être divisée par trois ce qui signifie que le traitement enzymatique a permis de transformer environ 66 % des matières grasses en éléments non polluants, notamment de l'eau et du dioxyde de carbone. Des expériences de même nature ont toujours permis d'obtenir des résultats pratiquement identiques. L'analyse des 33 % de résidus graisseux récoltés et stockés a par ailleurs montré que ceux-ci sont constitués par un amalgame de matières en suspension non grasses mais suffisamment légères pour avoir été mises en flottation par le dégraisseur aéré et de matières grasses réfractaires aux lipase produites par la zooglée du matériau support. Aucune odeur désagréable n'a été constatée, quelque soit la température du milieu. En outre, on pu vérifier que les produits récoltés sont riches en eau, si bien que dans le silo, il y a séparation entre une couche de matière grasse flottante, et une phase aqueuse. Suivant une autre caractéristique de l'invention, on recycle partiellement la phase aqueuse séparée dans le dégraisseur vers la tête de l'installation d'épuration, notamment au niveau du puits de relevage. Cette caractéristique permet d'utiliser au mieux les bactéries toujours en activité mais détachées de la zooglée qui se trouvent dans la phase aqueuse de l'effluent. On a pu constater expérimentalement que la recirculation de la phase aqueuse, par simple gravité ou par pompage permet de dégraisser les organes du puits de relevage (crépines, pompes, poires etc ...) et de diviser par six la fréquence des vidanges du silo de stockage des graisses, ce qui correspond à un rendement de 83 % de la dégradation enzymatique. En conclusion, le procédé qui fait l'objet de l'invention permet, de manière particulièrement simple, et sans besoins supplémentaires d'énergie ou de génie civil de transformer une grande partie des matières grasses présentes dans les eaux usées en éléments non polluants, notamment de l'eau et du dioxyde de carbone. Ce procédé présente en outre l'avantage d'être non destructif et facile à mettre en place ; il est applicable à tous les dégraisseurs des stations d'épuration, mais également à tous les bacs à graisses des collectivités. REVENDICATIONS 1-) Procédé de dégradation par voie biologique de matières grasses telles que des triglycérides contenues dans des eaux usées, par exemple des eaux usées domestiques, destiné à être mis en oeuvre dans le cadre d'une installation d'épuration de ces eaux renfermant un dégraisseur, notamment un dégraisseur aéré permettant de rassembler les matières grasses en surface par flottation, et coopérant avec un dispositif d'évacuation des matières grasses surnageant, procédé caractérisé en ce que l'on introduit dans le dégraisseur des bactéries aptes à sécréter des lipases susceptibles de réagir avec les matières grasses, notamment les triglycérides pour former du glycérol et des acides gras. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fixe les bactéries sur un matériau à surface spécifique développée. 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau support présente des grains d'environ 3 mm de diamètre et développe une surface d'environ 2,5 m2. 4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'on enferme le matériau support dans un sac en une matière imputrescible. 5 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'on immerge le matériau support dans le dégraisseur à proximité de sa surface. 6 ) Procédé selon la revendication 5, destiné à être mis en oeuvre dans le cadre d'une installation d'épuration dont le dégraisseur est équipé d'un organe de raclage superficiel entraîné par l'intermédiaire d'un bras d'entraînement, caractérisé en ce que l'on fixe le matériau support sur le bras d'entraînement. 7 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on recycle partiellement la phase aqueuse séparée dans le dégraisseur vers la tête de l'installation d'épuration.