Brevet FR2700968A1 — publié le 19940805

L'invention concerne un filtre, un procédé et une installation de filtration pour l1épuration des effluents aqueux. L'invention est plus particulierement destinée au traitement des effluents chargés en azote, quelqu'en soit la forme t ammoniaque,nitrates,nitrites s son application est d'autant plus utile que ta charge en azote est élevée, par exemple pur le traitement des lisiers. Le traitement des lisiers produits par les élevages intensifs est un problèmes qui n'a pas à ce jour reçu de solution complètement satisfaisante. Les lisiers #ont fortement chargés en azote sous des formes polluantes ( nitrates, ammoniaques nitrites... ) mais différents procédés sont connus qui permettent la transformation de ces formes polluantes en des formes non polluantes ( azote gazeux ) et même utile et commercialisable pour l'amendement des sols ou pour l'aquaculture. En plus de l'azote les effluents contiennent généralement dtautres polluants, souvent sous forme ioniques ( phosphates, métaux...) qui doivent être éliminés ou, au moins, dont la concentration doit être réduite au cours de leur épuration. Toutefois ces procédés de transformation, quelqu'ils soient ne peuvent être directement mis en oeuvre sur les effluents bruts. Ceux ci sont en général trop chargés en matières solides et doivent tout d'abord être filtrés. De plus les procédés connus de transformation de l'azote fonctionnent avantageusement sur des effluents ayant une concentration relativement faible en azote. Ces procédés comporte d'ailleurs souvent plusieurs étapes successives au cours desquelles le taux de d'azote est progressivement réduits. Tout traitement préliminaire diminuant la concentration en azote présente un intérêt particulier. L'importance de ces procédés d'épuration résulte du volume de plus en plus important d'effluent a traiter. Ce volume croit rapidement et, en même temps les conséquences possibles de la pollution sont de plus en plus évidentes. Des procédés de plus en plus efficaces et simples dans leurs mise en oeuvre sont donc recherchés. Actuellement, les seuls élevages de porcs, en France, produisent plus de 100. 000 m3 de lisiers En raison de ce volume et aussi parce que les produits résultants ont une valeur économique relativement faible, les procédés d' épuration doivent être peu onéreux. Cette contrainte pèse sur toutes leurs composantes et en particulier sur la filtration. Le but de l'invention est de proposer un filtre pour l'épuration des effluents aqueux qui assure un bon filtrage mécanique et soit facile à entretenir. C'est un autre objectif de l'invention de proposer un tel filtre qui produise un amendement de qualité pour les sols agricoles. C'est encore un objectif de l'invention de fournir un filtre pour l'épuration des effluents aqueux qui soit particulièrement économique tant par l'investissement faible qu'il implique que par son faible coût de fonctionnement. Un autre but de l'invention est de proposer un filtre mécanique qui réalise également une épuration chimique au moins partielle des effluents qui le traversent. A cet effet l'invention concerne un procédé de filtration des effluents aqueux assurant une filtration mécanique et, simultanément une filtration chimique des effluents par un élément filtrant. Selon l'invention, l'élément filtrant est fortement chargé en cellulose. L'élément filtrant est de préférence de la paille.ou constitué de copeaux de bois. La filtration est avantageusement activée par apport d'oxygéne.de préférence réalisé par électrolyse de l'effluent. L'invention concerne également un filtre pour l'épuration des effluents aqueux comprenant une cuve de filtration, munie d'une canalisation d'admission et d'une canalisation de sortie, un panier de filtration comportant une ouverture d'entrée et une surface perforée. ledit panier de filtration étant placé à l'intérieur de la cuve de filtration et, étant destiné à recevoir un élément filtrant, l'ouverture d'entrée étant reliée à la canalisation d'admission de la cuve de filtration et la surface perforée constituant la sortie du panier de filtration Selon l'invention ce filtre comprend également des moyens d'apport d'oxygéne dans la cuve de filtration. Dans des modes de réalisations