Brevet FR2669916A1 — publié le 19920605

L' invention concerne un procédé de dégradation biologique des graisses et déchets graisseux, notamment des graisses séparées d'eaux usées avant leur traitement par des boues activées. Les graisses et déchets graisseux représentent une part importante de la composition des eaux usées de toutes origines, de l'ordre de 10 à 40% de la demande chimique en oxygène (DCC? totale, et même plus lorsque les eaux usées proviennent directement d'abattoirs ou de l'industrie alimentaire. Ces graisses qui sont exprimées généralement en matières extractibles à l'hexane (MET) 0ont mal dégradées par le traitement par boues activées, étape essentielle de l'épuration des eaux usées, et pour éviter qu'elles ne s'accumulent dans les boues activées en nuisant à l'activité et au post-traitement de cellesci, les graisses sont séparées des eaux usées dans un dégraisseur et déversées dans un bac à graisses où on les laisse s'accumuler.Lorsque le bac est plein, il est vidangé et les graisses durcies sont déversées dans des décharges. Il est évident qu'une telle solution bien que peu coûteuse n'est pas satisfaisante et tend à être interdite par les réglementations. Par ailleurs, il s'avère que les eaux usées rejetées contiennent encore une quantité importante, pouvant aller jusqu'à 40% de la DCC totale, de graisses non éliminées difficilement biodégradables. Il a été suggéré de dégrader les graisses en utilisant des bactéries lyophilisées. Des essais effectués avec des produits actuellement disponibles dans le commerce donnent effectivement de bons résultats mais leur emploi augmente l'investissement (stockage et distribution des produits) et le coût d'exploitation Cprix des produits). Un article de Ting-Chi Hsu et al paru dans Biotechnology and Bioengineering, Vol XXV, p. 1829-1839 (1983) traite de la cinétique de la dégradation de l'huile d'olive dans les boues activées, l'huile d'olive étant utilisée en laboratoire comme représentant des graisses des eaux usées. La conclusion en est que l'huile d'olive est dégradée par les boues activées plus lentement que les autres produits presents dans les eaux usées, ce qui explique les ennuis que provoque la présence de graisses au cours de l'épuration des eaux usées, et la faible efficacité du traitement vis-à-vis d'elles. Par ailleurs les graisses et déchets graisseux de diverses origines, et notamment dans l'industrie alimentaire, posent des problèmes similaires quant à leur rejet soit dans des décharges soit dans les eaux usées. L'invention fournit un procédé de dégradation biologique de graisses et déchets graisseux, caractérisé en ce qu'on introduit les graisses dans une cuve de dégradation en présence de boues activées en milieu aqueux, on injecte de l'air de manière à satisfaire la plus élevée des deux valeurs suivantes: apport d'oxygène correspondant à la DCC et brassage correspondant à un gradient de vitesse minimum de 100 s-l, on ajoute du phosphore et de l'azote pour maintenir à au moins 5/1 le rapport azote/phosphore en parties pour 100 parties de carbone organique tout en maintenant le pH entre 6,5 et 8,5 et de préférence entre 7 et 7,5, et on retire de la cuve un produit à teneur en graisses réduite. Les boues activées introduites dans la cuve de dégradation sont soit des boues activées provenant du traitement d'eaux usées dégraissées soit les boues activées obtenues dans une cuve de dégradation lors du procédé de dégradation biologique des graisses et déchets graisseux selon l'invention (boues acclimatées). Dans l'application particulière aux graisses et déchets graisseux provenant des eaux usées, le procédé comprend les étapes suivantes : on sépare de façon connue les déchets graisseux des eaux usées avant le traitement de celles-ci par des boues activées, on les envoie dans une cuve de dégradation contenant des boues activées (soit directement, soit en transitant par un bac à graisses d'où elles sont reprises avec de l'eau), on injecte de l'air de manière à satisfaire la plus élevée des deux valeurs suivantes :: apport d'oxygène correspondant à la DCO et brassage correspondant à un gradient de vitesse minimum de 100 s-l, on ajoute du phosphore et de l'azote pour maintenir à au moins 5/1 le