Brevet FR2729381A1 — publié le 19960719

PROCEDE ET INSTALLATION D'EPURATION D'UN EFFUJEW CONTENANT DES DECHETS ORGANIQUES La présente invention concerne un procédé et une installation d'épurer tion d'un effluent contenant des déchets organiques. Elle concerne égalaent l'application dudit procédé au traitement des déjections organiques animales. Les procédés connus du genre en question combinent des traitements physiques, chimiques ou physico-chimiques d'épuration qui consistent génEra- lement en - une première étape de séparation liquide/solide du type tanisage; - une deuxième étape physicchimique du type coagulation-floculation; - une troisième étape physique du type ultra-filtration a membrane suivie d'une phase d'osmose inverse. La première étape est toujours une phase de séparation liquide/solide gros sière. La deuxième étape, qui utilise de grosses quantités d'adjuvants chimiques, ne permet pas de descendre en dessous de 2 g/l de matières solides en suspension dans l'effluent et de passer au dessus d'un taux de siccité des matières solides extraites de 10%. Le premier chiffre (2 g/l) conduit à un taux d'encrassement des filtres élevé dans l'étape d'ultrafiltration, donc à des nettoyages et des change latents de filtres plus fréquents. Le deuxième (1ou) conduit à l'obligation d'une opération supplémentaire de déshydratation des matières solides extraites de manière a porter ce chiffre à une valeur au moins égale à 20% qui correspond à la limite pour un bon silotage et pelletage desdites matières. La troisième étape, d'un type classique, qui fonctionne sur la base d'un principe de concentration, conduit également à un taux d'encrassement des filtres élevé donc à des nettoyages et des changements de filtres plus fréquents. L'invention vise donc à réaliser un procédé, qui ne combine que des traitements physiques, et une installation - supprimant l'étape de séparation liquide/solide grossière; - remplaçant l'étape physico-chimique (coagulation-f loculation) par une étape de séparation liquide/solide entiérement physique, du type décantation centrifuge, de manière à économiser les adjuvants chimiques, à réduire le taux des matières solides en suspension (économies dégagées dans l'étape suivante) et à accroitre le taux de siccité pour supprimer l'étape de déshydratation; - maintenant l'étape d'ultra-filtration et d'osmose inverse mais en la faisant fonctionner selon un principe de non concentration pour économiser également sur les filtres (nettoyages et changements) dans l'étape en q qoe tion. L'économie globale dégagée avec le procédé et l'installation selon l'inven- tion par rapport au procédé connu sus-mentionné, est de l'ordre de 50X par m' d'effluent traité. Avec un tel procédé - tous les déchets solides extraits sont valorisés et peuvent etre utilisés directement par exemple comme amendement agricole; - le perméat obtenu en phase finale peut être rejeté directement dans le milieu naturel ou recyclé (faible teneur en DBO/DCO) L'invention a ainsi pour objet un procédé d'épuration d'un effluent contenant des déchets organiques caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en oeuvre les opérations d'épuration physiques successives suivantes :: - on soumet I 'effluent à une opération de décantation centrifuge qui permet la séparation liquide/solide de manière à obtenir, d'une part, un filtrat qui comporte un taux maximun de 1 g/l de matières solides en suspension et, d'autre part, des matières solides extraites qui comportent un taux de siccité égal ou supérieur à 20% de manière à les rendre directement et i edia- tement utilisables pour le silotage et le pelletage; - on soumet le filtrat (ou centrat) ainsi obtenu à une opération d'ultra filtration suivie d'une opération d'osmose inverse de manière à obtenir un perméat directement et immédiatement jetable en l'état dans la nature; et en ce que les opérations d'ultra-filtration et d'osmose inverse sont effectuées sans la moindre concentration autrement dit en maintenant automatiquement, d'une part, le débit du trop-plein de la cuve d'ultra-filtration égal à celui du perméat sortant du filtre correspondant et,d'autre part, le débit du trop-plein de la cuve d'osmose inverse égal à celui du per eat sortant du filtre correspondant. L'opération d'ultra-filtration fait partie des techniques séparatives à membranes dont la force de transfert est un gradient de pression. L'opération d'osmose