Brevet FR2708923A1 — publié le 19950217

Procédé et dispositif d'élimination continue en circuit fermé des graisses résiduelles organiques, selon le principe de la digestion aérobie. L'invention présentée concerne un procédé et un dispositif (dessin fig. I) destiné à le mettre en oeuvre afin d'eliminer par digestion biologique les graisses résiduelles présentes dans les réseaux urbains ou dans les systèmes destinés à contenir leur dispersion dans l'environnement naturel. Cette invention est caractérisée par la possibilité de son intégration facile dans les ouvrages existants, en y apportant de surcroit un supplément d'efficacité. On connaît le gisement des graisses résiduelles sous la forme d'un effluent boueux, plus ou moins liquide, normalement pompable et dont la phase acqueuse représente en moyenne 80 % de son volume, cet effluent est très fermentescible, générateur d'odeurs genantes, ou emanations toxiques (présence H2S), un pH acide, environ 5 à 6, avec une évolution dans le temps qui tend à augmenter les difficultés de traitement. On peut evaluer approximativement à 25 % du gisement total, les graisses récupérées en station d'épuration qui seront acheminées vers les decharges ou déposantes qui en recoivent déjà 30 % issues des bacs à graisses des collectivités, on peut supposer que le solde se reparti entre l'épandage agricole pour 25 %, l'incinération et le compostage pour 20 %. A l'extérieur des installations d'assainissement, la situation reste également préoccupante, le gisement des déchets organiques graisseux est dispersé, difficilement contrôlable, et représente pour l'environnement une source de nuisances très importante. Bien que les graisses organiques issues des réseaux collecteurs urbains soient partiellement récupérees en station d ' épuration par les dégraisseurs d'entrée, on peut observer des graves dysfonctionnements qui affectent l'efficacité des systèmes d'épuration prévus à cet effet. Ceci, partiellement du aux mauvais rendements des dégraisseurs, en présence d'une surcharge en graisses. Les graisses ont une faculté de dégradation biologique très lente et leur présence permanente dans les réseaux et les dispositifs d'épuration (plus de 50 % ne sont pas retenues) gênent d'une manière considérable le fonctionnement des systèmes de pompage et d'aération, provoquant presque toujours le développement de bactéries filamenteuses (genre NOCARDIA et MICROTHRIX), ces phénomènes dit de wbulking", et 1'envahissement plus ou moins important par des mousses stables, qui vont contrarier la capacité de floculation et de decantation des boues et bloquer les échanges gazeux indispensables à l'épuration. Autour des années 1985, lors de campagnes de recherche, quelques procedes de dégradation biologique, suivis d'installations, ont été expérimentés avec un certain succès. Cependant, à l'époque, l'articulation des phenomènes chimiques et biologiques concernant la dégradation des acides gras, notamment l'hydrolyse restant assez mal perçue, il semble que cette absence d'une explication scientifique claire et précise a fait obstruction au developpement des différents procédés mis en place. Donc, à ce jour, en dehors des traitements biologiques déjà expérimentés, aucune autre technique utilisée, n a pu donner entière satisfaction, notamment parce qu'elle nécessitent toujours des manipulations diverses entrainant nécessairement des charges financières prohibitives en transports, concentrations de produits, mélanges complexes, ou production finale de déchets résiduels gênants. Les graisses représentent environ 10 % de la masse des refus de dégraisseurs, elles contiennent un pourcentage important d'acides gras à longues chaines, 16 à 18 atomes de carbone, difficiles à éliminer dans des délais raisonnables. C'est un mélange complexe de glycérides simples ou mixtes, qui libèrent les acides gras sous l'action biologique des micro-organismes naturellement présents dans le milieu naturel des réseaux urbains, et donc des stations d'épuration, sauf bien entendu si ces bactéries et leur milieu enzymatique se trouvent fragilisés après avoir subi une inhibition ou un empoisonnement de leur milieu. On peut remarquer que les rejets de graisses usagées sont de plus en plus importants et surtout souvent associés à des composés chimiques tels que désinfectants, bactéricides, bactériostatiques détergents, acides, bases, émulsionnants divers. Lorsque le milieu naturel n' est plus protégé, des problèmes graves de dysfonctionnement peuvent alors survenir. C'est