Brevet FR2672055A1 — publié le 19920731

Produit valorisé des déchets d'eaux grasses provenant des pièges à graisses des circuits d'assainissement, ou des stations d'épuration, son procédé d'obtention et l'installation pour sa mise en oeuvre" La présente invention concerne un produit valorisé des déchets d'eaux grasses provenant des pièges à graisses avant rejet de ces eaux dans les égouts d'assainissement urbains, ou sur les stations d'épuration elles-mêmes. On sait les problèmes que pose l'évacuation des graisses qui s'accumulent dans les pièges à graisses des séparateurs prévus dans les circuits de drainage urbains des eaux grasses. Actuellement la solution la plus généralement adoptée consiste à collecter ces graisses dans ces pièges pour les transporter dans des véhicules destinés à les déverser ensuite sur des décharges. Or, ce mode d'évacuation soulève des problèmes écologiques dûs aux nuisances occasionnées par ces décharges dont la présence est de plus en plus difficilement admise. L'élimination biologique de ces déchets est problématique compte tenu du fait qu'ils sont peu biodégradables sous leur forme physique habituelle. La présente invention résout ce problème et fournit un produit valorisé pouvant être utilisé dans certains domaines industriels et surtout présentant l'intérêt d'avoir acquis un fort caractère de biodégradabilité. Un tel produit se présente sous la forme d'une fine émulsion du type eau dans huile ou du type huile dans eau qui est stable dans le temps, contenant une proportion plus élevée en acides gras saturés qu'en acides gras insaturés, dont la concentration en matières sèches est relativement constante de l'ordre de 40 % à 60 % en poids, et présentant un pouvoir calorifique inférieur de 3000 à 6000 cal/g. La présente invention fournit également un procédé possible pour l'obtention d'un tel produit et l'installation pour la mise en oeuvre de ce procédé lequel procédé consiste à soumettre une eau chargée en graisses à l'action d'une énergie vibratoire du type électrique, mécanique ou acoustique correspondant à une fréquence élevée de l'ordre de 15 à 50 kHz et à recueillir l'émulsion en résultant. Une installation mettant en oeuvre un tel procédé comporte principalement un réacteur, alimenté en continu ou en discontinu muni d'un dispositif générateur de vibrations dans le domaine des fréquences ci-dessus. Avantageusement, un tel dispositif sera choisi parmi les résonateurs acousto-mécaniques puissants également connus sous le nom de sonotrodes. D'autres caractéristiques et les avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui va suivre laquelle se référera à la figure 1 annexée représentant schématiquement une installation possible mettant en oeuvre le procédé en question. La Demanderesse a en effet soumis à l'action d'une sonotrode, de type connu, un générateur de fréquence compris entre 15 et 50 kHz, des échantillons de surgeants graisseux d'origine diverses prélevés dans différents séparateurs de graisses dans les circuits urbains de collecte et de traitement des eaux grasses avant les stations d'épuration. C'est ainsi - que l'échantillon n0 1 correspondait aux eaux grasses d'un foyer de résidence (prélèvement 5 jours après la vidange). Le surnageant gras était un peu clair et assez homogène - que l'échantillon N 2 correspondait aux eaux grasses d'un restaurant de type américain (prélèvement 7 jours après la vidange). Le surnageant était un peu noir et concentré - que l'échantillon N 3 correspondait à un restaurant d'un personnel d'entreprise (prélèvement 13 jours après la vidange). C'était une couche épaisse formée essentiellement d'huiles végétales utilisées dans les fritteuses et une autre couche claire relativement mince rassemblant probablement toutes substances du type fécules - que l'échantillon N 4 correspondait à un restaurant du type américain (prélèvement 22 jours après la vidange).Le surnageant était un peu noir et concentré et - que l'échantillon