Brevet FR2784094A1 — publié le 20000407

La présente invention se rapporte à un procédé de traitement de résidus biologique tels que les déjections, les litières, les fumiers, les lisiers ou autres ainsi qu'à un séparateur de phase pour la mise en ceuvre du procédé de traitement selon l'invention pouvant être utilisé pour d'autres procédés. s L'industrie de l'élevage produit énormément de résidus biologiques, et les méthodes naturelles d'élimination de ces résidus telles que l'épandage ou l'enfouissage ne suffisent plus. Des solutions ont été cherchées de manière à éliminer chimiquement ou biologiquement les composants les plus polluants de ces résidus, c'est-àdire notamment lo l'azote et le phosphore. Le brevet européen n 720 974 présente à ce titre un complexe bactérien comprenant cinq lactobacilles et quatre bacillus, tous non pathogènes, capables d'une part de réorganiser l'azote en utilisant de l'azote de type ammoniacal pour produire des protéines bactériennes endo et exo cellulaires et, d'autre part de contrôler la fermentation pour bloquer la production de gaz putrides. Le procédé selon l'invention présente toutes les étapes nécessaires à la mise en oeuvre du complexe bactérien. Il a été mis au point pour le complexe bactérien présenté dans le brevet européen n 720 974 et pour le traitement du lisier de porc mais il peut être étendu à d'autres produits bactériens équivalents comprenant une ou plusieurs bactéries et pour le traitement d'autres résidus biologiques tels que les déjections, les litières, les fumiers, ou autres, sans nécessairement faire oeuvre d'activité inventive. Le procédé selon l'invention est remarquable en ce qu'il comporte quatre étapes principales et une étape optionnelle: - une étape d'introduction régulière du produit bactérien dans les résidus biologiques, - une étape de dégradation des résidus biologiques et de réorganisation des substances polluantes grâce à l'action du produit bactérien, puis - une étape de tamisage en douceur et de séparation des phases liquides et solides du mélange avec un séparateur de phase d'un type particulier, puis - une étape de compostage de la phase solide, et éventuellement - une étape de décantation de la phase liquide dont le décantât solide peut être composté et le jus de décantation peut être traité ou épandu. En effet, les protéines produites par le complexe bactérien, bien que de poids moléculaire moyen, sont insolubles et elles peuvent être récupérées grâce à la mise en oeuvre de moyens physiques adaptés pendant l'étape de tamisage. La récupération des éléments figurés présents dans le lisier peut être effectuée par un tamisage doux qui respecte la structure spatiale des molécules. C'est pour cette raison que le demandeur a mis au point un séparateur de phase à tamis vibrant à double plateau. Ce séparateur de phase peut d'ailleurs être utilisé à d'autres fins que le tamisage de résidus biologiques ayant subi un traitement par un produit bactérien sans nécessairement faire oeuvre d'activité inventive. Il peut être utilisé dès qu'il est nécessaire d'opérer un tamisage doux préservant la structure spatiale des molécules. Dans le cas du traitement du lisier de porc par exemple, la taille des trous des o0 tamis est de l'ordre de 400 p puis 100 p de façon à ne laisser passer que les particules d'un diamètre effectivement inférieur. Par contre, pour le traitement des fumiers de vache, les tamis seront certainement moins fins. Dans le cas du traitement du lisier, le liquide résultant du tamisage a une matière sèche qui est fonction de celle du lisier avant tamisage. La fraction protéique de taille inférieure à 100p représentent environ 60 % de la totalité de la matière en suspension en période hivernale alors que du fait d'une activité bactérienne plus intense cette fraction protéique ne représente plus que 40 à 50% de la matière sèche initiale en période estivale. Le liquide en sorti de tamis se trouve donc débarrassé des éléments grossiers présentant une faible densité. Ces éléments permettent également par l'intermédiaire des différentes liaisons physico-chimiques, I'obtention d'un réseau empêchant la précipitation de la majeure partie des éléments à plus forte densité. Des essais comparatifs menés conjointement sur des lisiers non traités et des lisiers traités ont permis de vérifier qu'en l'absence de traitement avec le complexe bactérien le liquide issu du tamisage ne décante pas même après plusieurs jours Par contre, après tamisage, le liquide issu du tamisage d'un lisier traité avec le complexe bactérien décante très rapidement