pourquoi il faudra réduire, voire éliminer les conséquences de l'impact des chocs toxiques sur la bio-masse, en introduisant les élements d'une nouvelle vie biologique, par un ensemencement temporaire par un melange adapte de bactéries spécialisées. Celles-ci seront capables d'agir comme des catalyseurs en permettant aux réactions chimiques de s 'effectuer dans des conditions compatibles avec le milieu. En face des problèmes que fait apparaitre la présentation de la situation actuelle, il y a la solution que peut apporter le procédé de traitement biologique présenté dans ce descriptif. La technique du traitement est caractérisée par la combinaison de 2 phases séparees complémentaires qui comportent chacune une succession d'opérations physico-chimiques et biologiques aboutissant à la transformation et 1 'élimination des graisses en DIOXYDE de CARBONE, en BIOMASSE et en EAU. Ces deux phases s opèrent dans un dispositif (dessin fig. 1), qui reçoit l'effluent chargé de graisses, dérivé ou repris, qui après traitement ira rejoindre le courant normal de l'installation générale, en y apportant une nouvelle dynamique de bio-degradabilité (cas d'intégration sur un site de station d'epuration). Toutes les operations sont programmées sur un automate, la conduite ne demande que des contrôles analytiques. Dans la première phase, les opérations sont caractérisées par les étapes suivantes : arrivée en (1) des graisses en provenance du système de dégraissage au fur et à mesure de leur formation ou d'un stockage conditionne. Ces graisses vont s'écouler dans la cuve (2) ou séparateur, puis l'apport d'une solution alcaline va corriger et maintenir le pH entre 7-8, pendant que va fonctionner l'inJection d'air en provenance du surpresseur (14) par la rampe d'aération (3) puis l'addition de produits chimiques en provenance du distributeur (15), tels que carbonates, chaux en solution. Le brassage est assuré par la double action de l'injection d'air et la recirculation par la pompe immergée (4). Des arrêts a durée programmée pour tranquilisation sont prévus, la fréquence de vidange de cette cuve est également prévue et par sécurité, complétee par les régulateurs de niveau (19). La canalisation de la pompe (4) sert à la fois à la recirculation et au transfert vers la cuve de digestion (9) par le jeu des vannes (5 et 6). Les boues lourdes sont évacuées en (il), après le fonctionnement éventuel du systeme de debouchage par air (13). Selon la qualité, et les caractéristiques des graisses à traiter et leur comportement, il sera possible d'établir et de programmer 1'addition et la quantité des produits destinés à modifier la chimie du milieu, on peut citer des produits tels que : CARBONATE de CALCIUM (CaC03), ou CHAUX, Ca (OH)2 en solution à 5 * ou toute combinaison électrolytique. Le but des opérations de cette première phase est de libérer les graisses d'une partie des éléments organiques entrainés par les phénomènes de flottation, elles vont ainsi se trouver allegees et mieux dispersées en fines particules par cette action physico-chimique, cependant que les boues lourdes vont décanter. Les boues lourdes sont susceptibles de gêner le traitement, ou de piéger des graisses ou des savons calciques insolubles. L'effluent ainsi traite sera caractérisé par un pH stable (78). Lorsque la neutralisation est faite avec de la chaux, il est conseillé d'en éviter l'excès qui peut conduire à la formation de savons calciques, avec le risque de les retrouver décantés avec les boues. L'effluent ainsi obtenu sera transféré par la pompe (4) vers la cuve de digestion (9) pour la deuxième phase du traitement. La programmation de l'évacuation des boues lourdes déposées lors du déroulement des opérations de la première phase, dépendra du volume accumulé au fond du séparateur pendant un temps détermine ce réglage sera normalisé après quelques j ours de fonctionnement. La deuxième phase de traitement, ctest- & -dire la dégradation biologique va s'effectuer dans la cuve de digestion (9), le dimensionnement de cette cuve est calculé d'après le volume des graisses à traiter (refus de dégraisseur), soit au moins 10 fois le volume de ces refus pour une durée de 24 heures. Cette cuve a la forme cylindrique, avec un forld tronconique, elle comporte une rampe d'injection d'air (12), une pompe immergee (10) reliée à la canalisation servant à la fois à la recirculation et à l'évacuation vers (18), par le Jeu des vannes hydrauliques (7 et 8), et les régulateurs de niveau (20). Une sortie pour