Brevet FR2680323A1 — publié le 19930219

DISPOSITIF ET PROCEDE D'EPURATION PAR VOIE BIOLOGIQUE DE POLLUANTS GAZEUX La présente invention concerne un dispositif et un procédé d'épuration par voie biologique de fluides polluants de toute nature et de toute origine. La présente invention s'applique, de préférence, à l'élimination de polluants gazeux d'origine organique, comme des solvants ou des mercaptans ou encore à l'élimination de gaz, tels que H2S, S02 ou même, de manière plus générale, à des gaz de formule générique SOx, les polluants gazeux à éliminer étant contenus dans de l'air, ou autres mélanges gazeux. L'invention trouve son application dans le traitement et L'épuration de tous les effluents gazeux résultant directement ou indirectement de procédés de fabrication de type industriel, tels que des résidus de fabrication de fongicides, de pesticides ou d'insecticides et, plus généralement, à L'épuration de tous les produits gazeux résultant de l'industrie chimique. L'invention peut, également, trouver son application en tant que traitement de complément à une première phase ou à un premier dispositif de traitement ou d'épuration par voie biologique d'un polluant gazeux. L'invention utilise les principes généraux bien connus de biotransformation résultant de la mise en contact d'un effluent gazeux contenant des substances organiques dissoutes avec des organismes ou micro-organismes qui se développent, soit en utilisant comme supports nutritifs les substances organiques qu'il convient précisément d'éliminer, soit des organelles cellulaires. Les organismes ou micro-organismes utilisés constituent ce que l'on appelle la biomasse, laquelle peut être constituée de tous types d'organismes cellulaires, tels que des bactéries, des champignons ou des levures, par exemple. Les organelles peuvent être des enzymes fixées par les techniques classiques. Il est déjà bien connu dans l'art antérieur d'avoir recours à une biomasse de transformation fixée sur un support disposé à l'intérieur d'un réacteur. Un dispositif classique de l'art antérieur de ce type est par exemple décrit dans le document FR-A-2 484 447 qui révèle une enceinte contenant une biomasse fixée sur des supports appropriés, solidaires de l'intérieur de l'enceinte. Un tel dispositif est particulièrement conçu pour l'épuration d'effluents liquides, lesquels sont introduits dans la partie supérieure de L'enceinte par l'intermédiaire d'un venturi disposé à l'extérieur de L'enceinte. Le liquide à dépolluer est mélangé à un gaz d'oxygénation débouchant par une conduite au niveau du col du venturi, de manière à former une émulsion phase liquide-phase gazeuse dans le divergent du venturi. L'émulsion ainsi réalisée parvient ensuite à un diffuseur disposé au-dessus du lit de biomasse à partir duquel l'émulsion ou le mélange réalisé s'écoule par ruissellement gravitaire sur le Lit de biomasse qu'il traverse. De nombreux autres dispositifs analogues sont fondés sur le même principe de transfert de masse entre l'effluent et la biomasse. Il doit d'abord être constaté qu'un tel dispositif n'est pas approprié à l'épuration de polluants gazeux pour lesquels des conditions particulières de maintien en vie de la biomasse sont nécessaires pour mener à bien l'opération d'épuration. En effet, dans un tel cas, il est impératif, pour maintenir en vie la biomasse, de saturer l'air avec une humidité relative proche de 100 %, afin de maintenir une quantité d'eau suffisante à la disposition de la biomasse. En dehors de cet aspect spécifique à l'épuration des effluents gazeux, la plupart des dispositifs de l'art antérieur connus, notamment celui décrit dans le brevet FR-A-2 484 447, souffrent d'un inconvénient majeur lié à une maîtrise insuffisante du trajet de l'effluent à épurer à travers le biofiltre. Cette insuffisance de la maîtrise du trajet conduit à un temps de séjour relatif trop bref de l'effluent ou du fluide dans le biofiltre conduisant à une épuration également insuffisante et incomplète du polluant. L'objet de la présente invention vise, en conséquence, à fournir un dispositif et un procédé d'épuration par voie biologique particulièrement adapté à l'épuration d'effluents gazeux dans lesquels le trajet de l'effluent à travers le biofiltre est maîtrisé et le temps de séjour allongé. Un autre objet de l'invention vise à fournir un dispositif d'épuration dans lequel le temps de séjour de l'effluent gazeux est allongé tout en conservant un dispositif de dimensions réduites. Un autre objet de l'invention vise à fournir un dispositif et un procédé d'épuration facilement utilisables et adaptables en aval de procédés et dispositifs primaires d'épuration. Les objectifs assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un dispositif d'épuration par