puisque l'on obtient en moins de 24 heures une matière sèche résiduelle inférieure à 1%. Des essais ont montré que les décanteurs linéaires étaient beaucoup mieux adaptés pour traiter ce genre de produit que les décanteurs verticaux. Cependant, derrière un décanteur plat, il peut être envisagé un décanteur conique axial pour entraîner la précipitation des éléments figurés résiduels. La mise en oeuvre des différentes phases du procédé conduit à l'obtention d'un jus de décantation ayant perdu plus de 85% de sa matière sèche initiale. Le volume de liquide se trouve ainsi diminué de 36% au minimum et le volume des boues extraites après décantation représente 22,3% du liquide à l'entrée du décanteur, comme illustré page 7. En période hivernale, le jus de décantation contient moins de 39% de l'azote initial, comme illustré page 8, et l'azote organique (de type protéique) est éliminé à plus de 86%, ce qui démontre bien l'ampleur de la modification de structure des éléments contenant de l'azote. Les essais faits sur un lisier non traité mettent en évidence que, même avec des 0o matières sèches beaucoup plus élevées, l'épuration de l'azote organique est inférieure à %. Ce jus très peu chargé en matière organique ne diffuse plus d'odeur désagréable et peut être aisément stocké dans une fosse en vue de l'épandage. Il est également possible d'envisager la reprise de ce jus pour un traitement plus complet de l'azote. Le phosphore est également un élément dont il convient de se débarrasser pour éviter les risques d'eutrophisation des cours d'eau Les résultats illustrés ci-après page 9 mettent parfaitement en lumière l'incidence prépondérante de la décantation pour un lisier traité. En effet, si après tamisage, il reste 75% du phosphore initial dans la phase liquide, après décantation, le liquide ne contient plus qu'au maximum 10% du phosphore initial. En ce qui concerne les lisiers non traités par un produit bactérien, cette élimination est au maximum de 55%. 2s Si la potasse n'est pas considérée comme un produit dont les excès constituent un risque important, sa concentration dans les lisiers de porcs est souvent très importante et il est donc intéressant de pouvoir en éliminer de la phase liquide. Après décantation, la quantité de potasse ne se trouve plus dans le liquide résiduel qu'à un maximum de 60% par rapport aux quantités initiales, comme illustré page 10. La fraction solide obtenue après tamisage composte sans difficulté à condition qu'un taux de matière sèche minimum de 12% soit respecté. L'utilisation du produit bactérien permet d'améliorer le principe de compostage. Le complexe bactérien présenté dans le brevet européen n 720 974 est un système bactérien aérobie - anaérobie facultatif. Il est donc inutile lorsqu'on utilise ce dernier de procéder a des retournements successifs de la fraction solide pour obtenir un compostage de bonne qualité. Cette propriété assure un bon respect de l'environnement car le non retournement des tas pendant la phase de composte permet d'éviter les dégagements gazeux au moment de la destruction des andains et la libération de gaz nauséabonds Le traitement des boues de décantation s'avère plus difficile car celles-ci ont un taux initial de matière sèche faible ( environ 7%) incompatible avec une mise en compostage en l'état. Cependant, les taux de matière organique et d'azote sont compatibles avec un compostage à condition de remonter le taux de matière sèche autour io de 15%. On peut alors, soit mélanger les boues de décantation à la phase solide en cours de compostage, soit assécher les boues et les incorporer ultérieurement au compost Tant la phase solide que les boues de décantation ne génèrent d'odeurs pouvant nuire à la qualité de l'environnement. RESULTATS MOYENS SYNTHESE Poids Azote Azote Azote Phosphore Potasse Matière total organique ammoniacal total totale sèche Lisier brut 44030 127421 46 272 81 149 118 802 107 976 185 908 Phase liquide 36109 96 533 27 167 69 398 88 966 95 911 95 413 Liquide surnageant 28057 48 885 6 273 42 612 5 942 64 846 24 931 Phase solide 8350 34 529 21 042 13 405 36 743 21 597 98 659 Décantât solide 9221 54 097 25 204 28 893 87 907 23 975 72 539 MOYENNE Poids Azote Azote Azote Phosphore Potasse Matière total organique ammoniacal total totale sèche Lisierbrut 44030 2,9 1,1 1,8 2,7 2,5 4,2 Phase liquide 36109 2,7 0,8 1,9 2,5 2,7 2,6 Liquide surnageant 28057 1,7 0,2 1,5 0,2 2,3 0,9 Phase solide 8350 4,1 2,5 1,6 4,4 2,59 11,82 Décantât solide 9221 5,87 2, 73 3,13 9,53 2,60 7,87 RENDEMENT Poids Azote Azote Azote Phosphore Potasse Matière total