Brevet FR2770227A1 — publié le 19990430

COMPOSITION BIOLOGIQUE POUR EPURER DES EFFLUENTS AQUEUX ET DES BOUES ET SON PROCEDE DE MISE EN OEUVRE ET D'ENSEMENCEMENT. L'invention se rattache au secteur technique du traitement des liquides renfermant des substances polluantes du type minéral et/ou organique. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, qui ne doit cependant pas être considéré comme rigoureusement limitative, pour le traitement de l'eau de lavage en circulation dans les cabines de peinture à rideau d'eau. Généralement, une cabine de peinture constitue un poste de travail partiellement fermé à l'arrière et sur les côtés, le produit ou autre à peindre étant disposé en regard de la face arrière. La projection de peinture en tant que telle s'effectue de manière manuelle ou robotisée. La face arrière de la cabine est agencée pour permettre la circulation d'un film d'eau. L'eau de circulation est pompée dans un bac de réception, fonctionnant en circuit fermé et ruisselle le long du ou des panneaux qui constituent la face arrière de la cabine. L'eau permet de capter les particules de produits non fixés par la pièce, lors de l'application de la peinture. L'eau en circulation se charge donc de solvant, de pigments, et de liants et autre matières de charges, caractéristiques des peintures. On retrouve ainsi la partie minérale de la formulation (charges et pigments minéraux) ainsi que la partie organique (résines, liants et charges organiques) et, dans une moindre mesure, la partie solvante (organique). Il en résulte une charge progressive de cette eau de lavage ainsi qu'un encrassement de tous les équipements de la cabine, parmi lesquels on peut citer le rideau d'eau, les goulottes, la bac de réception, la pompe, les tuyaux, les chicanes... Pour tenter de remédier à cet encrassement qui est très rapide et proportionnel à la quantité de peinture projetée, on utilise généralement des additifs chimiques du type floculants et dont la fonction est de faire perdre au produit leur aspect collant, et de les agglomérer soit au fond, soit en surface du bac de réception. Les floculants sont distribués par une pompe doseuse ou mis manuellement. n est donc nécessaire de ramasser les matières en suspension qui apparaissent dans l'eau du bac collecteur, afin d'évacuer journellement les flocs récupérés, afin de les détruire dans des installations d'incinération spécifiques. Le ramassage et l'écrémage des flocs rassemblés par des produits chimiques de coagulation nécessitent un changement périodique de l'eau ainsi qu'une évacuation des boues. Ceci nécessite du temps, et la présence de contenants récupérateur au plus près du poste de travail. On observe également que les floculants n'interviennent que pendant la phase liquide et n'ont pas d'action de nettoyage sur les parties encrassées par les accumulations de produits polluants. Il est donc nécessaire dans certains cas, de démonter les parties amovibles du rideau d'eau, en vue de son nettoyage et de son curage pour garder à la cabine ses qualités de ventilation. On conçoit que cette intervention peut avoir des conséquences néfastes sur les temps de production. L'invention s'est fixée pour but de remédier à ces inconvénients de manière simple, sûre, efficace et rationnelle. Le problème que se propose de résoudre l'invention est d'utiliser un poste de travail et son eau de circulation pour dégrader au moyen d'une population adaptée de micro-organismes toutes les substances organiques contenues dans les peintures et autres, et récupérées dans le film d'eau. En effet, la connaissance de plus en plus précise des métabolismes bactériens et de leur utilisation en épuration, permet de surmonter certains préjugés sur les potentialités et la fiabilité des techniques biologiques. Généralement, le rapport de base retenu pour qualifier les potentialités d'un système biologique en fonction des applications industrielles était limité à un niveau de demande chimique en oxygène, inférieur ou égale à trois fois la demande biologique en oxygène sur cinq jour. Or, il est apparu que des microorganismes sélectionnés pour leur tropisme à dégrader certaines molécules dans un milieu conditionné, peuvent opérer des transformations beaucoup plus