Brevet FR2711980A1 — publié le 19950512

La présente invention est relative à un procédé de traitement des boues résiduaires, urbaines ou industrielles. A l'heure actuelle, ces boues sont traitées par digestion anaérobie au cours d'une étape unique de traitement associant une phase d'hydrolyse, d'acidogénèse et de méthanogénèse, cette étape unique étant mise en oeuvre dans un seul réacteur travaillant à une température mésophile (350C). La présente invention se propose d'améliorer un tel procédé de traitement des boues par digestion anaérobie, en optimisant la digestion. A cet effet, 1 invention apporte un procédé de traitement de boues résiduaires, urbaines ou industrielles par digestion anaérobie, caractérisé en ce qu'il est effectué en deux étapes dans deux réacteurs différents - la première étape constituant une digestion anaérobie thermophile réalisée à une température de l'ordre de 50 à 600C et un temps de séjour dans le premier réacteur de 2 à 10 jours et, - la seconde étape étant une digestion anaérobie mésophile, effectuée à une température de l'ordre de 350C et un temps de séjour dans le second réacteur de 8 à 15 jours. Ainsi, dans le procédé selon l'invention, les boues subissent la phase d'hydrolyse-acidogénèse lors de la digestion thermophile et la phase méthanogénèse lors de la digestion mésophile. On peut ainsi réaliser des traitements de digestion de boues épaisses (supérieures à 60 grammes par litre) grâce à la première étape thermophile qui, en étant effectuée à une température relativement élevée, diminue la viscosité des boues. Cet avantage permet également de diminuer les puissances d'agitation (par gaz ou par systèmes mécaniques) au niveau des digesteurs, étant donné que l'abaissement de la viscosité des boues permet un brassage plus facile. Par ailleurs, l'hydrolyse bactérienne subie par les boues durant la digestion anaérobie thermophile, mise en oeuvre ainsi qu'on l'a vu ci-dessus durant un temps de séjour hydraulique court (2 à 10 jours), permet une dégradation des polymères organiques (polysaccharides, protéines) et des lipides en composés plus simples ainsi qu'une production d'acides volatils à courte chaine à partir de ces composés plus simples (acides acétique, propionique, butyrique, valérique...). L'activité des différents groupes bactériens est dopée lors de cette phase en température thermophile. Selon une variante du procédé de l'invention telle que définie ci-dessus, ce procédé comporte une étape supplémentaire qui consiste en un traitement thermique flash de quelques minutes à 30 minutes, à une température comprise entre 850 C et 1750C. Selon un mode de mise en oeuvre de cette variante, ledit traitement thermique flash est intercalé entre l'étape de digestion anaérobie thermophile et l'étape de digestion anaérobie mésophile. Ce traitement thermique flash appliqué sur les boues digérées au cours de l'étape de digestion anaérobie thermophile permet - de poursuivre l'hydrolyse des polymères organiques résiduels, - de faire éclater les cellules bactériennes afin de rendre accessible leur contenu et aller plus loin dans la dégradation de la matière organique, - de "casser" des molécules non dégradables et/ou non dégradées dans les premières étapes et, - d'améliorer la biodégradabilité et la déshydratabilité des boues lors des phases ultérieures de traitement. Ainsi qu'on la précisé cidessus et afin d'éviter la production de composés difficilement biodégradables, voire toxiques, ce traitement thermique flash doit être effectué à une température ne dépassant pas 1750C et un temps de contact ne dépassant pas trente minutes. Selon un autre mode de mise en oeuvre de cette variante du procédé de l'invention, ledit traitement thermique flash est effectué après l'étape de digestion anaérobie mésophile. Le procédé selon la présente invention peut comporter en outre, une étape de limitation de la concentration en ammoniaque libre des boues, cette étape supplémentaire étant mise en oeuvre après le traitement thermique flash. En effet, dans certains cas, (digestion de boues biologiques seules, digestion de boues épaissies) les concentrations en ammoniaque libre dans les boues peuvent induire des toxicités vis-à-vis de la flore méthanique. I1 est donc alors nécessaire de limiter les teneurs en NH3 (forme potentiellement toxique) soit - en abaissant le pH des boues jusqu'à des valeurs compatibles avec les traitements biologiques ultérieurs, soit, - en effectuant un strippage du NH3 par