optionnels donnant chacun des avantages particuliers: -les moyens d'apport en oxygène comportellWdes électrodes reliées à une source électrique par un moyen de commande électrique. -le panier de filtration comporte une canalisation d'entrée perforée, reliée à l'ouverture d'entrée répartissant les effluents entrants. une pompe sous pression munie d'une vanne anti-retour est placée sur la canalisation d'admission avant l'entrée dans la cuve de traitement et une vanne de fermeture est placée sur la canalisation de sortie en aval de la cuve de traitement. -la cuve de traitement comporte une valve de contrôle de pression. -des moyens de mesure du pH des effluents aqueux présents dans la cuve de traitement. -une unité de contrôle recevant les mesures et actionnant les commandes pour assurer son bon fonctionnement -la cuve de traitement comporte un corps approximativement cylindrique d'axe vertical, fermé, à sa partie supérieure par un capot amovible fixé sur le corps de la cuve par des ensembles vis-écrou, un joint d'étanchéité étant interpose entre le corps et te capot amovible. L'invention concerne encore une installation d'épuration des effluents aqueux comportant un filtre principal tel que défini plus haut. Cette installation d'épuration des effluents aqueux comporte avantageusement un filtre textile placé en aval du filtre principal et, de préférence des moyens d'épuration par lagunage L'invention sera décrite plus en détail en référence au dessin qui est une vue en coupe schématique d'un filtre selon l'invention associé à un filtre textile Le procédé de l'invention permet de réaliseçsimultanément un filtrage mécanique qui assure l'extraction des effluents des plus grosses particules solides et simultanément un filtrage chimique qui assure la fixation dans le filtre d'une partie des composés azotés initialement contenus dans les effluents. De plus comme cela est déjà connu, la rétention des particules solides produit simultanément le piégeage d'une partie des autres substances polluantes, par exemple des métaux lourds. Cela est obtenu en filtrant les effluents par une substance fortement chargée en cellulose telle que de la paille ou des copeaux de bois. En même temps qu'il rempliLson rôle de filtration mécanique l'élément filtrant dégage du gaz carbonique qui réagit avec l'ammoniac contenu par les effluents et le transforme en acide nitrique. Cette nitrification diminue la pollution pouvant être engendrée par les effluents et allège les contraintes reposant sur les étapes ultérieures du traitement d'assainissement. Ce dégagement de gaz carbonique par la cellulose est fortement accru par l'apport d'oxygéne. Différents moyens sont envisageables pour réaliser cet apport; un moyen particulièrement simple et efficace consiste à faire une électrolyse partielle du milieux aqueux. Ce procédé de traitement des effluents aqueux est avantageusement mis en oeuvre par le dispositif de l'invention illustré par la figure. La cuve de filtration t4), est alimentée en effluents aqueux a traiter par une canalisation d'admission (2).qui est équipée d'une pompe (1) sous pression munie d'une vanne anti-retour. Cette cuve de filtration est approximativement cylindrique, d'axe vertical. A l'intérieur de cette cuve est placé un panier de filtration (5) comportant une ouverture d'entrée (501). La canalisation d'admission (2) communique directement au travers de la paroi inférieutede la cuve (4) avec une canalisation d'entrée perforée (6) placée dans le panier de filtration (5) et répartissant les effluents entrants sur toute sa hauteur. Cette canalisation d'admission est avantageusement vissée avec un joint de raccordement (3) sur la canalisation d'admission (2). Ce panier tSl a une forme analogue à celle de la cuve (4), ses parois t502) sont au moins partiellement perforées de telle sorte que les effluents puissent circuler depuis leur entrée, a l'intérieur du panier jusqu'à la sortie située#â la partie supérieur de la cuve (4). L'évacuation des effluents après filtration est faite par la canalisation de sortie ( qui est équipée d'une vanne de fermeture (12 > La cuve de traitement (4) comporte un corps (401) approximativement cylindrique d'axe vertical, fermé, à sa partie supérieure par un capot amovible (7) fixé sur le corps 1401) de la cuve par des ensembles vis-écrou (9). Un joint d'étanchéité (8) est interposé entre le corps (401) et le capot amovible (7). Le panier de filtration (s) est destiné à recevoir l'élément filtrant (22) qui est fortement chargé en cellulose, Cet élément filtrant 22) est choisi en fonction de son coût et de sa disponibilité sur le lieu d'utilisation du filtre. Ce peut être par exemple des copeaux ou de la sciure de bois, c'est préférentiellement de la paille. Le panier de filtration (5) peut être facilement extrait de la cuve (4) lors du chargement ou du déchargement de l'élément filtrant (22). Celui-ci est tasse lors de son chargement en fonction de sa nature et de la finesse du filtrage mécanique recherché. On obtient de bon résultats pour l'épuration du lisier de porc avec une filtration a 50 microns. La cellulose réagit chimiquement, en présence d'oxygéne sur les effluents chargés en azote en transformant l'ammoniaque en acide nitrique; on constate une combustion de la cellulose, un dégagement de C02 et un abaissement du pH. Quand le pH descend autour de 3 on constate une fixation de l'azote, du phosphate et d'autres ions presentsdans les effluents sur la cellulose ainsi compostée. Simultanément, l'élément filtrant se décompose et forme un compost utilisable aisément et sans inconvénient pour l'amendement des sols agricoles. Le filtre comporte des moyens d'apport d'oxygène permettant de développer et d'améliorer l'action de la cellulose sur les effluents. Ces moyens sont avantageusement formés par deux électrodes (20,21) reliées a une source électrique (201) par un moyen de commande électrique.(201). Le filtre comporte de préférence une unité de contrôle (23) recevant les mesures des moyens de mesure 124) du pH, de la valve (10) de contrôle de pression. Cette unité de contrôle actionne le moyen de commande (201) des électrodes (20,21), la pompe d'entrée (1), la vanne de sortie (12) pour assurer son bon fonctionnement. La valve (10) de contrôle de pression assure égaiement une fonction de sécurité contre les surpressions. La mise en route du filtre suit un processus établi pour l'épuration d'un lisier de porc de la manière suivante: Le lisier a un taux de matières sèches (M.E.S.) de l'ordre de 1%, son taux d'azote total est de l'ordre de lg par litre. La chute de pression de fonctionnement (égale à la différence entre la pression d'entrée et la pression de sortie), pour un élément filtrant propre est fixé a# 3 Pa. L'élément filtrant est mis en place dans le panier (5) qui est lui même placé dans la cuve (4). La canalisation d'admission (2) est fixée sur la canalisation d'entrée perforée (6) et la cuve (4) est fermée. La cuve (4) est chargée en effluents, la vanne de sortie (12) restant fermée. Après remplissage, les électrodes (20,21) sont mises sous tension et on constate un abaissement du pH que l'on laisse descendre jusqu'a une valeur proche de trois correspondante aux condition normales de fonctionnement. Cet état est obtenu environ 24 heures après la charge de la cuve. La vanne de sortie (12) est alors ouverte et le fonctionnement en continu commence. Avec un filtre de 4 m3 on peut traiter environ 10 m3 de lisier par jour. Le filtre principal produit un fort abaissement du taux de MES du taux d'azote et aussi du taux de phosphate... il ne constitue toutefois que le premier élément d'une installation d'épuration. On obtient de bon résultat d'épuration en le faisant suivre d'un filtre textile traditionnel tel que représenté sur la figure. Ce filtre textile comporte une cuve (13) fermée par un capot -(14). Sa canalisation d'entrée est reliée a la sortie de la vanne de fermeture (12) du filtre principal. Son élément de filtration (30) est placé à l'entrée de sa canalisation de sortie (31) sur la quelle sont placées une vanne d'isolement (18) et une pompe de retour (19). Une brosse tel7) actionnée par un moteur (16) assure le nettoyage de l'élément de filtration (30); Une sortie basse (14) permet l'évacuation des boues collectées par le filtre textile. Au cours de ce fonctionnement le chargement du filtre textile en matière produit une élévation de la chute de pression de fonctionnement de l'ensemble formé par le filtre principal et le filtre