No 5 correspondait à un restaurant de collège (prélèvement 75 jours après la vidange). C'était une couche de graisse épaisse de couleur jaune. Ces échantillons répondaient aux caractéristiques suivantes TABLEAU 1 Echantillon No 1 No 2 No 3 No 4 No 5 Matières sèches M.S. % 36,6 65,5 93 66,8 70,6 Matières volatiles 95,2 99,3 99,95 - - M.V/M.S % % graisses extractibles/M.S. 68,3 82,9 94,4 84,1 97,1 % acidité oléique oléique 79 45,4 4,2 | 41 25,5 Après l'action de la sonotrode (sonification) on constate tout d'abord une modification de l'aspect physique du milieu qui se présente alors sous l'aspect d'une fine émulsion présentant des dimensions particulaires comprises entre 5 et 20 microns.Ensuite on constate, du point de vue chimique que le % d'acidité oléique est passé pour l'échantillon n0 1 de 79 à 100 pour l'échantillon n0 2 de 45,4 à 46,5 pour l'échantillon n0 4 de 41 à 49 et pour l'échantillon n0 5 de 25,5 à 41,5 Quant à l'échantillon n 3 dont le % d'acidité oléique était de 4,2 ce pourcentage n'a pas beaucoup varié et est donc resté très faible. L'augmentation du pourcentage d'acidité exprimée en acide oléique et les méthodes analytiques utilisées (chromatographie sur couche mince et chromatographie en phase gazeuse) montrent qu'il y aurait eu une transformation chimique des graisses. En effet, la chromatographie sur couche mince permet la séparation et l'identification des composés graisseux des produits analysés matérialisant ainsi l'hydrolyse des liaisons esters. Pour sa part la chromatographie en phase gazeuse permet, en plus de la séparation et de l'identification la quantification des acides gras. L'examen des résultats obtenus sur plaques en chromatographie sur couche mince a ainsi montré que des réactions d'hydrolyse ont eu lieu avec apparition d'acides gras libres tout en ne décelant pas la présence aux côtés des triglycérides de mono ou de diglycérides et l'examen des résultats obtenus en chromatographie en phase gazeuse a montré une transformation des acides indiquant alors que l'action des fréquences utilisées sur le milieu a joué sur les composés qui ont la plus grande insaturation pour les transformer en composés d'insaturation moindre, par exemple un acide en C18 avec double insaturation (acide linoléique) se serait transformé en acide en C18 avec une seule double liaison (acide oléique) alors qu'un acide en C16 avec une seule double liaison se serait transformé en acide palmitique soit de façon schématique : : Outre cette modification de structure moléculaire obtenue sur certains composés l'obtention d'une émulsion de très fine granulométrie présente un double avantage - conférer à l'émulsion un caractère quasi irréversible dans les conditions ambiantes habituelles, ce qui permet de différer le traitement final du produit - dans le cas d'une dégradation biologique postérieure, présenter ce substrat à une échelle dimensionnelle proche de celle des micro-organismes consommateurs et développer ainsi la surface d'attaque du produit d'origine. On constate par ailleurs que sur les cinq échantillons présentant avant sonification les teneurs en matières sèches (M.S) figurant au tableau 2 ci-après, les teneurs en M.S, après sonification, se rapprochent de 50 % avec une variation maximale de plus ou moins 15 % comme le montre ce même Tableau Tableau 2 . Matières sèches en % (M.S %) Echantillon | 1 | 2 | 3 | 4A | 5 Avant 36,6 65,5 93 63 70,6 sonification Après Après 56,6 42,2 63,7 53,3 53 sonification Ces résultats montrent que l'action de la cavitation ultrasonore permet d'obtenir une émulsion stable avec une teneur en M.S relativement peu variable et proche de 50 %. On notera aussi que la sonification des échantillons graisseux permet d'obtenir des produits facilement biodégradables. De même, au cours d'une telle sonification on a constaté l'apparition d'un décantat laiteux. L'étude de la biodégradabilité de ce décantat a été étudiée sur les échantillons 1,2, 4 et 5. Les deux derniers (4,5) ont