complètes et plus poussées amenant à une décomposition quasi totale des polluants en gaz carbonique eau et azote gazeux. On sait par ailleurs, que les traitement biologiques utilisent des microorganismes qui se développent dans le milieu à épurer, en consommant la matière organique. Cette consommation peut se réaliser en présence ou en absence d'oxygène de sorte que les procédés biologiques sont aérobics ou anaérobics. Selon l'invention, le procédé de traitement biologique est du type aérobic. Selon l'invention, compte tenu du problème posé à résoudre qui est de pouvoir dégrader toutes les substances organiques que peut présenter une eau en circulation, au moyen d'une population adaptée et sélectionnée de microorganismes, on a conçu et mis au point une composition biologique, qui comprend: - au moins un mélange de bactéries spécialisées contenant une base micro-organique de règne animal et une base phyto-organique, - un mélange de bactéries à spectre d'action large fixées sur des supports minéraux du type poreux et floculants pour constituer une biomasse active, - des éléments d'équilibre sous forme de nutriments. La base micro-organique est présente selon une proportion d'environ 80% par rapport à la base phyto-organique présente dans des proportions d'environ 20%. Les bactéries spécialisées présentent un titrage d'au moins 107 en germes au gramme. Les bactéries à spectre d'action large présente une concentration en germes au gramme à 104. Les produits bactériens sélectionnés pour la composition biologique, dans les conditions indiquées ci-dessus, sont formulés à partir de microorganismes non pathogènes, tels que définis par la norme AFNOR NFX 42.040 de Mars 1990, le décret 94352 du 4 Mai 1994 et l'arrêté du 10 Juillet 1994. Ces micro-organismes appartiennent au groupe 1, tel que défini par l'article R23 l -61 du décret 94-352 et sont des souches sauvages non génétiquement modifiées. Dans ces conditions, la base micro-organique de règne animal est constituée principalement d'espèces issues des germes suivants, dans des proportions égales ou sensiblement égales - Bacillus subtilis - Pseudomonas putida, - Pseudomonas cepacia - Pseudomonas fluorescens, - Phanerochaete chrysosporium tandis que la base phyto-organique est principalement constituée à parts égales ou sensiblement égales, de - Rhizopus Arrizus, - Disporotrichum dénorphoporum, Les supports minéraux sont des carbonates de calcium dans des proportions d'environ 50 % et des argiles du type bentonite dans des proportions d'environ 50 %. Les carbonates de calcium sont sélectionnés pour leur très grande surface développée compte tenu de leur caractère micro poreux tandis que les argiles sont sélectionnées compte tenu de leur capacité à faire office de rassembleur et de décolorateur. Les éléments d'équilibre nutritifs sont de l'azote, du phosphore, des oligo éléments en particulier du magnésium. L'application industrielle de la composition biologique selon les caractéristiques de l'invention, notamment pour l'épuration des effluents aqueux et de boues, nécessite, comme il sera indiqué dans la suite de la description, de respecter certaines règles, au niveau notamment du programme d'ensemencement, du contrôle des paramètres d'équilibre (azote et phosphore) et de l'apport au départ, des nutriments indispensables au métabolisme bactérien. Comme indiqué, l'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour le traitement biologique des cabines de peinture à rideau d'eau, comme il ressort des figures des dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'une cabine de peinture à rideau d'eau. La figure 2 est une vue en coupe à caractère schématique montrant le principe de fonctionnement d'une cabine de peinture à rideau d'eau, et montrant l'application de la composition biologique selon l'invention. De manière connue, une cabine de peinture comprend pour l'essentiel, un panneau de fond (1) agencé pour créer un film d'eau en regard duquel sera disposé l'objet à peindre. L'eau est puisée au moyen d'une pompe (2) dans un bac de récupération (3) pour être envoyée au niveau supérieur du fond (1), afin de le soumettre à une circulation continue de l'eau. On obtient donc un circuit fermé pour la circulation de