voie biologique de fluides polluants et, notamment, de polluants gazeux comportant - une enceinte de traitement à l'intérieur de laquelle est disposé un biofiltre incluant un support de fixation de biomasse, - des moyens d'alimentation et d'évacuation respectivement du fluide à dépolluer entrant dans l'enceinte et du fluide traité après son passage à travers le biofiltre, caractérisé en ce que l'enceinte est constituée d'un cyclone dans lequel le biofiltre est séparé de la partie tronconique du cyclone par une paroi délimitant avec ladite partie tronconique une chambre d'admission du fluide à dépolluer, s'étendant radialement sous le biofiltre, à partir d'au moins un orifice d'entrée pour les moyens d'alimentation jusqu'à un orifice de sortie annulaire bordant les parois internes du cyclone, de manière à créer un flux d'admission radial et centrifuge dans la chambre. Les objectifs assignés à l'invention sont également atteints à l'aide d'un procédé d'épuration, caractérisé en ce qu'il consiste - à introduire le polluant dans la partie centrale tronconique d'une chambre d'admission séparée du biofiltre, - à créer un flux radial et centrifuge à partir et dans cette chambre, - à imposer au polluant en sortie de chambre, un changement de direction constituant un flux centripète pour faire passer le polluant à travers le biofiltre de manière radiale et centripète, - à récupérer le gaz traité en partie centrale du biofiltre et à l'évacuer. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fiv. 1 montre, selon une coupe transversale longitudinale, un exemple de réalisation d'un dispositif d'épuration conforme à l'invention. La fig. 2 montre une vue en coupe transversale d'un dispositif d'épuration conforme à l'invention, prise suivant la ligne II-II de la fig.1. La fiv 1 montre, selon une vue en coupe transversale longitudinale, un dispositif d'épuration par voie biologique de polluants gazeux comportant une enceinte de traitement 1 dont le corps principal est constitué d'un cyclone 2, d'axe de symétrie x-x', reliée par la zone centrale de sa partie tronconique 3 à des moyens d'alimentation 4 en effluent gazeux à traiter. Dans L'exemple particulier montré à la fig. 1, le moyen d'alimentation 4 est constitué d'un raccord tubulaire 5, coaxial à l'axe x-x', débouchant par sa partie supérieure dans la partie tronconique 3 pour former un orifice d'entrée 6 et relié par sa partie inférieure à une source d'effluent gazeux à épurer, non représentée. Le cyclone 2, de préférence disposé de manière que son axe x-x', s'étendant sensiblement verticalement, est par exemple monté en appui contre un élément support 10 entourant le raccord tubulaire 5. La partie tronconique 3 du cyclone 2 se prolonge à partir de sa limite supérieure par une enveloppe périphérique 8 du cyclone 2. Avantageusement, l'enveloppe 8 est courbe et présente, tel que montré à la fig. 1, ta concavité tournée ou dirigée vers le centre du cyclone, matérialisé par l'axe de symétrie x-x'. La partie supérieure du cyclone est pourvue d'une coiffe supérieure 9 de fermeture. La partie interne inclinée 3b de la partie 3 , délimite, avec une jupe interne de révolution 11, également tronconique, une chambre d'admission 12 pour l'effluent gazeux provenant des moyens d'alimentation 4, à distance constante de cette dernière. La jupe interne 11 s'étend au-dessus et à distance de la face interne de la partie tronconique 3, jusqu'à proximité de l'enveloppe 8 pour ménager un orifice de sortie annulaire 13. La jupe interne 11 est pourvue, dans sa partie centrale s'étendant au-dessus de l'orifice d'entrée 6, d'un perçage 14, de préférence coaxial à L'axe x-x'. La chambre d'admission 12 définit ainsi un volume s'étendant radialement et parallèlement à la face inférieure tronconique du cyclone 2 à partir de l'orifice d'entrée 6, jusqu'à l'orifice de sortie annulaire 13. La chambre d'admission 12 est, avantageusement, pourvue de moyens de guidage et d'inflexion de l'effluent gazeux circulant radialement à partir de l'orifice d'entrée 6. Les moyens de guidage et d'inflexion, destinés à créer un flux tourbillonnaire au moins à la sortie de la chambre 12, sont, de manière préférentielle, constitués par des pales hélicoidales 15 (voir figl 2) fixées par tous moyens appropriés et notamment par soudage. Les pales hélicoSdales 15 sont, de préférence, au nombre de quatre, opposées deux à deux diamètralement, sensiblement par rapport à l'axe x-x' et s'étendant radialement à partir de l'orifice d'entrée 6, jusqu'à l'extrémité de la partie tronconique 3 en bordure de la paroi latérale 8. Les pales 15 constituent, également, avantageusement, les moyens de fixation de la paroi interne 11 dans le volume interne du cyclone 2. Dans L'exemple montré à la fig. 2, les pales