été dilués cinq fois ce qui a donné un taux de matières sèches égale à 11,1 pour l'échantillon 4 et 11,8 pour l'échantillon 5. Les résultats analytiques ont été les suivants Tableau 3 : Matière organique des décantats Echantillon | 4 | 5 | 1 | 2 DCO. mg/l | 5690 | 8500 l DBO5 mg/l | 3990 | 4600 - - DCO/DBO5 DCO/DBO5 | 1,42 | 1,85 | 2,34 2,17 Ces résultats apparaissent relativement très élevés en comparaison de ceux obtenus avec les eaux usées habituellement traitées qui présentent une DCO de l'ordre de 450 mg/l et une DBO5 de 200 mg/l avec un rapport de 2,3.Les rapports figurant au Tableau 3 ci-dessus montrent bien qu'il s'agit d'un produit facilement biodégradable donc parfaitement admissible en station d'épuration. La biodégradabilité de l'émulsion a également été mise en évidence par mesure de la respiration bactérienne qui consiste à réaliser une série d'expériences sur les bactéries méthanifères des boues digérées formées dans les digesteurs des stations d'épuration. Ce groupement bactérien nécessite un milieu en anoxie et une température assez élevée de l'ordre de 370C pour permettre la fermentation du milieu. Afin de déterminer la concentration optimale du produit pour une production de gaz maximale, sans perturber la croissance bactérienne, on a testé trois concentrations du produit sonifié (1 %, 5 % et 10 %). L'expérience a été conduite de la façon très classique suivante On dispose de deux tubes. Le premier tube contient le mélange du produit et des boues digérées et le second gradué de haut en bas est renversé et couvre le premier tube. Ces deux tubes sont maintenus par un support permettant la translation vers le haut du tube renversé, sans frottement sous l'effet d'une pression de gaz qui pourrait se dégager du premier tube. L'ensemble est immergé dans un bac rempli d'eau ce qui permet de remplir les deux conditions nécessaires pour le bon déroulement de l'expérience - disposer d'un milieu confiné - réaliser sans frottement la montée du second tube renversé coiffant le premier sous l'effet de la pression du gaz se dégageant au dessus de ce dernier. Les courbes faisant l'objet des figures 2A et 2B et 3A et 3B ont été obtenues en portant en abscisses la concentration des graisses sonifiées (GS) en % et en ordonnées la quantité en ml de gaz produit (P.G.). Elles donnent la quantité de gaz produite respectivement après deux jours (fig. 2A et 3A) et après quatre jours (fig 2B et 3B) de contact des boues avec les graisses sonifiées les courbes 1 donnant l'intensité respiratoire des bactéries pour les trois concentrations de 1 %, 5 % et 10 % avec un % de M.S. de 56,6 %, les courbes 2 abe intensité respiratoire pour ces mêmes concentrations avec un % de M.S. de 42,2 % et enfin la courbe 3 cette même intensité respiratoire pour les concentrations de 1 % et 5 % avec un % de M.S. de 63,7 %. L'examen de ces courbes fait alors apparaître - que la production de gaz dans le cas des différentes concentrations dépasse de beaucoup la production de gaz obtenue dans le cas d'un essai témoin (100 % de boue digérée) - que la concentration voisine de 5 % permet généralement la production maximale de gaz ; - que cette concentration de 5 % n'affecte pas l'évolution des bactéries puisqu'elle présente, même après quatre jours de contact la production maximale de gaz (figures 2B et 3B) ; - qu'avec la concentration de 10 % on obtient, après deux jours de contact (figures 2A et 3A) la production maximale de gaz. Mais après quatre jours on note une chute dans la production de gaz (figures 2B, 3B). Ainsi la reproduction bactérienne sera perturbée et ne permettra plus une bonne production de gaz. Des procédés de biodégradation aérobies peuvent également être appliqués aux produits de la sonification avec tout autant de résultat. La forte fragmentation d'un composé aussi fortement biodégradable favorise son assimilation par une biomasse et son caractère homogène permet d'obtenir un mélange intime à celleci. L'action