organique ammoniacal total totale sèche Lisier brut 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% Après tamisage (1) 18,0% 24,2% 41,3% 14,5% 25,1% 11,2% 48,7% Apres décantation (2)36,3% 61,6% 86,4% 47, 5% 95,0% 39,9% 86,6% ]5 (1) Quantités produites par la phase solide (2) Quantités produites par la phase solide et par le décantât solide Ainsi, pour 1m3 de lisier, quelle que soit sa teneur initiale en N, P, K, on obtient au maximum: - après séparation de phase; 0,82 m3 de fraction liquide contenant 2,7 U N / m3 2,5 UP/m3 2,0 U K/ m3 0, 18 m3 de fraction solide composté puis exporté, c'est-à-dire transporté et utilisé dans une zone moins sensible à l'épandage et à l'enfouissage ou mis en valeur. Cette exportation permet de réduire de 45% la surface du plan d'épandage lo nécessaire. - après séparation de phase et décantation: 0,64 m3 de fraction liquide contenant: 0,8 U N/ m3 0,2 U P/ m3 2,3 U K/m3 1 5 0,36 m3 de fraction solide et décantât, composté puis exporté. Cette exportation permet de réduire de 70% la surface du plan d'épandage nécessaire. D'autres avantages ressortiront de la description faite ci-après de l'invention à titre purement explicatif en référence aux figures annexees: - la figure 1 illustre un schéma séquentiel du procédé selon l'invention, - la figure 2 illustre un schéma du dispositif réalisant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - la figure 3 illustre une vue de côté du séparateur de phase selon l'invention, - la figure 4 illustre une vue arrière du séparateur de phase selon l'invention sans le muret ni le vibrateur, - la figure 5 illustre un exemple de dispositif de fixation des cadres des tamis au châssis vibrant par des glissières, et - la figure 6 illustre une vue en coupe d'un répartiteur de liquide. f --- ÉVOLUTION DES VOLUMES 1 m3 de lisier brut traité avec ELYSE Sépraton e phase Refus de Fraction tamisage liquide 0.180 nm3 0.820 m3 Decantato l l Décantat Jus de décantation J22,3 % du liquide de tamisage 77,7% du liquide de tamisage 0.183 m3 l. 0. 637 m3 t_ _ _. Total matière à composter Total liquide 0.363 m3 0.637 m3 36.3 % du lisier brut 63.7 % du lisier brut ÉVOLUTION DE L'AZOTE Lisier brut 2.9 kg/m3 IY Séparation e phase Refus de Fraction tamisage liquide 4.14 U/m3 2. 70 U/m3 soit 0.7 kg soit 2.2 kg I Y) 4 Decantation l I Décantat Jus de décantation A 22.3 O du liquide de tamisage 77.7 % du liquide de tamisage 5.8 U/m3 soit 1.1 kg 1.8 UIm3 soit 1.1 kg Total matière a composter Total liquide 1.79 kg pour 0. 363 m3 1.11 kg pour 0.637 m3 soit 61,6 % de l'azote initial soit 38.4 % de l'azote initial ÉVOLUTION DU PHOSPHORE Lisier brut 2.7 kg/m3 /araton pas Refus de Fraction tamisage liquide 4.40 U/m3 2. 50 U/m3 soit 0.65 kg soit 2-05 kg Décantation Décantat ( Jusdedécantation 3 o du liquide de tamisage 9.53 UIm3 soit 1.92 kg Total matière à composter Total liquide 2.57 kg pour 0.363 m3 0.13 kg pour 0.637 m3 soit 95 % du phosphore initial soit 5 % du phosphore initial ÉVOLUTION DE LA POTASSE Lisier brut 2.45 kg/m3 Sparat on de phase Refus de Fraction tamisage liquide 2.59 U/m3 2.66 U/m3 soit 0.40 kg soit 2.0 kg X+.,.. Décantation 4 I Décantat Jus de décantation 22,3 % du liquide de tamisage 77,7 % du liquide de tamisage 2.60 U/M3 Soit 0.50 kg j 2.31 U/M3 Soit 1.47 kg I Total matière à composter Total liquide 0.98 kg pour 0.363 m3 1.47 kg pour 0.637 m3 soit 40 % de la potasse initiale soit 60 % de la potasse initiale Le procédé selon l'invention illustré figure 1 est un procédé de traitement de résidus biologiques (1) tels que les déjections, les litières, les fumiers, les lisiers ou autres, caractérisé en ce qu'il comporte successivement les étapes de (10)- introduction d'un produit bactérien (2) comprenant une ou plusieurs bactéries dans les résidus biologiques (1) afin de former un mélange (11); (20) - traitement des résidus biologiques (1) par ledit produit bactérien (2) (30) - tamisage en douceur du mélange (11) et séparation du mélange (11) en une phase solide (31) et une phase liquide (32); et 0o (40) - compostage de la phase solide (31). Le procédé peut en outre comporter une étape (50) de décantation de la phase liquide (32) en un décantât solide (51) qui peut être composté et un jus de décantation (52), et une étape (60) de traitement complémentaire du jus de décantation (52) par osmose inverse ou biologique. Pour une meilleure efficacité du produit bactérien, il est conseillé d'opérer l'étape (10) d'introduction du produit bactérien (2) dans les résidus biologiques (1) environ une fois par semaine afin de limiter la libération de certaines