hélicoidales définissent ainsi quatre secteurs A11 A2, A3, A4, avantageusement égaux, divisant la chambre d'admission 12. La zone d'entrée de chaque secteur, au voisinage de l'orifice 6, forme une chicane accélérant le flux gazeux et initiant un mouvement tourbillonnaire se transformant au moins à L'orifice de sortie 13 en un flux tourbillonnaire hélicoidal. IL est bien évident qu'à la place des pales hélicoidales 15, d'autres moyens techniques équivalents peuvent être employés, tels qu'une série de chicanes ou de plaques de déflexion. Le cyclone 2 comporte, également, un biofiltre 20 séparé de la partie tronconique 3 par la cloison interne 11 et s'étendant, avantageusement, selon la direction axiale définie par l'axe x-x', à partir de cette dernière jusqu'à la coiffe 9. Le biofiltre 20 est supporté par la paroi interne 11 et présente, en conséquence, une embase 20b inclinée et de forme tronconique Le biofiltre 20 s'étend radialement à partir de L'axe x-x', sensiblement jusqu'à la bordure périphérique de la paroi interne 11 et s'arrête à distance de l'enveloppe 8, de manière à délimiter, entre cette dernière et la paroi terminale 21 du biofiltre, une chambre de déflexion périphérique 22 en forme d'anneau autour du biofiltre 20. La chambre de déflexion 22 est disposée au-dessus de l'orifice de sortie 13, ce dernier débouchant directement ou indirectement par l'intermédiaire de moyens de déflexion centripètes du flux gazeux dans la chambre de déflexion 22. Dans l'exemple montré à la fig. 1, les moyens de déflexion centripète du flux gazeux sont constitués par l'enveloppe 8 du cyclone 2 qui forme ainsi, grâce à sa courbure, des moyens de déflexion centripète prolongeant directement la chambre d'admission 12. Bien évidemment, il est possible d'avoir recours à d'autres moyens de déflexion centripète et de rapporter des plaques déflectrices sur l'enveloppe 8, au-dessus de l'orifice de sortie 13, de manière que la chambre d'admission 12 se prolonge indirectement par les moyens de déflexion. Le biofiltre 20 comporte un puits central 23, de préférence aligné avec l'axe de symétrie x-x' du cyclone 2, ledit puits central 23 étant rendu étanche par une garniture interne 24 s'arrêtant à distance de la coiffe 9 pour constituer un seuil 25 déversoir du fluide gazeux dans le puits central 23 à partir du biofiltre 20. L'extrémité inférieure de la garniture 24 est constituée par un canal d'évacuation 26 coaxial au perçage 14 et débouchant dans une conduite de récupération 27, raccordée au perçage 14. Le puits central 23 est raccordé à des moyens d'évacuation 28 du fluide gazeux, lesdits moyens comportant, avantageusement, une colonne de sortie 29 concentrique au puits central 23, de section inférieure à ce dernier, de manière à ménager un passage d'évacuation annulaire 30 entre la colonne 29 et la garniture 24. La colonne 29 pénètre dans le puits central 23 sur la majeure partie de sa hauteur et est pourvue, de préférence en partie basse, de perçages d'évacuation 31 pour l'effluent gazeux Le procédé d'épuration par voie biologique de polluants gazeux consiste à introduire le polluant, par les moyens d'alimentation 4, selon la flèche f1, dans la chambre d'admission 12 à travers l'orifice d'entrée 6 (flèche f2). Préalablement, une humidité relative proche de 100 % de l'effluent gazeux peut être obtenue en faisant circuler le fluide gazeux à travers une colonne d'eau. Il est également envisageable d'injecter en permanence une certaine quantité d'eau et de nutriments nécessaires au développement de la biomasse en faisant diffuser un brouillard aqueux dans le fluide gazeux, préalablement à son traitement dans le cyclone 2. Selon la solubilité des polluants gazeux dans la phase aqueuse, il est possible d'utiliser un mélange eau-phase organique. Cette phase organique peut être elle-même soluble ou insoluble dans la phase aqueuse. La présence des pales hélicoidales 15 dans la chambre d'admission 12 contribue à créer un flux radial et centrifuge (flèche f3) à partir de cette chambre et à L'orifice de sortie 13. Au sortir de la chambre d'admission 12, le fluide gazeux subit un changement de direction (flèche f4) dans la chambre de déflexion 22 en heurtant la face concave de l'enveloppe 8, laquelle envoie le fluide gazeux, de manière centripète et radiale (flèche f5), en direction de l'axe x-x'. Il est ainsi créé un flux centripète du fluide gazeux, Lequel est conduit à traverser le biofiltre 20, de manière également radiale et centripète. Le fluide gazeux passe, alors, le bandeau annulaire 25, puis dans le puits central 23, après avoir subi une épuration biologique dans le biofiltre 20. Le fluide gazeux traité se déverse selon un flux descendant f6 dans le passage 30, puis pénètre, par l'intermédiaire des perçages 