Brevet FR2724376A1 — publié le 19960315

La présente invention conceme un procédé de traitement de sédiments "in situ", utilisable dans les sites où les techniques habituelles sont difficilement applicables pour des raisons d'accés, de p fondeur ou de logistique. Les techniques utilisées actuellement pour diminuer les épaisseurs des vases ou des sédiments riches en matière organique, sont principalement des techniques mécaniques d'extraction comme la drague, la suçeuse ou la pelle pour les zones nécessitant l'enlèvement des sédiments suivi de leur déchargement dans un autre site, et des moyens de trituration des fonds, comme les brosses rotatives, les herses et autres engins agricoles, dans les zones où les matières mises en suspension peuvent être entrainées par le courant. Références: 1- Dispositif de suçeuse rotobroyeuse pour nettoyage des fonds marins. (Asstech - FR 8409171). 2- Méthode et système de nettoyage continu de fonds marins.(lnstitut Français du Pétrole - FR7916893) 3 Dispositif pour creuser les fonds marins. ( Land & Marine Engeenering Umited - G88714515) s Procédé et installation de pompage pour éliminer des sédiments marins ou fluviatiles. (Atlas Copco Airpower). S Installation pour le dragage d'un fond marin, notamment en grande profondeur.( Hydroconsult - SA FR8026683). Une approche biologique a été utilisée pour résoudre des problèmes de saturation de sédiment en ma tières organiques et essayer de faire digérer ces demières par des bactéries, principalement au niveau de l'interface "sol - eau" de certaines zones d'élevage de mollusques. Les techniques de traitement des sites naturels semblent etre encore à leurs débuts parce que la pré servation de ces sites n' a pas encore inclus un concept d'entretien. Le procédé présenté, est une voie nouvelle dans le traitement des sédiments, par rélaboration, "in situ", des conditions les plus favorables pour la digestion et la minéralisation de la matière organique des sé diments par les micro-organismes (bactéries, levures, protozoaires..) et ceci, sans avoir à enlever ces matériaux, notamment dans les zones qui ne sont pas traversées par des courants. Ce procédé pouna être utilisé pour le désenvasement de zones de poldérisation, de plages, chenaux, ports, bassins piscicoles, rivières, où toute zone contaminée par des polluants tels que le pétrole, les boues industrielles... Les vases sont principalement constituées d'agglomérats de molécules de matière organique, piégeant des molécules d'eau représentant 70 à 90 % de la masse totale, ainsi que des sels (phospates, azote minèral....) des métaux lourds et de matières exogènes (pollen, pyélites, sable, fibres cellulosi ques...). Les vases sont particulièrement imperméables aux échanges avec l'exterieur, notamment en ce qui comme les transferts d'oxygène. De ce fait, la dégradation et la minéralisation de la matière organique de ces matèriaux sont principalement dûes à l'activité des bactéries anaréobies, par un processus particulièrement lent, la dé gradation aérobie ne se faisant que sur I'interface "eau / surface" des sédiments. Tout en laissant aux bactéries anaérobies falcutatives et tolérantes la capacité de continuer leur action, le procédé présenté a principalement pour objectif, à travers ses étapes complémentaires, mécanique, chimique, biologique, de transformer ces matèriaux en une "boue conditionnée et inoculée en micro-organismes" présentant les meilleures caractéristiques physichimiques pour être digérée par des micro-organismes sélectionnés et indigènes plus particulièrement aérobies. La digestion aérobie de la matière organique dégage beaucoup plus d'énergie, génère des produits moins toxiques et cela par un processus plus rapide que la digestion anaérobie. Ce fat est mis en évidence par la dégradation du glucose selon les deux voies: En aérobiose C6H1206 + 602 6C02 + 6H20 + 650cal/mole. En anaérobiose: C6H1206 + 602 3 C02 3C02 + CH4 + 34,4 cal / mole. II résulte de l'analyse de ces formules, que la digestion par voie aérobie, sera le plus souvent utilisées D'une manière générale, le procédé consiste à combiner deux à trois étapes complémentaires, ( mécanique, chimique et biologique ou mécanique et chimique ou mécanique et biologique)," in situ", à sec ou en pleine eau, pour transformer les dits sédiments en "boues micronisées, conditionnées et inoculées en micro organismes", afin de permettre à la matière organique qui les compose d'être digérée