rapport azote/phosphore en parties pour 100 parties de carbone organique tout en maintenant le pH entre 6,5 et 8,5 et de préférence entre 7 et 7,5, et on retire de la cuve un produit à teneur réduite en graisses. Celui-ci est envoyé à l'étape normale de traitement des eaux usées par des boues activées ou renvoyé en tête de l'installation. Selon le temps de séjour dans la cuve de dégradation, la réduction de la teneur en graisses peut être partielle, auquel cas l'élimination des graisses se poursuit lors du traitement ultérieur par les boues activées, ou pratiquement totale. Par ailleurs l'alimentation de la cuve de dégradation et 11 enlèvement du produit peuvent être effectués en semi-continu avec arrêt périodique de l'agitation, décantation et enlèvement d'une partie du surnageant ou en continu avec enlèvement d'un mélange d'eau et de boues activées acclimatées, en veillant à assurer le temps de séjour approprié. Ce mélange peut donc être décanté pour recycler une partie des boues activées acclimatées et assurer le temps de séjour nécessaire des boues dans la cuve de dégradation, temps qui peut être supérieur au temps de séjour de l'eau. L'invention sera mieux comprise d'après la description des expériences effectuées sur l'application particulière aux eaux usées, de façon non limitative, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une représentation schématique du procédé selon l'invention et la figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif de mise en oeuvre. Les eaux usées sont introduites après dégrillage (filtration sur grille) dans un dégraisseur 1 où, sous l'action de fines bulles d'air, les graisses 2 se rassemblent à la surface et sont déversées dans un bac à graisses 3 où elles forment progressivement un gâteau 4 dur au fond du bac. Une partie de ce gâteau est prélevée, en fond de bac avec injection d'eau pour remise en suspension, et envoyée par la pompe 5 dans une cuve de dégradation 6. Le bac à graisses 3 a été utilisé pour faciliter la réalisation des travaux à l'échelle expérimentale. Il est bien entendu que, dans une installation industrielle, les graisses 2 rassemblées à la surface du dégraisseur 1 peuvent être déversées directement dans la cuve de dégradation 6, le bac intermédiaire 3 et la pompe 5 n'étant alors plus nécessaires. La cuve 6 contient des boues activées en proportion variable de l'ordre de 10% à 40%. Le démarrage de la dégradation est d'autant plus rapide que cette proportion est élevée, lorsque les boues activées utilisées n'ont pas été acclimatées sur des graisses. Une soufflante 7 fournit de l'air à un dispositif d'aération 8. Un dispositif doseur (non représenté) permet l'introduction d'azote et de phosphore. Enfin un dispositif de régulation du pH permet de maintenir celui-ci entre 6,5 et 8,5 et de préférence entre 7 et 7,5. Les eaux usées utilisées pour l'expérience présentaient initialement les caractéristiques suivantes Tableau I Tableau i DCO totale Bilan des graisses (mgXl? (mg/l) ( % DC0* Eau brute 883 70 20 Eau traitée 65 5,2 20 Boues activées 2761 170 15 Bac à graisses 37 000 10 800 73 Gâteau 214 000 74 500 87 * 1 g MEH = 2,5 g DCO On voit que, si la DCC de l'eau traitée a baissé, elle provient encore pour 20% des graisses qui n'ont pas été éliminées par le dégraissage et le traitement par les boues activées, et qui s'accumulent alors dans les boues en excès. Le gâteau accumulé au fond du bac à graisses pose des problèmes de rejet en raison de sa DCO très importante et de ses difficultés de biodégradation. Une expérience a été réalisée en pilote sur ces eaux usées en utilisant une installation telle que représentée à la figure 2, avec une cuve de dégradation d'une capacité de 1 m3. L'aération a été calculée pour une DCC de 40 000 à 60 000 mg/l, ce qui correspond à un gradient de vitesse de l'ordre de 300 s-' et provoque une forte agitation. il a été constaté que l'aération doit correspondre à la DCO présente. Par contre, si la DCC est relativement faible, l'aération doit cependant assurer un gradient de vitesse d'au moins 100 s-' et on pourra être amené à utiliser une aération bien supérieure à celle correspondant a la DCC dans ce but d'agitation. Il est nécessaire d'ajouter du phosphore et de l'azote, car