31, dans la colonne de sortie 29 d'où il est évacué (flèche f7) vers l'extérieur. Au cours de sa phase d'évacuation descendante dans le passage 30, les condensats du fluide gazeux peuvent être récupérés et s'écouler par gravité à travers l'orifice 26 dans le canal d'évacuation 27. L'agencement particulier de L'enceinte d'épuration selon l'invention conduit à une maîtrise optimale du trajet du fluide gazeux conduisant à augmenter le temps de séjour du fluide à traiter au sein même du biofiltre, tout en conservant une structure de traitement relativement compacte. Il doit, également, être noté que le réacteur cyclone peut être très aisément converti à la sortie d'un réacteur d'épuration primaire, par l'intermédiaire du raccord tubulaire 5. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'épuration par voie biologique de fluides polluants et, notamment, de polluants gazeux comportant - une enceinte de traitement (1) à l'intérieur de laquelle est disposé un biofiltre (20) incluant un support de fixation de biomasse, - des moyens d'alimentation (4, 5) et d'évacuation (28) respectivement du fluide à dépolluer entrant dans l'enceinte (1) et du fluide traité après son passage à travers le biofiltre (20), caractérisé en ce que l'enceinte (1) est constituée d'un cyclone (2) dans lequel le biofiltre (20) est séparé de la partie tronconique (3) du cyclone (2) par une paroi (11) délimitant avec ladite partie tronconique une chambre d'admission (12) du fluide à dépolluer, s'étendant radialement sous le biofiltre (20), à partir d'au moins un orifice d'entrée (6) pour les moyens d'alimentation (4, 5) jusqu'à un orifice de sortie annulaire (13) bordant les parois internes du cyclone, de manière à créer un flux d'admission radial et centrifuge dans la chambre (12). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre d'admission (12) comporte des moyens de guidage et d'inflexion (15) du flux de fluide, s'étendant de l'orifice d'entrée (6) à l'orifice de sortie et apte à créer un flux d'admission tourbillonnaire 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de guidage et d'inflexion consistent en des pales hélico;dales (15). 4 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le biofiltre (20) s'étend dans le cyclone (2) à distance de l'enveloppe (8) du cyclone (2), de manière à ménager une chambre de déflexion périphérique (22) dans laquelle débouche l'orifice de sortie (13) de la chambre d'admission (12), laquelle se prolonge dans la chambre de déflexion (22) par des moyens de déflexion centripète (8) du flux pour diriger ce dernier à travers le biofiltre (20) vers les moyens d'évacuation (28). 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé ce que les moyens de déflexion comprennent des plaques déflectrices courbes, constituées, de préférence, par l'enveloppe (8) du cyclone (2), lesquelles présentent leur concavité tournée vers l'axe longitudinal (x-x') du cyclone (2). 6 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le biofiltre (20) comporte un puits central (23) étanche de récupération du fluide traité, ledit puits (23) étant aligné avec l'axe de symétrie (x-x') du cyclone (2) et raccordé aux moyens d'évacuation (28). 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens d'évacuation (28) comportent une colonne de sortie (29) d'air ou de gaz, concentrique au puits central (23), de section inférieure à celle du puits central (23), pénétrant dans ce dernier et débouchant en partie haute du cyclone (2), à l'extérieur. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'évacuation (28) comportent un canal d'évacuation (26) des condensats du fluide traité, ledit canal étant raccordé, en partie basse du puits central (23), à une conduite de récupération (27). 9 - Procédé d'épuration par voie biologique de fluides polluants, et notamment, de polluants gazeux dans lequel on fait passer le polluant à travers une biomasse fixée sur un biofiltre, caractérisé en ce qu'il consiste - à introduire le polluant dans la partie centrale tronconique d'une chambre d'admission séparée du biofiltre, - à créer un flux radial et centrifuge à partir et dans cette chambre, - à impartir au polluant, en sortie de chambre, un changement de direction constituant un flux centripète pour faire passer le polluant à travers le biofiltre de manière radiale et centripète, - à récupérer le gaz traité en partie centrale du biofiltre et à l'évacuer. 10 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il consiste à créer un flux d'admission circulaire hélicoidal. il - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à récupérer le gaz traité dans un puits central d'évacuation et à lui impartir, avant son évacuation en partie haute du puits, un trajet descendant dans le puits pour récupérer les condensats.