lipolytique est ainsi optimisée et les fragments de molécules en résultant plus facilement consommés. Ainsi de ce qui précède on constate qu'avant sonification les échantillons prélevés des séparateurs présentent une composition très variable avec une forte teneur en matière grasse comprenant des teneurs relativement non négligeables en triglycérides mais qu'après sonification la cavitation ultrasonore permet d'obtenir une émulsion stable facilement biodégradable en station d'épuration. Par ailleurs une telle émulsion présente une teneur en M.S. relativement peu variable se limitant généralement entre 40 et 60 %. Au surplus l'hydrolyse des triglycérides est favorisée sans apparition de mono et/ou diglycérides et la teneur en acides gras à chaînes carbonées longues et insaturées diminue en faveur des acides saturés.L'invention permet ainsi de récupérer un produit nouveau bien émulsionné, stable et présentant des caractéristiques intéressantes parmi lesquelles on notera en particulier le pouvoir calorifique inférieur (PCI) qui est de 2982 cal/g pour le produit provenant de l'échantillon N 1, de 4358 cal/g pour le produit provenant de l'échantillon N 4 et de 6326 cal/g pour le produit provenant de l'échantillon N 5. A titre de comparaison les graisses prélevées sur les stations d'épuration présentent un PCI compris entre 5000 et 6000 cal/g. Ces valeurs intéressantes font alors du produit de l'invention un matériau propice à l'incinération. Tous les résultats donnés ci-dessus résultent d'essais conduits avec une sonotrode générateur de 25 kHz. Des résultats équivalents peuvent être obtenus avec d'autres appareils et/ou d'autres fréquences dans une gamme de 15 à 50 kHz. Ainsi on peut réaliser des installations pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention du type de celle schématisée sur la figure 1. On a représenté sur cette figure un réacteur 1 comportant son générateur de vibrations 2. Ce réacteur est alimenté en continu ou en discontinu par le milieu graisseux à traiter lequel peut provenir d'un bac 4 de préférence muni d'un revêtement calorifugeant 5. Ce bac comporte un élément chauffant 6, un thermomètrethermostat 7 et un agitateur 8. L'alimentation du réacteur 1 peut se faire par tout moyen approprié, un filtre 9 étant prévu à la sortie dudit bac. L'émulsion résultant du traitement dans le réacteur peut être soit totalement, soit partiellement recyclée en 10 si besoin est, le produit désiré étant, lui, soutiré en 11. Il va du reste de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et que toute modification utile pourra y être apportée au niveau des équivalents sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1) Produit valorisé des déchets d'eaux grasses provenant des pièges à graisses des circuits d'assainissement, et stations d'épuration caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'une fine émulsion de dimensions particulaires comprises entre 5 et 20 microns du type eau dans huile ou du type huile dans eau qui est stable dans le temps et biodégradable, contenant une proportion majeure d'acides gras saturés, ayant une concentration en matières sèches relativement constante de l'ordre de 40 à 60 % en poids et présentant un pouvoir calorifique inférieur de 3000 à 6000 Cal/g. 2) Procédé pour l'obtention du produit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre une eau chargée en graisses à l'action d'une énergie vibratoire du type électrique, mécanique ou acoustique correspondant à une fréquence élevée de l'ordre de 15 à 50 kHz et à recueillir l'émulsion en résultant. 3) Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte principalement un réacteur, alimenté en continu ou en discontinu muni d'un dispositif générateur de vibrations dans le domaine des fréquences ci-dessus. 4) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit dispositif générateur est choisi parmi les résonateurs acousto-mécaniques puissants également connus sous le nom de sonotrodes.