Brevet FR2655563A1 — publié le 19910614

PROCEDE POUR LA BIOEPURATION D'EFFLUENTS GAZEUX CHARGES EN PRODUITS POLLUANTS ET PLUS PARTICULIEREMENT EN PRODUITS SOUFRES. La présente invention est relative à la lutte contre la pollution. Elle concerne plus particulièrement un procédé pour l'épuration d'effluents gazeux par dégradation, à l'aide de micro organismes, des produits polluants qu'ils contiennent. Les mauvaises odeurs des rejets effectués dans l'atmosphère sont provoquées par la présence de substances organiques et/ou inorganiques sous forme gazeuse. Elles consistent par exemple en des composés soufrés tels que l'hydrogène sulfuré, les mercaptans ou folle sulfure de carbone, en des composés azotés tels que l'ammoniac, les amines, ou encore en des composés oxygénés tels que les aldéhydes ou les acides. Face à l'insuffisance de la prévention, il est devenu nécessaire de mettre au point des techniques curatives, et de nombreuses recherches ont donc été menées dans ce domaine. A ce jour, on connait plusieurs procédés pour l'épuration d'effluents gazeux, par voie chimique ou biologique. D'une manière générale, le procédé par voie chimique consiste à absorber les effluents gazeux au travers d'un support solide placé dans une colonne appelé garnissage. Dans ce cas, le support est inerte et peut être par exemple élaboré en plastique (polychlorure de vinyle, polyflorure de vinylidène, polypropylène etc...), en métal ou encore en céramique. L'épuration est alors assurée par la circulation d'un liquide de lavage tel que de l'eau sodée ou de l'eau de Javel pour l'hydrogène sulfuré. Il s'agit là d'une décomposition par voie chimique qui consiste en une neutralisation ou en une oxydation. Les inconvénients majeurs de ce procédé sont sa consommation très importante en réactif (soude, etc...), et ses dépenses énergétiques très élevées. L'efficacité de ce procédé est convenable, malheureusement il est très onéreux. De plus, la pollution atmosphérique est éliminée mais une pollution "liquide" est créée de par les eaux évacuées en sortie du dispositif. Elles doivent subir un traitement complexe avant rejet à l'égout. D'autres procédés sont connus et appartiennent au domaine de la bioépuration. Ils se classent en deux catégories selon que le traitement s'effectue en bactéries libres et meme circulantes ou en bactéries fixées sur un support. Dans le premier cas, le procédé est basé sur un transfert gaz/liquide. Il consiste à faire circuler dans une colonne à garnissage inerte un liquide de lavage tel que de l'eau mélangée à une charge en microorganismes (boue activée). La croissance des micro-organismes requiert la présence d'un certain nombre d'éléments tel que carbone, oxygène, azote, hydrogène, phosphate, soufre, etc... Une carence de l'un des éléments constitutifs va, selon son importance, bloquer ou pour le moins ralentir considérablement la croissance et l'activité des micro-organismes. Or, la phase de croissance est essentielle à la bioépuration car elle permet une certaine concentration en biomasse active responsable de la dégradation des produits polluants. En conséquence, le maintien en vie de ces micro-organismes ainsi que leur développement exigent un apport complémentaire de ces éléments en quantité convenable (apport en nutriants) afin de rétablir l'équilibre nécessaire. La colonne est garnie avec un support solide inerte du type décrit précédemment et le liquide de lavage y circule à co- ou contre-courant du gaz à traiter. Ainsi, le polluant étant gazeux et la bioépuration se faisant en présence d'eau, une phase de transfert doit précéder la phase de bioépuration. Dans le procédé décrit ici, c'est le liquide de lavage qui assure le transfert du ou des produits polluants de la phase gazeuse à la phase liquide. Les micro-organismes, quant à eux, assurent la dégradation des produits polluants. Ce procédé à base de bactéries est beaucoup moins onéreux que celui décrit auparavant par voie chimique. Cependant, la consommation en eau reste très importante et le taux d'efficacité est faible et non satisfaisant en cas, notamment, de baisse de la concentration en produits polluants. Ceci représente donc une gène importante pour un fonctionnement en continu. Dans le second cas évoqué précédemment, à savoir le traitement en bactéries fixées sur un support, on connait un procédé qui consiste à employer un lit de tourbe comme support pour les microorganismes. Ce support est disposé sur une grille sous laquelle circule de