l'eau, assurant ainsi un balayage continu du fond (1) de la cabine qui constitue un rideau d'eau. Ces dispositions ne sont pas décrites en détail car, d'une part, elles ne font pas partie de l'objet spécifique de l'invention et, d'autre part, elles sont parfaitement connues pour un homme du métier. Selon l'invention, il est apparu important d'assurer une bonne oxygénation du liquide dans lequel sera introduite la composition biologique. Par exemple, dans le cas d'une cabine de peinture du type de celle illustrée figure 1, il est nécessaire de prévoir dans le fond du bac de récupération (3), en dessous du rideau d'eau (1), une rampe (5) de diffusion d'air alimentée par exemple, par un surpresseur 0,5 à 1 bar. Il est important que le taux d'oxygène dissout se trouve au minimum à 2 mg/l d'oxygène dissout en phase lorsque l'eau n'est plus en circulation et à 6 mg/l +0,2 en -0 séquence de travail. A noter, dans le cas d'un bac de récupération de grande dimension, qui équipe certaines cabines de peinture, que l'oxygénation peut s'effectuer d'une manière naturelle. On vérifie simplement que pendant les séquences d'arrêt, le milieu ne soit pas en anoxie (absence d'oxygène). Avant le décrire le programme d'ensemencement de la composition biologique, on rappelle que cette dernière comprend au moins un mélange de bactéries spécialisées contenant une base micro-organique et une base phyto organique, et un mélange de bactéries à spectre d'action large, fixées sur des supports minéraux du type poreux et floculants pour constituer une biomasse active. Les bactéries spécialisées qui sont sélectionnées pour présenter un titrage d'au moins 107 en germes au gramme, sont constituées principalement d'espèces issues des germes suivants: - Bacillus subtilis, - Pseudomonas putida, - Pseudomonas cepacia, - Pseudomonas fluorescens, - Phanerochaete chrysosporium. afin de constituer la base micro-organique de règne animal et par les espèces suivantes: - Rhizopus Arrizus, - Disporotrichum dénorphoporum, afin de constituer la base phyto-organique. A noter que les différentes espèces, aussi bien pour la base microorganique que pour la base phyto-organique, sont introduites dans des proportions égales ou sensiblement égales, mais la nature exacte des produits prêts à l'emploi à dégrader peut faire varier cette règle. Les micro-organismes répondant aux caractéristiques ci-dessus, sont fixés sur des supports minéraux en poudres hygroscopiques. Ces supports peuvent être des roches zéolhites des bentonites des carbonates de calcium d'origine marine. Ces différents produits sont connus et référencés. Si l'on considère le programme d'ensemencement en tant que tel, après vérification de l'oxygène présent dans le bac récupérateur (3), et après vérification du niveau du pH qui va se trouver dans une zone neutre, comprise entre 7,5 et 8,5 environ, la mise en place de la composition biologique s'effectue dans les formes et conditions chronologiques définies ci-après. Les bactéries spécialisées sur les composés difficilement dégradables, sont éveillées dans de l'eau entre 20 et 350C pendant lu+30 . Pour réaliser cet éveil, on peut utiliser un réacteur assurant le brassage et l'oxygénation pendant la durée et à la température souhaitées. Cet éveil peut également être effectué manuellement, à raison de 50g de mélange considéré dans un litre d'eau à température, en agitant ce mélange, trois ou quatre fois pendant le temps d'éveil. Si la composition met en oeuvre plus d'un mélange de bactéries spécialisées, ces derniers sont éveillés séparément avant leur introduction dans le bac de récupération ou autre contenant l'eau. De même, leur titrage bactérien doit être de 107 minimum en germes au gramme. En ce qui concerne les bactéries à spectre d'action large, et associées à une plus forte proportion de nutriments de départ, ces dernières sont introduites directement et sans éveil dans le bac de récupération (3). Leur titrage bactérien se situe à 104 en germes au gramme. Les éléments d'équilibre, sous forme de nutriments, d'azote, de phospore et d'oligo éléments sont eux aussi introduits directement dans le bac (3). Le rapport azote-phosphore est de 1 0,5 mg/l pour le phosphore et 6+2 mg pour l'azote comparé à une