inverse fait partie également des techniques séparatives à membranes. L'efficacité de la séparation peut être ajustée par le choix des membranes ou des pressions. Le procédé selon l'invention se caractérise également en ce que - dans l'opération d'ultra-filtration, le volume du rétentat obtenu est égal à 8 fois celui du perméat (ou ultra-filtrat) obtenu à la sortie du filtre correspondant; - dans l'opération d'osmose inverse, le volume du rétentat obtenu est égal à 8 fois celui du perméat obtenu à la sortie du filtre correspondant; - le volume du perméat obtenu dans la phase d'osmose inverse est égal â la moitié du volume du perméat obtenu dans la phase d'ultra-fitration. L'invention a également pour objet une installation d'épuration d'un effluent contenant des déchets organiques qui se caractérise en ce qu'elle comporte en série - un moyen de séparation liquide/solide du type centrifugeuse par décantation apte à fournir, d'une part, un filtrat (ou centrat) qui comporte un taux maximun de 1 g/l de matières solides en suspension et, d'autre part, des matières solides extraites qui comportent un taux de siccité égal ou supérieur à 20% de manière à les rendre directement et ieédiaterent utilisables pour le silotage et le pelletage; - des moyens d'ultra-filtration et d'osmose inverse aptes à fournir un perméat directement et immédiatement jetable en l'état dans la nature. L'installation selon l'invention se caractérise également en ce que : - les pompes de gavage et de circulation et la vanne, associées aux moyens d'ultra-filtration, sont dimensionnées et réglées pour rendre, d'une part, le débit du perméat (ou ultra-filtrat) égal à celui du trop-plein et, d'autre part, le débit du rétentat égal à 8 fois celui dudit perméat; - les pompes de gavage et de circulation et la vanne, associées aux oyons d'osmose inverse sont dimensionnées et réglées pour rendre, d'une part, le débit du perméat égal à celui du trop-plein et, d'autre part, le débit du rétentat égal à 8 fois celui dudit perméat; ; - les pompes de circulation et de gavage et les vannes, associées respectivement aux moyens d'ultra-filtration et d'osmose inverse, sont réglées pour rendre le débit du perméat sortant du filtre d'osmose inverse égal à la moitié du débit du perméat sortant du filtre d'ultra-filtration. L'invention a également pour objet une application du procédé et de l'installation au traitement des effluents contenant des déchets organiques et plus particulièrement au traitement des déjections organiques animales. Les caractéristiques et les avantages de l'invention vont apparaître plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un iode de réalisation préféré de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et représenté au dessin annexé (figure unique) qui est une vue de principe du procédé et de l'installation associée. L'effluent à épurer (a), contenu dans la fosse de vidange (1), est pompé par une pompe (2), selon un débit (b), jusqu a une centrifugeuse (3) qui effectue une opération (A) de séparation liquide/solide, du type décantation centrifuge, de manière à obtenir un filtrat, ou centrat, (e), apte à subir des étapes ultérieures de filtration, et des matières solides extraites (c) aptes à être évacuées, par l'intermédiaire d'un transporteur à bande (4), pour être directement utilisées pour le silotage et le pelletage. L'opération (A) est effectuée en continu et l'expérience, dont les données et les résultats sont communiqués ci-après, a été effectuée àpartir d'une centrifugeuse décanteuse du type GUINARD D-18 du commerce sur la base d 'une vitesse de rotation de 7000 tours/minutes, pour un nombre de g (9,81) égal à 4930 et pour une puissance absorbée de 7 KW. Alors qu'une opération de coagulation-floculation classique conduit aux résultats suivants - teneur en matières solides en suspension dans l'effluent (MES) : 2 g/l minimun; - siccité des matières solides extraites : au plus égale à 10Z; l'opération de séparation liquide/solide selon la décantation par centrifuge gation conduit aux résultats nouveaux suivants - teneur en MES : 1 g/l maximun; - siccité correspondante : égale ou supérieure à 20%. Un taux de MES au plus égal à 1 g/l conduit, dans les étapes suivantes de filtration, à des économies au niveau des surfaces des membranes utilisées, de leur fréquence de nettoyage et de leur remplacement (durée de vie sur rieure). Une siccité égale ou