les graisses n'en contiennent pas ou insuffisamment pour maintenir l'activité biologique des bactéries, contrairement à ce qui se passe dans des boues activées classiques où les quantités d'azote et de phosphore présentes dans les eaux usées conviennent. Cet ajout de phosphore et d'azote est déterminé pour maintenir le rapport C/N/P à au moins 100/5/1. L'expérience a été effectuée en semi-continu, c'està-dire qu'après la mise en route de l'installation (acclimatation des boues activées d'environ 2 à 3 semaines), les graisses ont alors été introduites à des intervalles de 2-3 jours avec enlèvement simultané après décantation du surnageant d'eau traitée en quantité équivalente. Pendant l'expérience, le pH a été maintenu à une valeur neutre ou faiblement alcaline (pH de 7 à 7,5). Des valeurs allant de 6,5 à 8,5 ne modifient que faiblement l'activité des bactéries. Parallèlement, des expériences pilotes ont été menées avec utilisation de bactéries lyophilisées dans les conditions d'aération préconisées par le fabricant, avec deux produits du commerce n 1 et n 2. Les résultats obtenus sont réunis dans le Tableau Il suivant Tableau Il Produit 1 Produit 2 INVENTION Entrée Sortie Entrée Sortie Entrée Sortie ICO gfl 34,3 12,3 39,4 4,8 39,4 2,69 % d'élimination 64,2 87,8 93,2 MEH g/i 12,6 2,7 9,93 0,14 9,93 0,28 % d'élimination 76,4 98,6 97,1 Matiéres solides (g/l) 14,0 5,9 16,1 2,45 16,1 0,85 matières volatiles (%) 87,3 89,4 88,5 84,3 88,0 83,6 Le temps de séjour moyen des graisses dans la cuve de dégradation a été de l'ordre de 10 jours en régime innaaira. On constate qu'en utilisant le procédé selon 1'invention, plus de 95% des graisses sont éliminées, avec une diminution concomittante de la DCC et de la teneur en matières solides.Le surnageant d'eau traitée peut être envoyé soit au traitement par les boues activées (trait plein sur la figure 1) ou en tête d'installation (trait interrompu sur la figure 1). Une quantité convenable des boues activées acclimatées doit être enlevée périodiquement pour purger la cuve de dégradation. Une partie de ces boues activées peut être envoyée en tète d'installation, avant dégraissage, et le restant est envoyé à un traitement des eaux usées par boues activées. Des essais ont montré que la dégradation des graisses peut se faire en continu, une fois l'installation mise en route, en veillant à établir un temps de séjour suffisant dans la cuve de dégradation et en prélevant un mélange d'eau et de biomasse (boues activées acclimatées). Ce mélange peut être envoyé en totalité à un traitement par boues activées classique des eaux usées être renvoyé en totalité en tête de l'installation être décanté pour séparer de l'eau des boues activées Ccontenant encore une partie de graisses et déchets graisseux) dont une partie est envoyée en tête d'installation, l'excédent étant envoyé au traitement par boues activées des eaux usées être décanté comme précédemment, avec renvoi d'une partie des boues activées décantées dans la cuve de dégradation et envoi de l'excédent au traitement des boues activées des eaux usées. Il est alors possible de réduire le temps de séjour en ne réalisant qu'un traitement partiel des graisses. En effet puisqu'une partie de la biomasse acclimatée aux graisses est retirée de la cuve de dégradation et envoyée dans le bassin de traitement par boues activées, le traitement des graisses se poursuit dans celles-ci. Le temps de séjour dans la cuve peut alors être réduit à moins de 10 jours, avec une élimination d'environ 75% par exemple. Le mélange retiré pouvant aussi être envoyé en partie ~ ou en totalité en tête d'installation, la dégradation commençe alors å se faire dès le dégraissage. Il semble que les résultats inattendus obtenus par utilisation des boues activées pour dégrader les graisses, qui Jusqu'à maintenant s'accumulaient sans dégradation dans la biomasse, soient liés à la combinaison des éléments suivants - l'apport quasi exclusif de graisses aux bactéries qui s'y acclimatent relativement rapidement (2 à 3 semaines), alors que dans les conditions classiques de traitement des eaux usées, les bactéries vivent sur les autres composants et ne s'attaquent pas aux graisses, - une agitation importante qui divise et