l'air pollué qui remonte à travers la tourbe et se trouve ainsi épuré. Un dispositif d'arrosage est prévu au dessus dudit support afin de permettre son humidification à des intervalles réguliers ainsi que l'apport en nutriants nécessaire au démarrage mais également pendant toute la durée de l'épuration. Cet apport en nutriants sert à sélectionner des bactéries spécifiques, aptes à dégrader les produits polluants présents, parmi celles contenues (par nature) dans la tourbe et à maintenir l'équilibre -du milieu. Ainsi, le support assure le transfert du ou des produits polluants de la phase gazeuse à la phase solide par adsorption. Les micro-organismes fixés sur la tourbe assurent la dégradation des produits polluants adsorbés. Bien que ce type de support présente l'avantage de posséder en lui-même des bactéries et quelques uns des principaux éléments facilitant la biodégradation, il n'en possède pas suffisamment et on observe malheureusement un phénomène de saturation rapide. Ainsi, un apport en nutriants à des intervalles réguliers permet de retarder la saturation et donc le remplacement du lit de tourbe. Néanmoins, on ne peut utiliser ce procédé que pour la bioépuration d'effluents gazeux faiblement chargés en produits polluants. ~ Pour les fortes charges, il y a rapidement saturation de la tourbe et le rendement d'épuration n'est plus acceptable pour une installation industrielle. L'invention remédie aux inconvénients inhérents aux procédés d'épuration connus jusqu'à présent en proposant l'utilisation d'un support consommable. Un premier objectif de l'invention est de permettre l'épuration d'effluents gazeux avec une excellente efficacité en particulier pour des effluents gazeux très fortement chargés en produits polluants et plus particulièrement en produits soufrés. Un deuxième objectif est de fournir un procédé simple de mise en oeuvre, comportant un nombre minimum de manipulations, et une consommation en énergie réduite. Un troisième objectif consiste en l'obtention de rejets liquides sous une forme facile à traiter, afin de ne pas créer de nouvelle pollution. Un dernier objectif est de fournir un procédé ne nécessitant pas d'appareillage complexe, et présentant un coût d'investissement et d'entretien considérablement réduit. Ces objectifs ainsi que d'autres sont atteints à l'aide d'un procédé pour la bioépuration d'effluents gazeux chargés en produits polluants comportant une étape dans laquelle lesdits effluents gazeux traversent la biomasse fixée sur un support caractérisé en ce que ledit support est consommable au cours de la réaction d'épuration. Selon d'autres caractéristiques de l'invention le support consommable est placé de préférence dans une colonne à garnissage. Il peut être constitué de maërl. Les micro-organismes sont fixés sur ledit support consommable. Il peut stagir d'une souche unique ou d'une culture mixte. Pour les produits soufrés tels que l'hydrogène sulfuré et le sulfure de carbone, l'utilisation de Thiobacillus acidophiles sur support maërl a conduit à des résultats excellents qui vont bien au-delà de ce qu'on aurait pu attendre. En effet, il est apparu que le maërl contient certains des éléments nécessaires au maintien en vie et à la prolifération des bactéries. Toutefois, un apport en nutriants est nécessaire pour assurer l'équilibre du milieu. L'épuration s'effectue avantageusement en milieu acide à l'aide de Thiobacillus Thiooxvdans. Les effluents peuvent traverser le garnissage à co- ou contre-courant par rapport à l'arrosage en eau et en nutriants. Ainsi, les bactéries permettent de dégrader les produits soufrés directement en sulfates avec une excellente efficacité même à des taux de charge trés élevés. Les sulfates sont avantageusement éliminés par un arrossage en eau important. Le support étant lentement consommé par les bactéries au fur et à mesure de l'épuration, cela nécessite des recharges successives qui doivent de préférence être précédées d'un lavage pour éviter un colmatage lié à la présence de fines particules créées par la dégradation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel donné à titre d'exemple indicatif mais non limitatif ainsi que des dessins dans lesquels -- la figure 1 représente schématiquement une installation permettant de réaliser le procédé selon l'invention. - la figure 2 représente des profils d'élimination de H2S en fonction de la hauteur de garnissage. Le procédé conforme à la présente invention s'apparente à la bioépuration par