supérieure à 20% conduit à la suppression de l'étape de déshydratation des matières solides qui est onéreuse (investissement et main-d'oeuvre) puisque le produit en question est directement utilisable en l'état. En outre la suppression de l'étape de coagulation-floculation conduit à une économie importante directement liée à la suppression des adjuvants chiai; ques. A titre d'exemple, pour la seule étape (A), comparée à une étape physico- chimique du type coagulation-floculation, vie précédée d'une étape de séparation physique liquide/solide du type tamisage, 1 'économie est d'envi- ron 40% par m' d'effluent traité (lisier de porc par exemple) en prenant en compte l'économie des adjuvants chimiques et de la main d'oeuvre. A cette économie s'ajoute celle liée aux étapes suivantes (ultra-filtration et osmose inverse), que nous allons analyser maintenant, ce qui porte à environ 50X l'économie réalisée sur l'ensemble du procédé (15 à 18 F/i' d'effluent traité par le procédé selon l'invention contre 30 à 35 F/m' par un procédé physico- chimique suivi d'une étape d'ultra-filtration et d'osmose inverse). L'étape (A) obéit à la formule : b = c + e L'effluent (e) issu de l'opération (A) est transmis à une cuve (5), comportant un trop-plein (g) qui retourne à la fosse (1), pour être acheminé, par l'intermédiaire d'une pompe de gavage (6), à un filtre (7) à membrane, de type connu, pour y subir une opération de micro et d'ultra-filtration (B) susceptible d'utiliser indifféremment tout type de membrane (organique, au carbone, minérale). Le filtre (7) est associé à - une pompe de circulation (8); - une boucle de circulation (h); - deux manomètres (9) et (10) indiquant la pression des deux côtés du filtre UF de manière à déterminer le taux d'encrassement de ce dernier ainsi que la fréquence de nettoyage; - une boucle de retour (f) à la cuve (5); - une vanne (11) réglant la pression dans le circuit UF; - une sortie (i) du perméat UF (ou ultra-filtrat). L'étape (B) obéit aux formules - g = i ce qui signifie que le trop-plein (g) renvoyé dans la fosse (1) est égal au débit du perméat (i); - f = 8i ce qui signifie, avec la précédente, que l'opération (B) n'effectue aucune concentration contrairement aux procédés connus, en particulier physico-chimiques, qui effectuent une concentration (de l'ordre de 2 à 2,5). Le principe de la non concentration au niveau de l'étape (B) a pour avants ges - la réduction des fréquences de lavage des filtres (1 fois par mois au lieu de 1 fois par jour généralement) avec une économie de main-d'oeuvre et de produits de lavage; - l'accroissement de la durée de vie des membranes; - la possibilité d 'utiliser des membranes organiques moins chères car leur durée de vie est limitée à 100 lavages environ. L'effluent (i) issu de l'opération (B) est transmis à une cuve (12), comportant un trop-plein (j) qui retourne à la fosse (1), pour être acheminé, par l'intermediaire d'une pompe de gavage (13), à un filtre (14) à membrane d'osmose inverse,de type connu, pour y subir une opération d'osmose inverse (C) susceptible d'utiliser également tout type de membrane. Le filtre (14) est également associé à - une pompe de circulation (15); - une boucle de recirculation (1); - deux manomètres (16) et (17) indiquant la pression des deux côtés du filtre OI de manière à déterminer le taux d'encrassement de cé dernier et la fréquence de nettoyage; - une boucle de retour (k) à la cuve (12); - une vanne (18) réglant la pression dans le circuit OI; - une sortie (m) du perméat OI qui peut être rejeté en l'état dans la nature. L'étape (C) obéit aux formules suivantes - j = m ce qui signifie que le trop-plein (j) renvoyé dans la fosse (1) est égal au débit du perméat (m); - k = 8 i ce qui signifie, avec la précédente, que l'opération (C) nteffec- tue aucune concentration contrairement aux procédés connus. Le principe de la non concentration au niveau de l'étape (C) induit les mêmes avantages que ceux analysés pour l'étape (B) précédente. Les trop-pleins (g) et (j) empruntent la même canalisation de retour (d). Le système ainsi décrit obéit également aux formules suivantes : -d=g+j =i+m - i = j + m = 2m - e = i + g = 2i = 4 - b = e + c = 2i + c = 4m + c A titre non limitatif, l'expérience a été réalisée avec les pressions suivantes - manomètre (9) : 2,5 à 4,5 bars - manomètre (10) : 4 à 6 bars - manomètre (16) : 23 à 48 bars - manomètre (17) : 25 à 50 bars Les