molécules sous l'action de la flore incontrôlée véhiculée par l'air. Le produit bactérien (2) ne doit pas être pathogène, du fait de sa présence sur le site d'élevage. La dose recommandée dans le cas d'un traitement avec le complexe bactérien présenté dans le brevet européen n 720 974 est de l'ordre de 15 g par mètre carré de caillebotis et par semaine dans les sites d'élevage. L'étape (40) de compostage opérée dans l'unité de traitement présente une durée de 8 à 12 semaines. Les meilleurs résultats étant obtenus pour une durée de 60 jours. Ensuite, le compost issu de l'étape (40) de compostage peut subir soit une étape (70) d'épandage, soit une étape (80) d'export, c'est-à-dire de transport vers un centre de valorisation qui peut l'utiliser immédiatement pour amender le sol ou l'emballer pour permettre sa distribution. Cette étape (80) d'export est facilitée par le fait, d'une part que le compost est inodore et, d'autre part, que seule la matière sèche utile est transportée, diminuant d'autant les coûts. Le jus de décantation (52) peut subir soit une étape (60) de traitement complémentaire visant à le valoriser, soit une étape (70) d'épandage. Le procédé selon l'invention est particulièrement performant. En effet, si on considère le cas d'un élevage porcin comprenant 250 truies, trois cycles de travail d'environ 121 jours chacun seront suffisants pour traiter les 4 900 m3 de lisier produits dans l'année. Chaque cycle comprend alors environ - 46 jours de tamisage à raison de 12 heures de fonctionnement du séparateur de phase par jour, le séparateur ayant un débit d'entrée d'environ 3 m3/heure, - 60 jours de compostage et, - 15 jours disponibles pour le transfert du compost, le nettoyage... Le dispositif réalisant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention illustré figure 2 comporte: - un ou plusieurs bâtiments (3) o est opérée régulièrement l'étape (10) d'introduction du produit bactérien (2) dans les résidus biologiques (1), - une fosse de traitement (21), pour opérer l'étape (20) de traitement des résidus biologiques (1) du mélange (11) par le produit bactérien (2), - un séparateur de phase (330) monté sur un châssis (340) pour la réalisation de l'étape (30) de tamisage en douceur et de séparation de phase, - une pompe (350) chargée d'approvisionner le séparateur de phase en mélange (11) et - une unité de traitement (4) comportant une aire de compostage (41) de préférence couverte pour la réalisation de l'étape (40) de compostage. Dans le cas o l'on choisit d'opérer également l'étape (50) de décantation de la fraction liquide (32), il est nécessaire de prévoir aussi une fosse de décantation (53). Les fosses de traitement (31) et de décantation (53) ainsi que l'aire de compostage (41) peuvent être réalisées en béton. Le mélange (11) n'étant pas homogène, il est préférable de prévoir une pompe à variation de vitesse par convertisseur de fréquence pour aspirer le mélange (11). Le séparateur de phase (330) selon l'invention illustrée figures 3 et 4 est du type comportant un vibrateur (341) fixé sur le châssis (340) chargé de faire vibrer le châssis vibrant (360). Le séparateur de phase (330) selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte deux tamis inclinés de quelques degrés (2 à 5 ), un tamis supérieur (370), et un tamis inférieur (371) plus fin que le tamis supérieur (370) disposés l'un au dessus de l'autre sur le châssis vibrant (360). Le châssis vibrant (360) du séparateur de phase (330) comporte en outre des fentes (361) pour permettre de régler l'inclinaison des tamis (370,371). De préférence, dans le cas du traitement du lisier de porc, le tamis supérieur (370) retient toutes les particules dont la taille est supérieure à 400 pm, et le tamis inférieur (371) retient toutes les particules dont la taille est supérieure a 100 pm. Chacun des tamis est disposé sur un raidisseur (372) constitué d'une tôle régulièrement perforée, et l'ensemble est monté sur un cadre (373). Les tamis devant être retirés régulièrement du châssis vibrant (360) afin de procéder à leur nettoyage et à leur changement, chaque cadre (373) est maintenu au châssis vibrant (360) d'une part par deux rails (374) coulissant dans deux glissières (362) et d'autre part par deux vis (363) situées aux extrémités arrières, comme illustré figure 5. 