valeur de 200mg/l de demande chimique en oxygène brute d'un échantillon liquide prélevé en régime de croisière après le temps d'arrêt hebdomadaire de la cabine. Ce prélèvement d'environ ll d'eau est effectué au centre du bac de récupération, très sensiblement à 2cm en dessous de la surface de l'eau. Le rétablissement de l'équilibre est réalisé avec de l'urée technique du commerce et du phosphate disodique anhydre également du commerce. On rappelle que 2,35 g d'urée apportent lg d'azote, tandis que 5g de phosphate disodique anhydre apportent lg de phosphore. Dans le cas d'une application de la composition biologique au traitement de l'eau en circulation dans une cabine de peinture, la maintenance pour cette application, peut être exposée comme ci-après: Au départ et pendant les huit premiers jours, l'eau en circulation de la cabine se charge de particules de peinture de sorte que le bac de récupération (3) présente en surface, des plaques flottantes de produits non dégradés. A ce stade, le travail de dégradation bactérien n'est pas encore optimisé. Ces plaques flottantes disparaissent au bout d'une dizaine de jour, la transformation en matière organique étant complète. Après le programme d'ensemencement tel que décrit, on introduit chaque semaine, un dosage de bactéries spécialisées et éveillées séparément, de bactéries fixes, et de nutriments correspondant à un jour du programme d'ensemencement. Tous le trois mois, un prélèvement d'un litre d'eau du bac est réalisé avant le démarrage d'un cycle hebdomadaire de travail. Ce prélèvement est effectué au centre du bac à environ 2cm de la surface. On renvoie au tableau ci-après, qui donne un exemple du programme d'ensemencement et d'application de la composition biologique pour environ lm3 d'eau en considérant que 25kg de peinture sont envoyés journalièrement dans le rideau d'eau, de la cabine de peinture. On rappelle que 25kg de peinture appelée dans la profession (Produit Prêt à l'Emploi P.A.E.) récupérés dans l'eau en circulation correspondent à 50kg de produit de peinture appliqué au moyen d'un pistolet au niveau du poste de travail. Dans ce tableau: - Cl correspond à un mélange de bactéries spécialisées à base microorganique de règne animal et phyto-organique, - C2 correspond à un mélange de bactéries spécialisées à base microorganique de règne animal et phyto-organique, - C3 correspond à un mélange de bactéries à spectres d'actions larges, moins concentrées sur supports poreux associés à des nutriments logés dans les pores du substrat, - N correspond à l'élément d'équilibre sous forme de nutriment. - P correspond a un prélèvement, - PHD correspond au phosphate disodique, - R correspond au passage en réacteur d'éveil, - UT correspond à de l'urée technique - V correspond à un contrôle visuel. Dans cet exemple, la composition biologique est donc réalisée à partir de deux mélanges de bactéries spécialisées. JOURS JOURS CONTROLE QUANTITES EN GRAMMES CALENDER OUVRABLES PAR APPLICAnON R R 1 1 C1=50 C2=50 C3=100 N=800 UT=25 PHD=10 2 2 Cl =50 C2=50 C3=200 N=300 UT=50 PHD=20 3 3 Cl=50 C2=50 C3=200 N=300 UT=50 PHD=20 4 4 C1=80 C2=80 C3=800 N=500 UT=100 PHD=50 5 5 p 6 7 8 6 P C1=80 C2=80 C3=800 N=500 UT=100 PHD=50 9 7 C1=80 C2=80 C3=800 N=500 UT=100 PHD=50 10 8 il 9 12 10 V 13et14 15 11 P C1=80 C2=80 C3=800 N=500 UT=îOO PHD=50 16 12 17 13 18 14 19 15 V 20et21 22 16 P à partir du 16 jour ouvrable et 1 foistsemaine le lundi Cl =80 C2=80 C3=300 UT3500 PHD=200 On rappelle que les mélanges de bactéries spécialisées (C1 et C2) sont éveillés séparément en réacteur (1H à 1H30), tandis que les bactéries (C3), les nutriments (N), l'urée technique (UT) et le phosphate disodique (PHD) sont introduits, ensemble, directement dans le bac. A noter que dans des cas de fortes charges, l'urée et le phosphate seront mis en deux fois (lundi et mercredi). Les dosages hebdomadaires restent identiques. Les caractéristiques de l'invention, tant au niveau de la composition biologique en tant que telle, que de son procédé d'application, permettent de surmonter les préjugés normalement admis en matière de traitements biologiques. En effet, il apparaît selon l'invention, que le rapport de la demande chimique en oxygène sur la demande biologique en oxygène