et minéralisée par des micro-organismes sélectionnés et indigènes. Ainsi, après étude des sédiments à traiter, on détermine les microrganismes les plus favorables à la digestion de la matière organique de ces sédiments, et l'on définit les moyens chimiques à adjoindre pour favoriser l'activité de ces microorganismes. Si la voie aérobie est choisie, de l'air, ou de l'oxygène sous forme de microbulles ou dissoute, sont transportés par une canalisation d'eau sous pression et injecté dans la boue issue de retape mécanique. L'étape mécanique a pour bot de rompre la cohésion des dits matèriaux, de les réduire en fines particules, de permettre un meilleur contact et mélange avec les produits chimiques et biologiques utilisés conjointement. L'étape mécanique est caractérisé par l'utilisation de moyens de trituration mécanique du type herse, rateau rotatif (Rota-vato, lame rotative (giro-broyeur), jet d'eau, herses à jets d'eau ( rampes à hydne jets), brosse rotative et, par extension, tout moyen (21) permettant de transformer, "in situ" et sur une profondeur prélablement établie, les sédiments en "boues micronisées", c'est à dire réduites en fines particules mélangées à l'eau. Le résultant de l'étape mécanique est une "boue micronisée" rendant les molécules de matière organique directement accessibles aux actions chimiques et biologiques du procédé. Par ailleurs, L'étape mécanique permet l'évacuation d'une partie de l'eau dite "libre" piégée dans les trames des molécules organiques. Cette eau libre reste momentanément dans les boues issues de l'étape mécanique, puis se libère pro gressivement au cours de la dégradation de la matière organique. Les dispositifs utilisés à cet effet peuvent être recouverts d'un carter (10) pour optimiser la trituration des vases, le mélange avec les produits de traitement, la floculation, limiter la dispersion de la matière organique et des produits de traitement et permettre une pre oxygénation avec l'oxygène de l'eau environnante. Les dispositifs de mise en valeur du procédé sont tractés par des structures flottantes ou terrestres adaptées aux zones à traiter (tirant d'eau ,portance...), à des vitesses pouvant dépasser 20 kilomètres à l'heure. Le traitement s'effectue sur une bande de la largeur du moyen mécanique et sur une profondeur variable en fonction de l'objectif ciblé. (Jusqu'à un mètre avec les jets sous pression, en moyenne de 1 à 10 centimètres pour les autres moyens mécaniques). Ces profondeurs ne sont pas limitatives. L'étape chimique, outre son action directe de dégradation des matèriaux à traiter, a prince palement pour but de parfaire et compléter l'action de l'étape mécanique en transformant les "boues micronisées" obtenues par l'étape mécanique en " boues conditionnées", aptes à être colonisées et digérées plus particulièrement par des micu > organismes aérobies. Ces " boues conditionnées " sont obtenues par l'adjonction aux "boues micronisées" de produits favorisant la digestion des matières organiques par les micro-organismes ciblés pour les digérer. Les miuvorganismes auront une action d'autant plus efficace sur les matières organiques, qu'ils trouveront ces demières sous forme de particules les plus fines possible, qu'ils trouveront des miuosupports pour se fixer, un Ph adéquat, de l'oxygène, ainsi que les composants indispensables à leur activité, manquant sur le site. Pour ce faire, selon les analyses des vases à traiter, (teneur en matière organique, en azote minéral dissous, rapport entre le carbone et l'azote (C/N), en phosphate, en métaux lourds, Ph, demande chimique et biologique en oxygène...), des produits sélectionnés tels que la chaux, les calcaires micronisés et plus particulièrement les calcaires à diatomées ou à cocolîthes, les sels de Magnésium, de Potassium, l'oxygène, I'azote, le phosphore et tout autre composé favorable au développement des mi avorganismes désirés, seront dosés et injectés sous le carter, puis mélangés intimement aux paracu les de matière organique des "boues micronisées", lesquelles deviennent des "boues conditionnées". Les étapes mécanique et chimique peuvent être combinées pour le traitement des sédiments riches nn- turellement en microorganismes indigènes. L'étape biologique est le terme des étapes précédentes. Le génie biologique nous permet de cultiver et d'inoculer des souches de microanismes (bactéries, levures ...) les plus favorables à la digestion de la matière organique et à sa