1o Pour favoriser la transmission des vibrations, la taille des glissières (362) diminue de l'arrière vers l'avant. Les glissières (362) maintiennent ainsi fermement les rails (374). Dans une version préférée de l'invention, le séparateur de phase (330) est également muni d'un répartiteur (380) illustré figure 6 chargé de répartir le mélange (11) véhiculé par la pompe (350) sur le tamis supérieur (370). Pour ce faire, le répartiteur est muni d'un caniveau (381) délimité d'une part par la paroi du répartiteur (382) et d'autre part par un rebord (383). Ainsi, le mélange (11) aspiré par la pompe dans la canalisation et refoulé dans le tuyau d'alimentation (384) se déverse par l'intermédiaire de la bouche (385) dans le caniveau (381). Lorsque le caniveau est plein, le mélange déborde au dessus du rebord, se répartit sur le plan incliné (386) et se déverse doucement sur toute la largeur du tamis supérieur (370). La phase liquide (32) filtrée par les tamis est ensuite collectée dans un bac collecteur (342) et évacué par un tuyau d'évacuation (343) vers la fosse de décantation (53). La phase solide (31) est récoltée dans la partie basse des tamis et est évacuée par un convoyeur à bande (390) vers l'aire de compostage (41). Le convoyeur à bande (390) est solidaire du châssis (340) du séparateur de phase (330) mais peut être déplacé par rotation, comme illustré en pointillé figure 3 afin de permettre la libération des tamis (370,371) pour le nettoyage ou le changement. Selon une version préférée de l'invention, le séparateur de phase (330) comporte des moyens permettant de le déplacer le long d'un muret (42) séparant la zone o est opérée la phase de traitement de l'aire de compostage, comme illustré figure 4. Le châssis (340) du séparateur de phase est mobile suivant le muret (42) grâce d'une part à l'adjonction de roues pleines (344) sous les pieds avant (345) du châssis (340) et d'autre part à l'adjonction de roues à gorge (346) sous les pieds arrières (347). Pour faciliter le nettoyage, l'entretien et la longévité, la structure du séparateur de phase (330) est réalisée en acier inoxydable. Le séparateur de phase objet de la présente invention a été décrit dans une application mettant en oeuvre un procédé de traitement des résidus biologiques spécifique. Il doit être compris que ce séparateur de phase pourra être utilisé pour d'autres procédés de traitement sans qu'il soit nécessaire pour l'homme de l'art de faire oeuvre d'activité inventive. 2784094 REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de résidus biologiques (1), tels que les déjections, les litières, les fumiers, les lisiers ou autres, caractérisé en ce qu'il comporte successivement les étapes de: (10) - introduction d'un produit bactérien (2) comprenant une ou plusieurs bactéries dans les résidus biologiques (1) afin de former un mélange (11); (20) - traitement des résidus biologiques (1) par ledit produit bactérien (2); (30) tamisage en douceur du mélange (11) et séparation du mélange (11) en une phase solide (31) et une phase liquide (32); et (40) - compostage de la phase solide (31). 2. Procédé de traitement de résidus biologiques (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape (50) de décantation de la phase liquide (32) en un décantât solide (51) et un jus de décantation (52). 3. Procédé de traitement de résidus biologiques (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape (60) de traitement complémentaire du jus de décantation (52). 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, du type comportant un séparateur de phase (330) a châssis vibrant (360), caractérisé en ce qu'il comporte deux tamis inclinés, un tamis supérieur (370), et un tamis inférieur (371) plus fin que le tamis supérieur (370) disposés l'un au dessus de l'autre sur le châssis vibrant (360). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit châssis vibrant (360) comporte des fentes (361) pour permettre le réglage de l'inclinaison des tamis (370,371). 6. Dispositif selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que le tamis supérieur (370) retient toutes les particules dont la taille est supérieure a 400 pm et le tamis inférieur (371) retient toutes les particules dont la taille est supérieure à 1 00pm. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ledit châssis vibrant (360) comporte des glissières (362) pour le maintien des tamis (370,371). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que ledit séparateur de phase (330) comporte un répartiteur (380) de mélange (11). 16 2784094 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que ledit séparateur de phase (330) comporte un convoyeur à bande (390) pour évacuer la phase solide (31). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que ledit séparateur de phase (330) monté sur le châssis (340) est mobile suivant un muret (42);