est de 8/1, ce qui devrait interdire un travail biologique classique s'attaquant en priorité à la demande biologique en oxygène. La charge polluante est à la fois très rapide et très élevée, pendant la période d'application de la peinture, créant ainsi, au milieu d'accueil, un taux de nocivité qui pourrait être impropre à toute action de micro-organismes. Selon l'invention, ces deux problèmes ne se rencontrent pas si l'on considère le savoir faire en matière de préparation et d'introduction de l'inocolum pendant la période critique d'ensemencement. En régime de croisière, la perreinité des performances est directement liée aux éléments de contrôle périodiques permettant de corriger et donc d'optimiser les paramètres incontournables qui sont l'oxygène dissout, le pH, le dosage azote total par rapport au phosphore total, la surcharge en matières en suspension, la présence accidentelle de biocides. On observe également que les boues récupérées au dernier stade en quantité moindre, constituent des charges minérales qui peuvent trouver une filière d'élimination ou de réemploi moins onéreuse et plus sécurisante. Comme indiqué, la composition biologique, selon les caractéristiques de l'invention et selon son procédé d'ensemencement trouve une application particulièrement avantageuse pour le traitement de l'eau de ruissellement d'une cabine de peinture. A titre privé, des essais ont été effectués sur toutes les peintures solvantes et hydrosolubles afin de vérifier la validité du procédé appliquant la composition biologique et son procédé d'ensemencement tels que définis. Il apparaît qu'en fin de cycle de dégradation, seule la partie minérale des pigments et charges contenus dans les peintures, apparaît dans le fond du bac. En charge pondérale, cela va de 6 à 20 % selon les types de peintures, et en fonction de la matière sèche. Pour la partie organique, cela se traduit par une transformation complète amenant au stade final CO2-H20. La capacité de dégradation est exprimée par un indice de performance représentée par la quantité de peinture prête à l'emploi, passant dans un rideau d'eau récupérée dans un bac de lm3. Des essais effectués sur une durée de 24 mois ont permis de constater une dégradation à 99% de l'organique pour 25kg de peinture par jour, absorbées sur un rideau d'eau couplé avec un bac à récupérateur de lm3. Cette cabine de peinture fonctionnant 8h par jour et 5 jours ouvrables par semaine utilise 50 kg de produits P.A.E. par jour. On se réfère à la figure 2 qui montre, par une vue à caractère purement schématique, un exemple d'installation pour l'application du procédé de traitement biologique à une cabine de peinture à ruissellement d'eau. A cet égard, toutes les fonctions de contrôle d'alimentation et autres, peuvent être entièrement automatisées. Les avantages ressortent bien de la description, en particulier on souligne et on rappelle: - l'auto-nettoyage permanent du poste de travail, - la qualité de résultat obtenu, - la suppression des tâches liées au nettoyage en tant que tel, - l'abaissement de la production de boues en fonction des pourcentages de matières organiques présentes dans les peintures. REVENDICATIONS -1- Composition biologique pour épurer des effluents aqueux et des boues, caractérisée en ce qu'elle comprend: - au moins un mélange de bactéries spécialisées contenant une base microorganique de règne animal et une base phyto-organique, - un mélange de bactéries à spectre d'action large fixées sur des supports minéraux du type poreux et floculants pour constituer une biomasse active, - des éléments d'équilibre sous forme de nutriments. -2- Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que les bactéries spécialisées présentent un titrage d'au moins 107 en germes au gramme, la base micro-organique étant présente selon une proportion de 80% par rapport à la base phyto-organique présente dans des proportions d'environ 20%. -3- Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que les bactéries à spectre d'action large présente une concentration en germes au gramme à 104. -4- Composition selon la revendication l, caractérisée en ce que la base micro-organique est un mélange principalement constitué d'espèces issues des genres suivants: - Bacillus subtilis, - Pseudomonas putida, - Pseudomonas cepacia, - Pseudomonas fluorescens, - Phanerochaete chrysosporium. -5- Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que la base phyto-organique est un mélange de souches suivantes: - Rhizopus Arrizus, - Disporotrichum dénorphoporum, -6- Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que les supports minéraux sont des carbonates de calcium dans des proportions d'environ 50 % et de argiles du type bentonite dans des proportions d'environ 50 %. -7- Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments d'équilibre nutritifs sont de l'azote, du phosphore, des oligo éléments. -8- Procédé pour la mise en oeuvre de la composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans un bac de récupération de l'effluent en circulation, caractérisé en ce que: - on éveille séparément le ou les mélanges de bactéries spécialisées, - on introduit, après éveil ,le ou les mélanges dans le bac, - on introduit directement les bactéries à spectre d'action large, - on introduit directement les éléments d'équilibre nutritif. -9- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on éveille séparément le ou les mélanges dans de l'eau entre sensiblement 20 et 350C pendant sensiblement 1H +301 en réalisant une opération de brassage et d'oxygénation. - 10- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le rapport azote phosphore est de 1+ mg/l pour le phospore et de 6 +2 mg/l pour l'azote pour 200 -0 +2 mg/l de demande chimique en oxygène au stade brute. -l 1- Procédé selon la revendication 9, caractérisé par un pH de l'eau entre 7,8 et 8,5. -12- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on oxygène le milieu pour développer et entretenir une population aérobic. -13- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les nutriments d'équilibre sont introduits chaque semaine dans le bac avant le démarrage à raison de lkg par lm3 d'eau en circulation. -14- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'introduction de la composition pour lm3 d'eau en circulation recevant 25 kg/jour de matière organique s'effectue selon les proportions suivantes: îr jour: 50 g d'un mélange de bactéries spécialisées Cl ouvrable 50 g d'un mélange de bactéries spécialisées C2 100 g d'un mélange de bactéries à spectre d'action large C3 300 g d'éléments nutritifs 25 g d'urée technique 10 g de phosphate disodique 2è jour: 50 g d'un mélange de bactéries spécialisées Cl éveillé en réacteur ouvrable 50 g d'un mélange de bactéries spécialisées C2 éveillé en réacteur 200 g d'un mélange de bactéries à spectre d'action large C3 300 g d'éléments nutritifs 50 g d'urée technique 20 g de phosphate disodique 3è jour: 50 g d'un mélange de bactéries spécialisées Cl ouvrable 50 g d'un mélange de bactéries spécialisées C2 200 g d'un mélange de bactéries à spectre d'action large C3 300 g d'éléments nutritifs 50 g d'urée technique 20 g de phosphate disodique 4è jour: 80 g d'un mélange de bactéries spécialisées Cl ouvrable 80 g d'un mélange de bactéries spécialisées C2 800 g d'un mélange de bactéries à spectre d'action large C3 500 g d'éléments nutritifs 100 g d'urée technique 50 g de phosphate disodique 6è jour: 80 g d'un mélange de bactéries spécialisées Cl ouvrable 80 g d'un mélange de bactéries spécialisées C2 800 g d'un mélange de bactéries à spectre d'action large C3 500 g d'éléments nutritifs 100 g d'urée technique 50 g de phosphate disodique 7è jour: 80 g d'un mélange de bactéries spécialisées Cl ouvrable 80 g d'un mélange de bactéries spécialisées C2 800 g d'un mélange de bactéries à spectre d'action large C3 500 g d'éléments nutritifs 100 g d'urée technique 50 g de phosphate disodique A partir du 1 6è jour ouvrable, une fois par semaine le lundi au démarrage: 80 g d'un mélange de bactéries spécialisées Cl 80 g d'un mélange de bactéries spécialisées C2 300 g d'un mélange de bactéries à spectre d'action large C3 500 g d'urée technique 200 g de phosphate disodique - 15 Application de la composition, telle que définie selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, à une cabine de peinture à circulation d'eau présentant un rideau ou circule ladite eau récupérée dans un bac soumis à une action d'oxygénation naturelle ou forcée.