minéralisation. Actuellement, pour le traitement des sédiments organiques tels que les vases, nous escomptons plus particulièrement sur l'action des bactéries aérobies strictes ou facultatives présentes sur le site et sur leur capacité à se reproduire sur le nouveau substrat issu du procédé, auquel elles seront mélangées de manière homogène. L'utilisation de la herse hydraulique permet d'injecter en profondeur des bactéries sélection nées ou indigènes (entrainées par le jet), ainsi que les composés nécessaires à leur dévetoppement, (oxygène et autres composés selon analyse) et d'obtenir une digestion de la matière organique dans la masse même du matèriau à traiter, ce qui représente une solution moins préjudidable pour renvironne- ment. L'étape biologique du procédé consiste à injecter et mélanger des souches sélectionnées de micro organismes dans les "boues conditionnées" et d'obtenir, de cette manière, des "boues conditionnées et inoculées". Dans le cas d'un sédiment à traiter comportant les caractéristiques physico-chimiques suffisantes au bon développement des microrganismes, L'étape mécanique sera combinée à rétape biologique, par le mélange de miavorganismes sélectionnés ou indigènes dans les "boues micronisées" afin d'obtenir des "boues micronisées et inoculées". Le procédé génère selon le type de sédiment à traiter, une gamme de dispositifs de mise en valeur du procédé dont il est donné deux exemples de réalisation (1 a) et (lob) à titre illustratif et non limitatif. La figure 1 est une vue latérale schématique, en coupe, du dispositif (la) de mise en valeur du procédé. La figure 2 est une vue apicale du dispositif (la) de mise en valeur du procédé. La figure 3 est une vue schématique du dispositif de mise en valeur du procédé et de ses relations avec l'unité de traction. La figure 4 est une vue latérale schématique, en coupe, du dispositif (lob) de mise en valeur du procédé Le dispositif de mise en oeuvre du procédé se compose d'un engin glissant, de type traîneau, monté sur patins (9), pourvu d'un chassis (8), sur lequel sont fixés des moyens mécaniques de tritura tion des sédiments (22), des moyens de distribution de produits de traitement chimique et des moyens de distribution de miavorganismes (23, 28) et d'un carter (10) englobant le chassis, ouvert sur sa partie basse arrière (18) et sur la totalité de sa partie infèrieure. Premier exemPle: Dans le cas d'un traitement sur des épaisseurs importantes de vase, (épaisseur pouvant dépasser 100 centimètres), ou pour le traitement de sites riches en éléments solides pouvant rompre les moyens mécaniques de trituration, le dispositif de mise en oeuvre du procédé (la) utilisera préférentiellement comme moyen mécanique de trituration, des moyens d'injection d'eau sous pression comportant des ajutages orientés vers le sol. La traction s'effectuera par un moyen terrestre (tracteur, bulSdozer...) ou flattant (bateau, cha land...),(2), qui sera attelé au dispositif (la) par deux anneaux (11) fixés sur le chassis (8). Le dispositif (la) pourra être doté d'un moyen de relevage hydraulique. Sur ces moyens de traction ou sur toute structure tirée par eux, sont disposés les doseurs de produits de traitement et de miavorganismes (3), la pompe (4) d'alimentation en eau sous pression du dispositif (ira), sa prise d'eau (5) et sa crépine (6) ainsi que les systèmes de production et de dosage de l'air ou de l'oxygène (25). L'introduction des produits de traitement et des miavorganismes, se fera sot en amont de la pompe, au niveau de la prise d'eau (5), dans la crépine de la pompe (6), tel qu'il il est représenté sur la figure 3, sot directement dans la canalisation flexible d'alimentation (,,,), reliant la pompe au dispositif (la). Sans changer le principe même du procédé, les pertes de charge dans la canalisation d'alimen -tation (7)seront contrecarrées en positionnant la pompe électrique sur la partie supèrieure dU chassis et d'alimenter directement le circuit inteme d'alimentation (16). Dans cette option, les produits de traitement dont l'oxygène et éventuellement les micro organismes, sont injectés directement dans le circuit inteme (16) ou à l'entrée de la pompe. Les produits et micro-organismes à injecter seront distribuées par les doseurs (3) en fonction d'une part du volume de matériaux à traiter, (Volume défini par le produit de la vitesse de traction, la largeur traitée mécaniquement et la profondeur de traitement) et