entrainement soit par de la vapeur en milieu basique, soit par le gaz (méthane) généré durant la digestion. Selon encore une autre variante du procédé objet de la présente invention, ce dernier comporte en outre une étape finale supplémentaire consistant en une digestion anaérobie mésophile ou thermophile. Le procédé selon la présente invention, outre les avantages déjà précisés ci-dessus apporte les avantages suivants élimination poussée des matières organiques entrainant une amélioration des caractéristiques des boues (notamment déshydratabilité) ce qui permet d'atteindre un rendement de l'ordre de 60 à 80% à comparer aux rendements actuellement connus qui ne dépassent pas 45%, diminution des volumes des réacteurs par abaissement des temps de séjour hydraulique des boues augmentation des productions de biogaz indépendance des réacteurs de traitement sur le plan énergétique ; diminution du volume des boues à déshydrater puis à évacuer diminution de la viscosité des boues épaisses grâce à la phase de digestion thermophile, ce qui permet ainsi qu'on l'a déjà mentionné de traiter des boues épaissies. On a donné ci-après à titre d'exemple non limitatif, des résultats relevés sur l'exploitation d'une unité pilote mettant en oeuvre le procédé de la présente invention. Ces résultats font clairement ressortir les avantages mentionnés ci-dessus. Ces résultats sont donnés sous la forme de tableaux : les deux premiers tableaux se réfèrent à des traitements de boues comportant les deux étapes successives thermophiles et mésophiles alors que le second tableau concerne la variante du procédé selon laquelle la première étape comporte un traitement thermophile + un traitement thermique flash + un strippage de NH3 suivi du traitement mésophile. EXEMPLE 1 Boues 1ère étape 2ème étape Rendement Franches Thermophile mésophile global (2;10 jours) (8;15 jours) Matières sèches g/i 30 21 14 53 % Matières volatiles g/l 21 13 8 62% % de matières volatiles 70 62 57 EXEMPLE 2 Boues 1ère étape 2ème étape Rendement Fraîches Thermophile mésophile global (2;10 jours) (8;15 jours) Matières sèches g/l 40 28 17 57,5 % Matières volatiles g/l 33 21,5 12,5 62% % de matières volatiles 82;5 77 73,5 EXEMPLE 3 Boues 1ère étape 2ème étape Rendement Fraiches Thermophile mésophile global Matières sèches g/l 75 + 30 60 % Traitement thermique Matières volatiles g/l 60 + 14,5 76% % de matières volatiles 80 Strippage 48,5 NH3 I1 demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux divers exemples de mise en oeuvre décrits cidessus, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Procédé de traitement de boues résiduaires, urbaines ou industrielles par digestion anaérobie, caractérisé en ce qu'il est effectué en deux étapes dans deux réacteurs différents - la première étape constituant une digestion anaérobie thermophile réalisée à une température de l'ordre de 50 à 600C et un temps de séjour dans le premier réacteur de 2 à 10 jours et, - la seconde étape étant une digestion anaérobie mésophile, effectuée à une température de l'ordre de 350C et un temps de séjour dans le second réacteur de 8 à 15 jours. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape supplémentaire qui consiste en un traitement thermique flash de quelques minutes à 30 minutes, à une température comprise entre 85 C et 1750C. 3 - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit traitement thermique flash est intercalé entre l'étape de diestion anaérobie thermophile et l'étape de digestion anaérobie mésophile. 4 - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit traitement thermique flash est effectué après l'étape de digestion anaérobie mésophile. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de limitation de la concentration des boues en ammoniaque , après le traitement thermique flash. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape de limitation de la concentration des boues en NH3 consiste en une régulation de pH. 7 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape de limitation de la concentration des boues en ammoniaque libre consiste en un strippage du NH3 par entrainement de vapeur en milieu basique. 8 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape de limitation de la teneur des boues en ammoniac consiste en un strippage de l'ammoniac par entrainement par le gaz généré durant la digestion. 9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape finale supplémentaire consistant en une digestion anaérobie mésophile ou thermophile.