traitement à l'aide de bactéries fixées sur un support capable d'assurer le transfert gaz/solide. Le mode de réalisation préférentiel décrit ci-après s'applique de préférence à l'épuration de produits polluants soufrés tels que l'hydrogène sulfuré et le sulfure de carbone, présents en quantité importante et non constante. La première phase de ce procédé consiste à préparer la biomasse active pour la dégradation des produits soufrés. A cette fin, on sélectionne dans un premier .temps la souche en fonction du type de produits polluants afin de réaliser une dégradation efficace. Comme il a été rappelé en évoquant les procédés de l'art antérieur, les micro-organismes requièrent un certain nombre d'éléments pour croître. La sélection s'effectue donc, d'une manière classique, en plaçant un milieu bactérien contenant les nutriants d'équilibre nécessaires en contact avec le milieu à épurer. Les micro-organismes les plus actifs vont se développer aux dépens des autres puisque le milieu considéré n'assure pas à ces derniers leurs conditions de survie. On obtient ainsi des micro-organismes spécifiques pour les polluants que l'on désire éliminer. Ce milieu peut comprendre une souche unique ou une culture mixte. Dans le cas des produits soufrés, on utilise une culture mixte Thiobacillus, de préférence acidophiles telle que Thiobacillus Thiooxvdans. Par conséquent, dans ltexemple décrit ici, le réservoir 10 contient une solution aqueuse de Thiobacillus Thiooxvdans, faiblement concentrée. Par ailleurs, on introduit un support consommable par exemple dans une colonne à garnissage 1. Mais d'autres dispositifs peuvent être envisagés. Ce support peut-être constitué de maërl. La maërl est un matériau naturel issu de la minéralisation des algues, qui contient principalement des carbonates de calcium et de magnésium mais également des composés phosphorés et des oligoéléments. Les Thiobacillus nécessitent, pour leur maintien en vie et leur croissance, la présence de carbone minéral, d'hydrogène, d'azote, de phosphore etc... en quantité équilibrée. Il est apparu que les bactéries peuvent se fixer sur le maërl et consommer les éléments contenus dans celui-ci pour se développer. C'est pour cette raison que le support est dit consommable. Un apport en nutriants est toutefois nécessaire lors de la phase de démarrage du procédé, et à des intervalles réguliers pour rétablir l'équilibre du milieu nécessaire à la croissance des bactéries, en fonction des éléments apportés par le support et des produits polluants. Les nutriants sont constitués notamment de produits azotés, phosphorés etc... en solution. Pour fixer la biomasse spécifique sur le support 20, il faut effectuer un recyclage pour amorcer la prolifération. L'ensemencement peut s'établir en quelques heures mais on préfère attendre une à deux semaines afin d'obtenir une biomasse efficace pour une installation industrielle. A cette fin, la solution contenant- les Thiobacillus acidophiles 10 est introduite sur le support 20 à l'aide du dispositif d'arrosage 30 comme représenté sur la figure 1 annexée. Les nutriants également contenus dans le réservoir 10, sont acheminés par les lignes 12 et 14 jusqu'au dispositif 30 afin d'arroser le support sur lequel sont fixées les bactéries. Par ailleurs, un faible arrosage à l'eau par la ligne 15 à l'aide du dispositif 30 permet d'assurer une humidification convenable du support, car les bactéries ont également besoin d'eau. Lorsque cette première phase est terminée, on peut procéder à l'épuration des effluents gazeux. Pour ce faire, les effluents gazeux sont introduits dans une colonne 1 par une entrée 5 de façon à traverser le garnissage supportant la biomasse. Deux méthodes sont alors envisageables circulation des effluents gazeux à co ou contre-courant par rapport à l'arrosage en eau et nutriants. La figure 1 illustre la méthode à contre-courant. L'épuration consiste en la dégradation des produits polluants par les bactéries au fur et à mesure du passage des effluents à travers la biomasse. Dans le cas présent, les bactéries Thiobacillus Thiooxvdans maintenues en activité par l'apport en eau et nutriants (arrosage) et en carbone minéral (maërl), oxydent par exemple l'hydrogène sulfuré et le sulfure de carbone en sulfates de calcium et en eau, avec un taux de conversion quasiment total. C'est l'apport en produits polluants qui constitue la source de continuité du procédé. L'efficacité de l'épuration dépend d'un certain nombre de facteurs La