évacuation (11) de boues se trouve à la base de la cuve. Les canalisations des pompes (4 et 10) sont pourvues de manchons chauffants destinés à pallier des baisses importantes de température (baisse en dessous de l54C). Le traitement dans cette cuve est caractérisé par le conditionnement spécifique de l'effluent qui reçoit par une pompe doseuse une solution biologique contenant un mélange de bactéries et d'enzymes. Un distributeur (16) en assure 1' admission programmée, ce produit est capable de dégrader les polluants par l'action des enzymes agissant comme catalyseurs, et permettant aux réactions chimiques de s' effectuer dans des conditions compatibles avec le milieu. Un produit support de bactéries est également prévu, et selon les besoins, des nutriments, activateurs, azote, phosphore. Les quantités de produits biologiques à admettre seront déterminés et ajustés après quelques jours de fonctionnement. Les quantités peuvent également être diminuées progressivement, voire même temporairement interrompues des que 1 'ensemble de 1'installation présentera un enrichissement suffisant en souches auto-résistantes. Le traitement dans cette deuxième phase doit permettre d'obtenir un effluent ayant une excellente décantabilité. Les rejets seront évacues vers les bassins d'aération, les boues de la cuve seront dirigées vers 1 t entree de la station. tes differents produits à utiliser, la composition des melanges biologiques, comme la conduite du traitement, doit être adapte à chaque cas, après une étude préalable précédé de l'établissement d'un diagnostic sur l'état de la BIOMASSE concernee. REVENDICATIONS 1) PROCÉDÉ de traitement de l'effluent graisseux par digestion biologique des acides gras est caractérisé par 2 phases principales distinctes liées aux opérations particulières de chaque phase. a) en SÉPARATEUR (2) ou sont éffectuées des opérations PHYSICO-CHIMIQUES : brassage, neutralisation1 injection d'air; caractéristique de l'effluent à obtenir niveau moyen d'oxygène dissout :2 mgil - pH :7.8 b) en DIGESTEUR (9) ou sont effectuées les opérations de conditionnement du milieu. Caractéristique de l'effluent a' obtenir: fluidité, arrêt des fermentations et des dégagements gazeux toxiques ou malodorants. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par la modification de structure de l'effluent qui sefluidifie en présentant une tendance a la fiotîlaflon des graisses, et la d8cantation des boues lourdes. Le transfert des graisses et l'évacuation des boues lourdes s'effctueront selon un cycle programmé. 3) Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le traitement de digestion biologique aérobie des acides gras arrivant dans le digesteur (9), la teneur moyenne conseillée pour un rendement optimum est de 50 grflitre, une dilution éventuelle sera pratiquée. Apport d'un mélange bactérien lipolytique, pour un ensemencement convenablement activé, présence suffisante de nutriments, levures, enzymes,azote, et support bactérien. Evacuation ou recyclage périodique programmé de l'effluent digéré. 4) Procédé selon la revendication (3) caractérisé par la possibilité de recyclage en station d'épuration des effluents traités, succeptibles d'apporter un équilibre chimique et une activation biologique importante et efficace pour l'ensemble du système épuratoire. 5) DISPOSITIF destiné a la mise en oeuvre du procédé, selon rune quelconque des revendications 1 à 4, caractérise par un ensemble de 2 cuves (2 et 9), à fond tronconique, forme nécessaire pour une meilleure séparation des boues. Elles sont reliées entre elles par une tuyauterie munie de vannes pneumatiques, (5.6.7.8. ). Chaque cuve est équipée d'une pompe immergiez fonctionnant pour recirculation ou transfert par le jeu des vannes (5.6.7.8.). Dessin fig 1. Un bon rapport des volumes entre les cuves serait de 1 à 10. La cuve 2 est le séparateur1 ou s'effectue le traitement physico-chimique, qui va fluidifier l'effluent, et provoquer rapidement la décantation des boues, et la flottation des graisses. La cuve digesteur 9 est destinée 9 l'élimination bilogique des acides gras par activation biologique. 6) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé par I'emplacement particulier du point de reprise des pompes (4 et 10), niveau inférieur de la partie cylindrique des cuves et destiné å éviter un entrainement des boues décantées a la limite de ce niveau. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6 caractérisé en ce que le fonctionnement est asservi à l'automatisme programmable.