cuves (5) et (12) comportent des vannes de vidange (19) et (20). Le procédé et l'installation selon l'invention peuvent être utilisés pour épurer tous les effluents contenant des déchets organiques comme par exemple des déjections organiques animales (lisiers de porcs par ex-ple). L'ensemble fonctionne en continu et peut être adapté a toute capacité d'effluent à traiter. REVENDICATIONS 1- Procédé d'épuration d'un effluent (b) contenant des déchets organiques, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en oeuvre les opérations d'épuration physiques successives suivantes : - on soumet i 'effluent (b) à une opération de décantation-centrifuge (A) qui permet la séparation liquide/solide de manière à obtenir, d'une part, un filtrat (e) qui comporte un taux maximun de 1 g/l de matières solides en suspension et, d'autre part, des matières solides extraites (c) qui comportent un taux de siccité égal ou supérieur à 20X de manière à les rendre directement et immédiatement utilisables pour le silotage et le pelletage;; - on soumet le filtrat ainsi obtenu (e) à une opération d'ultra-filtration (B) suivie d'une opération d'osmose inverse (C) de manière à obtenir un perméat (m) directement et i médiatement jetable en l'état dans la nature; et en ce que les opérations d'ultra-filtration (B) et d'osmose inverse (C) sont effectuées sans la moindre concentration autrement dit en maintenant automatiquement, d'une part, le débit (g) du trop-plein de la cuve d'ultra- filtration (5) égal à celui (i) du perméat sortant du filtre (7) correspondant et, d'autre part, le débit (j) du trop-plein de la cuve d'osmose in- verse (12) égal à celui (m) du perméat sortant du filtre (14) correspondant. 2- Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans l'opération d'ultra-filtration (B), le volume du rétentat (f) obtenu est égal à 8 fois celui du perméat (i) obtenu à la sortie du filtre (7) correspondant. 3 Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans l'opération d'osmose inverse (C), le volume du rétentat (k) obtenu est égal à 8 fois celui du perméat (m) obtenu à la sortie du filtre (14) cor respondant. 4- Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume du perméat (m) obtenu dans la phase d'osmose inverse (C) est égal à la moitié du volume du perméat (i) obtenu dans la phase d'ultra-filtration (B). 5 Installation d'épuration d'un effluent (b) contenant des déchets organiques, caractérisée en ce qu'elle comprend en série - un moyen de séparation liquide/solide (3) du type centrifugeuse par décantation apte à fournir, d'une part, un filtrat (e) qui comporte un taux maximun de 1 g/l de matières solides en suspension et, d'autre part, des matières solides extraites (c) qui comportent un taux de siccité égal ou supérieur à 20X de manière à les rendre directement et immédiatement utilisables pour le silotage et le pelletage; - des moyens d'ultra-filtration (5,7) et d'osmose inverse (12,14) aptes à fournir un perméat (1) directement et immédiatement jetable en l'état dans la nature. 6- Installation, selon la revendication 5, caractérisée en ce que les pompes de gavage (6) et de circulation (8) et la vanne (11), associées aux moyens d'ultra-filtration (5,7), sont réglées pour rendre, d'une part, le débit du perméat (i) égal à celui du trop-plein (g) et, d'autre part, le débit du rétentat (f) égal à 8 fois celui du perméat (i). 7- Installation, selon la revendication 5, caractérisée en ce que les pompes de gavage (13) et de circulation (15) et la vanne (18), associées aux moyens d'osmose inverse (12,14), sont réglées pour rendre, d'une part, le débit du perméat (m) égal à celui du trop-plein (j) et, d'autre part, le débit du rétentat (k) égal à 8 fois celui du perméat (I). 8- Installation, selon la revendication 5, caractérisée en ce que les pompes de gavage (6) et (13), les pompes de circulation (8) et (15), les vannes (11) et (18), associées respectivement aux moyens d'ultra-filtration (5,7) et d'osmose inverse (12,14), sont réglées pour rendre le débit du perméat (m) sortant du filtre d'osmose inverse (14) égal à la moitié du débit du perméat (i) sortant du filtre d'ultra-filtration (7). 9; Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et de l'installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, au traitement des effluents contenant des déchets organiques et plus particulièrement au traitement des déjections organiques animales.