d'autre part par leur composition physico- chimique. Le dispositif (la) se compose d'un chassis rigide (8), monté sur patins (9), le traitement se faisant sous le carter (10), entre les patins sur une largeur non limitative de un à deux mètres. Sur ce chassis, sont fixés les rampes de jets (12), afin que la sortie (14) de chaque ajutage (13), puisse être positionnée dans ou au dessus de la vase à traiter. Les rampes de jets, parallèles au sol, sont généralement positionnées perpendiculairement au sens de la traction afin que le traitement se fasse de manière homogène sur toute la largeur du disposi tif. Elles sont formées de tubes creux de diamètre variable, bouchés aux extrémités, (en général de 10 à 200 millimètres de diamètre) sur lesquels sont fixés ou vissés les ajutages, lesquels sont fabriquées en tube creux rigide de diamètre intèrieur adapté à la pression (2 à 20 millimètres) séparés les uns des autres de 50 à 150 millimètres. Ces dimensions ne sont pas limitatives et peuvent varier en fondion des sols et des traitements envisa ges. L'angle d'attaque des jets sur le sol peut entre changé par la rotation des rampes de jets au niveau des raccordements à vis et joints thorique (17) à la canalisation d'alimentation inteme (16) des rampes de jets à pression. Une fois l'angle d'attaque vers le sol réglé, les rampes sont fixées au chassis, à leurs extrémi- tés, par des colliers (19). Le chassis est englobé par un carter (10), muni d'une ouverture (18) sur toute la largeur de la partie basse de sa paroie arrière et sur une hauteur d'environ 10 centimètres. La canalisation d'alimentation exteme (n est raccordée par un raccord pompier ou à vis (15) au circuit inteme d'alimentation (16) des rampes d'hydro-jets (12). L'air ou l'oxygène, issus d'un compresseur ou d'une réserve (25), sont injedés après la pompe (4), dans la canalisation d'alimentation externe (7). A cet effet, un système de microbulleurs ou un système Venturi (Ait-Eau ou Oxygèrus eau), sera positionné à la sortie de la pompe (4), pour alimenter la canalisation (7). Dans ce cas, le dispositif (la) est caractérisé en ce que la distribution des produits de traitement chimi que et des micro organismes se fat par l'intermédiaire de moyens mécaniques de trituration par injec tion d'eau sous pression, à savoir par les ajutages (13) de la rampe de jets sous pression (12). Les matériaux utilisés pour la construction des dispositifs de mise en valeur du procédé sont choisis en fonction des critères de pression de la pompe (4), des ruptures par choc, de la corrosion et de la flexibilité nécessaire.( Tuyau à pression souple pour l'eau et l'air, en caoutchouc armé, en chlorure de polyvinyle renforcé d'une spirale...), pour le chassis, le carter, les circuits d'eau de dispositif de mise en oeuvre du procédé, seront utilisés des matériaux rigides tel que l'acier, le fer galvanisé,les matériaux composites... Deuxième exemDle: Dans le cas de traitement de vase à faible profondeur, le dispositif est caractérisé en ce que les moyens mécaniques de trituration sont de type herse, giro-broyeur, fraise, rotavator, bosse rotative ou tout moyen mécanique de trituration de sédiments (21), actionné si nécessaire, par un groupe moteur d'entrainement (22). Ces moyens mécaniques de trituration, préalablement marinisés, sont adaptés au chassis (8) monté sur patins (9) . La profondeur d'attaque des moyens mécaniques est préalablement réglée. Le dispositif (lob) est caractérisé en ce que la distribution des produits de traitement chimique et des micro-organismes se fat par l'intermédiaire de moyens mécaniques d'injection d'eau sous pression. Ainsi, les produits de traitement chimique et les microorganismes, préalablement dosés par les doseurs (3), sont acheminés de ces demiers au dispositif de traitement (1) par une canalisation externe souple (24) raccordée par un raccord à vis (I 5) au dispositif de traitement (1), puis injectés sous le carter (10), en tête du dispositif (1) par l'intermédiaire d'une rampe (23). Enfin, I'air ou l'oxygène sont injectés par l'intermédiaire d'une rampe (28), reliée à la canalisa tion d'alimentation (29), par un raccord (30), situé sur le carter. Les sorties de la rampe (28), trous ou ajutages de 1 à 5 millimètres de diamètre, séparés de 1 à 5 centimètres les uns des autres et disposés sur une ou plusieures lignes le long de la rampe (28) sont orientées vers le sol, vers le point d'attaque sur le sol du moyen