maintient en suspension les micelles de graisses en donnant ainsi une surface de contact beaucoup plus grande avec les bactéries, dont on sait qu'elles entourent lesdites micelles, - le maintien du pH à une valeur sensiblement constante (de préférence 7 à 7,5) alors que, dans les essais avec des bactéries lyophilisées, on constate des variations relativement importantes, - l'ajout permanent d'azote et de phosphore pour un rapport N/P d'au moins 5/1 en parties pour 100 parties de carbone organique. Le procédé a été décrit pour une station d'épuration des eaux usées, mais peut bien entendu s'appliquer à la dégradation de graisses recueillies d'autres manières (vidange de dégraisseurs, abattoirs,...) par utilisation initiale comme biomasse de boues activées provenant d'une station d'épuration. REVENDICATIONS 1.- Procédé de dégradation biologique de graisses et déchets graisseux, caractérisé en ce qu'on introduit les graisses dans une cuve de dégradation en présence de boues activées en milieu aqueux, on injecte de l'air de manière à satisfaire la plus élevée des deux valeurs suivantes : apport d'oxygène correspondant à la DCC et brassage correspondant à un gradient de vitesse minimum de 100 s-l, on ajoute du phosphore et de l'azote pour maintenir à au moins 5/1 le rapport azote/phosphore en parties pour 100 parties de carbone organique, on maintient le pH entre 6,5 et 8 5, de préférence entre 7 et 7,5 et on retire de la cuve un produit à teneur réduite en graisses. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les boues activées proviennent d'un traitement classique des eaux usées. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les boues activées sont des boues activées acclimatées obtenues dans une cuve de dégradation mettant en oeuvre le procédé selon la revendication 1. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on opère la dégradation en semi-continu, en arrêtant l'agitation périodiquement pour faire décanter le mélange d'eau, de boues et de graisses, en retirant une partie du surnageant et en introduisant une quantité équivalente de graisses à traiter, le temps de séjour moyen des graisses étant calculé pour assurer leur élimination totale. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé en ce que les graisses et déchets graisseux a traiter sont les graisses et déchets graisseux provenant du dégraisseur d'une installation de traitement. d'eaux usées soit directement, soit en transitant par un bac à graisses intermédiaire. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que des boues activées acclimatées sont retirées périodiquement de la cuve et une partie en est envoyée en tête de l'installation, avant le dégraissage des eaux usées. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'excédent des boues activées acclimatées est envoyé au traitement par boues activées des eaux usées. 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on opère la dégradation en continu, en apportant en continu les graisses et déchets graisseux, et en retirant en continu un volume égal d'eaux usées et de boues activées acclimatées. 9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 8, caractérisé en ce que les graisses et déchets graisseux à traiter proviennent du dégraisseur d'une installation de traitement d'eau usées soit directement, soit en transitant par un bac à graisses intermédiaire d'où elles sont reprises par de l'eau pour être envoyées dans la cuve de dégradation. 10.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le mélange d'eaux usées et de boues activées acclimatées, retiré en continu, est envoyé au traitement par boues activées des eaux usées. 11.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le mélange d'eaux usées et de boues activées acclimatées, retiré en continu, est envoyé en tête de l'installation de traitement d'eaux usées. 12.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le mélange d'eaux usées et de boues activées acclimatées, retiré en continu, est décanté, une partie de la biomasse décantée étant envoyée dans la cuve de dégradation des graisses. 13.- Procédé selon la revendication 12 caractérisé en ce que l'excédent de boues activées acclimatées est envoyé au traitement par boues activées des eaux usées.