hauteur du garnissage supportant la biomasse est déterminée en fonction des dimensions de la colonne mais également de la vitesse de passage des effluents et de leur teneur en-produits soufrés. Elle doit être suffisante pour permettre un transfert gaz/solide convenable avec un temps de c#ontact très court. La dégradation se produit avec des temps de contact de l'ordre de quelques secondes. De plus, elle est pratiquement totale ce qui est tout à fait exceptionnel en ce qui concerne H2S. La figure 2 représente des profils d'épuration en fonction de la hauteur du garnissage pour des effluents gazeux chargés en hydrogène sulfuré à des teneurs de 200 à 800 mg/m3 et circulant à des vitesses de 150 à 350 m/h, dans une colonne de un mètre de hauteur et 55 millimètres de diamètre. On peut remarquer que pour une hauteur de lit dépassant 70 cm de hauteur, on obtient une dégradation quasi complète quelle que soit la concentration en polluants et la vitesse du gaz. Par ailleurs, on sait que les bactéries Thiobacillus peuvent se développer en milieu acide ou neutre. Dans le cas présent, l'épuration s'effectue avantageusement en milieu acide, car elle conduit alors directement aux sulfates. Le pH du milieu peut atteindre 2,5. Un fonctionnement en milieu neutre donne des résultats sensiblement voisins à l'exception de la transformation directe en sulfates ; en effet, on observe alors la formation de soufre. Enfin, la température de la réaction d'épuration optimale se situe à environ 30-35 C. Dans tous les cas, elle ne doit pas excéder 40 C, température maximale à laquelle peuvent résister les bactéries. En conséquence, lorsque la température des effluents issus par exemple d'une synthèse organique est supérieure à 40 C, il est nécessaire de refroidir ces effluents dans un intervalle convenable avant de les introduire dans l'installation d'épuration. Les effluents débarrassés des produits polluants responsables des mauvaises odeurs, s'échappent par l'ouverture 35 située en haut de la colonne 1. La dégradation conduit à des sulfates de calcium faiblement solubles dans l'eau qui nécessitent pour leur évacuation, un apport en eau à fort débit. Cet apport est effectué à l'aide du dispositif 30. Les sulfates issus de la dégradation solubilisés dans l'eau sont recueillis dans un réservoir 45 et évacués par la ligne 50. Lorsque le passage des effluents cesse et donc lorsqu'il n'y a plus d'apport en produits polluants, les bactéries peuvent subsister quelques temps (2 à 3 jours environ) puisque le maërl fournit les éléments nécessaires à leur maintien en vie, à condition que le support reste humide et d'assurer l'apport en nutriants. Le procédé selon l'invention peut donc être utilisé en continu ou en discontinu. L'utilisation d'un garnissage consommable implique des recharges en support consommable 20, toutefois peu fréquentes (plusieurs mois, voire quelques années) puisque la consommation du support est lente. Celle-ci dépend de la quantité d'effluents traités, de la charge en produits polluants, du garnissage etc... Par exemple, 1 m3 de garnissage dure environ 2 à 3 mois pour 150 m3/h d'effluents gazeux. Les recharges sont en général précédées d'un lavage à l'eau à contre courant afin d'éliminer les fines particules créées par la dégradation. Le lavage consiste à injecter de l'eau par l'entrée 60, une sortie 65 pour l'eau de décolmatage étant prévue vers le haut de la colonne 1. Après lavage, il subsiste une certaine quantité'de#Thiobacillus qui suffisent à une nouvelle prolifération à condition de rétablir l'apport en nutriants. Il n'est donc pas indispensable d'ensemencer à nouveau le support après lavage. Toutefois, on peut le réensemencer afin d'écourter le temps nécessaire à la formation de la biomasse. Le procédé selon l'invention permet par exemple d'épurer des effluents gazeux contenant 150 mg/m3 d'hydrogène sulfuré avec des pointes de 700 mg/m3 et contenant 900 mg/m3 de sulfure de carbone avec des pointes pouvant aller jusqu'à 4000 mg/m3. Le rendement d'épuration atteint est de 99% pour H2S et 90% pour CSZ. Cet exemple illustre l'important effet tampon du support consommable qui permet d'absorber les fortes pointes de charge en produits polluants. Le procédé selon l'invention présente des avantages importants par rapport aux procédés de l'art antérieur. En effet, les bactéries peuvent se fixer sur le support consommable et y puisser~.les principaux éléments nécessaires à leur développement et maintien en vie. Le support