mécanique utilisé. Ces dimensions sont indicatives. Le chassis, les patins et le carter sont identiques au dispositif de mise en oeuvre du procédé (la),aux adaptations près du groupe moteur d'entrainement (22) du moyen mécanique de trituration (21). Pour indication, les dimensions standard entre patins sont de 100 centimètres de large, sur 150 centimètres de long et 50 centimètres de haut. Ces dimensions sont indicatives et peuvent varier en fonction des moyens mécaniques utilisés et de leur nombre. AoDlications industrielles: D'une manière générale, I'application du procédé se fera en adaptant les dispositifs de mise en valeur du procédé aux conditions du site. Les zones de sédimentation des lagunes et des rivières demandent des traitements plus écologiques respectant au mieux le milieu environnant qui sont apportés par le procédés. Le procédé trouve une utilisation évidente pour le traitement des plages, les engins seront adaptés au niveau de l'envasement des sols. Des engins de plus grande envergure pourrons être développés pour le traitement de zones polluées sur des grandes surfaces, notamment par des polluants pétroliers ou industriels. REVENDICATIONS. 1- Procédé pour le traitement des sédiments aquatiques, naturels, industriels ou accidentels, carao térisé en ce qu'il consiste à opérer "in situ", à sec ou en pleine eau, selon trois étapes complémentaires, mécanique, chimique, biologique, pour transformer les dits sédiments en "boues micronisées,condiüon nées et inoculées en microorganismes",afin de permettre à la matière organique qui les composa, autre digérée et minéralisée par des micro-organismes sélectionnés et indigènes. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape mécanique consiste à utiliser des moyens mécaniques de trituration, transformant "in situ" et sur une profondeur préalablement établie se lon la profondeur d'action des dits moyens mécaniques, les sédiments et notamment les vases,en"boues micronisées", c'est à dire reduites en fines particules mélangées à l'eau. 3- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape chimique consiste à adjoindre et mélanger des produits chimiques aux "boues microniséesw issues de rétape mécanique, les transformant en "boues conditionnées" dont les caractéristiques ptiysicochimiques permettent de prolos ger la destructuration de la matière organique et de favoriser la digestion de cette demière par des micro organismes. 4- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape biologique con siste à injecter et mélanger des souches sélectionnées et indigènes de micro organismes dans les "boues conditionnées" pour obtenir des "boues conditionnées et inoculées". S Procédé selon l'une des revendications 1, 2 ou 4, caractérisé en ce que l'étape mécanique est combinée à l'étape biologique par le mélange de micro-organismes sélectionnées ou indigènes dans les "boues micronisées"issues de l'étape mécanique pour obtenir des "boues micronisées et inoculées". 6- Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon les revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il se compose d'un engin glissant, pourvu d'un chassis (8), sur lequel sont fixés des moyens mecg niques de trituration des sédiments (22), des moyens de distribution de produits de traitement chimique et des moyens de distribution de micro-organismes (23 ,28), et d'un carter (10) englobant le chassis, ouvert sur sa partie basse arrière (18) et sur la totalité de sa partie infèrieure. 7- Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendications 6, caractérisé en ce que les moyens mécaniques de trituration des sédiments, consistent à utiliser des moyens d'injection d'eau sous pression comportant des ajutages orientés vers le sol. 8 Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens mécaniques de trituration sont du type herse, rotavator, girobroyeur ou tout moyen mécanique de trituration de sédiments (21) actionné par un groupe moteur d'entrainement (22). 9 Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications de 6 ou 7, caractérise en ce que la distribution des produits de traitement chimique et des micro-organismes se fait par rintermé- diaire de moyens mécaniques d'injection d'eau sous pression. 1 Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la distribution des produits de traitement chimique et de microorganismes, se fat par l'intermédiaire de moyens mécaniques de trituration par injection d'eau sous pression.