textile. Lorsqu'elle est égale à 6 Pa la vanne de sortie (12) est fermée est le filtre est mis en fonctionnement inverse de façon à décolmat er l'élément filtrant. Le fonctionnement normal peut alors reprendre, la chute de pression de fonctionnement ayant retrouvé sa valeur initiale. Ce fonctionnement inverse doit être mis en oeuvre environ tous les 6 heures il dure lui même environ 1 minute. La pompe (19) permet d'envoyer, momentanément, les eaux filtrées en retour dans le filtre textile lorsque sa purge est nécessaire. A la suite du filtre textile différents traitements d'épuration peuvent être mis en oeuvre, les meilleurs résultats sont obtenus avec des traitements par lagunage. REVENDICATIONS 1.Procédé de filtration des effluents aqueux assurant une filtration mécanique et, simultanément une filtration chimique des effluents par un élément filtrant caractérisé en ce que l'élément filtrant est fortement chargé en cellulose. 2.Procédé de filtration des effluents aqueux selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément filtrant est de la paille. 3.Procéde de filtration des effluents aqueux selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément filtrant est constitué de copeaux de bois. 4.Procédé de filtration des effluents aqueux selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la filtration est activée par apport d'oxygéne. 5.Procédé de filtration des effluents aqueux selon la revendication I caractérisé en ce que l'apport d'oxygéne est réalisé par électrolyse de l'effluent. 6. Filtre pour l'épuration des effluents aqueux comprenant une cuve de filtration (4), munie d'une canalisation d'admission (2) et d'une canalisation de sortie (llì un panier de filtration (5) comportant une ouverture d'entrée (501) et une surface perforée ( ledit panier de filtration étant placé à i intérieur de la cuve de filtration et, étant destine à recevoir un élément filtrant (6), l'ouverture d'entrée étant relié à la canalisation d'admission de la cuve de filtration et la surface perforée constituant la sortie du panier de filtration caractérisé en ce que l'élément filtrant est fortement chargé en cellulose et qu'il comprend égalementdes moyens d'apport d'oxygéne dans la cuve de filtration. 7. Filtre pour l'épuration des effluents aqueux selon la revendication 6 caractérisé en ce que les moyens d'apport en oxygène comporte des électrodes (20,21) reliées à une source électrique (201) par un moyen de commande électrique.(201). 8. Filtre pour l'épuration des effluents aqueux selon l'une quelconque des revendications 6 et 7 caractérisé en ce que le panier de filtration (5) comporte une canalisation d'entrée perforée (6), reliée à l'ouverture d'entrée répartissant les effluents entrants. 9. Filtre pour l'épuration des effluents aqueux selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que.une pompe (I) sous pression munie d'une vanne anti-retour est placée sur la canalisation d'admission (2) avant l'entrée dans la cuve de traitement (4) et qu'une vanne de fermeture (12) est placée sur la canalisation de sortie tll) en aval de la cuve de traitement (4). 18. Filtre pour l'épuration des effluents aqueux selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 caractérisé en ce que.la cuve de traitement 45 comporte une valve (10) de contrôle de pression. 11. Filtre pour l'épuration des effluents aqueux selon l'une quelconque des revendications 6 à 10 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure (24) du pH des effluents aqueux présents dans la cuve de traitement (4). 12; Filtre pour l'épuration des effluents aqueux selon l'une quelconque des révendications 6 B Il caractérisé en ce qu'il comporte une unité de contrôle recevant les mesures et actionnant les commandes pour assurer son bon fonctionnement 13. Filtre pour l'épuration des effluents aqueux selon l'une quelconque des revendications 6 et 7 caractérisé en ce que.la cuve de traitement (4) comporte un corps 15 . Installation d'e'puration des éffluents aqueux selon la revendication 14 caractérise en ce qu'elle comporte un Tiltre textile place en aval du filtre principal Iv Installation d'epuration des éffluents aqueux selon la revendication la caractérisé en ce qu'elle comporte des moyens d'épuration par lagunage