consommable permet de traiter des effluents fortement chargés en produits polluants et peut également absorber les pointes de charge de par son effet tampon. De plus, l'efficacité de l'épuration est excellente. Thiobacillus est particulièrement efficace dans la dégradation des produits soufrés. Il permet d'éliminer des produits polluants comme le sulfure de carbone non dégradables par les autres procédés connus tel que le procédé sur tourbe. La biooxydation des produits soufrés par ces bactéries mène à des sulfates, ce qui évite la formation-de soufre. De plus, les sulfates de calcium formés7peuvent être évacués par simple solubilisation dans l'eau, donc sans traitement complexe et sans créer une nouvelle pollution. Le procédé selon l'invention ne nécessite pas d'appareillage complexe. Il est de type classique et peut comprendre essentiellement une colonne à garnissage et est donc peut encombrant. On peut également y adjoindre des appareillages de contrôle tels qu'un contrôleur de perte de charge en haut de la colonne 1, un contrôleur de pH et un contrôleur de température. De plus, ce procédé peut être réalisé dans une installation prévue par exemple pour un procédé chimique avec support inerte. En d'autres termes, il est transposable dans des installations déjà existantes. Ceci supprime les frais d'investissement en appareillage. Enfin, le coût d'investissement en appareillage comme en réactif est réduit par rapport aux procédés de l'art antérieur. Mais c'est surtout la réduction du coût d'entretien qui est très avantageuse par rapport au procédé avec lavage chimique qui permet également d'éliminer de fortes concentrations en hydrogène sulfuré. La présente invention trouve une application très intéressante notamment dans l'industrie chimique, les fabriques de laine de verre et l'industrie du papier. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, pour lequel on pourra prévoir d'autres variantes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1) Procédé pour la bioépuration d'effluents gazeux chargés en produits polluants et plus particulièrement en produits soufrés comportant une étape dans laquelle lesdits effluents gazeux traversent la biomasse fixée sur un support caractérisé en ce que ledit support est consommable au cours de la réaction d'épuration. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit support consommable est placé dans une colonne à garnissage. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit support consommable est constitué de maërl. 4) Procédé selon . l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on fixe sur ledit support consommable une souche unique apte à dégrader un ou plusieurs produits polluants contenus dans les effluents traités. 5) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on fixe sur ledit support consommable une culture mixte apte à dégrader un ou plusieurs produits polluants contenus dans les effluents traités. 6) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on utilise une culture mixte de Thiobacillus neutrophiles. 7) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on utilise une culture mixte de Thiobacillus acidophiles. 8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on utilise une culture mixte de Thiobacillus Thiooxvdans en milieu acide pour la bioépuration de produits polluants soufrés. 9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le pH du milieu est égal à 2,5. 10) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le support est humidifié par un faible arrosage en eau. 11) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la biomasse est maintenue active par un apport en nutriants. 12) Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les nutriants contiennent en outre des produits azotés et phosphorés en solution. 13) Procédé selon l'une quelconque des revendications- 10 à 12, caractérisé en ce que les effluents gazeux et l'arrosage circulent à contrecourant. 14) Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que les effluents gazeux et l'arrosage circulent à co-courant. 15) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sulfates de calcium issus de la dégradation des produits polluants soufrés sont éliminés par solubilisation dans l'eau. 16) Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la solubilisation est assurée par un lavage à fort débit. 17) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de décolmatage par lavage à contrecourant avant la recharge en support consommable.