Brevet FR2795398A1 — publié le 20001229

La présente invention concerne un procédé et une installation pour le traitement d'effluents agricoles. Bien que la description concerne essentiellement le lisier d'animaux, notamment le lisier de porc, on comprendra que la présente invention s'applique également à tout type d'effluents agricoles, par exemple, des eaux vertes et/ou blanches issues d'élevage bovins, ou des effluents vinicoles, etc. Les effluents agricoles, même les moins chargés en matières ou éléments fertilisants, ne peuvent être rejetés directement dans le milieu naturel. Pour pouvoir être épandus ou irrigués sur de faibles surfaces, ils doivent au préalable être traités pour réduire leur charge polluante. Si l'on considère le lisier, notamment le lisier de porc rejeté par des installations d'élevage qui est un effluent très chargé, ce traitement peut être réalisé par voie biologique, ce qui permet d'éliminer une partie des composés azotés qu'il contient et, ce, en fonction de la quantité globale de lisier à épandre et de la surface d'épandage dont on dispose. Un tel traitement biologique d'effluents agricoles très chargés, en l'occurrence du lisier de porc, consiste en un procédé qui est mis en oeuvre selon deux étapes distinctes. D'une part, une étape de nitrification où les composés ammoniacaux contenus dans le lisier sont transformés, en présence de micro-organismes aérobies, en nitrates et, d'autre part, une étape de dénitrification subséquente où les nitrates issus de la précédente étape sont maintenant transformés, en présence de micro-organismes anaérobies, en azote gazeux qui peut alors s'échapper dans l'air ambiant. Un tel procédé de traitement apporte une réponse tout à fait satisfaisante à la résorption de l'azote, mais ne permet pas l'élimination du phosphore contenu en relativement grande quantité dans les effluents agricoles, notamment le lisier de porc. Il en résulte que cet effluent traité, du fait de sa concentration en phosphore, ne peut pas être épandu en quantité suffisante pour que les cultures puissent valoriser la quantité globale produite. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de traitement d'effluents agricoles qui permette non seulement la résorption de l'azote excédentaire, mais également la résorption du phosphore de manière que le liquide épuré résultant de ce traitement puisse être épandu en relativement grande quantité. Le but de l'invention est également de permettre l'utilisation d'un co-produit contenant le phosphore en tant qu'amendement. Dans le cas des effluents agricoles les moins chargés, le but de l'invention est quelque peu différent et consiste à permettre une filtration de l'effluent, de façon à ce que sa surface d'épandage nécessaire soit réduite de manière conséquente. Selon une caractéristique de l'invention, un procédé de traitement d'effluents agricoles consiste a) à traiter lesdits effluents dans un lit de séchage constitué d'une fosse dans laquelle sont superposés une couche drainante et un substrat dans lequel sont plantées des plantes macrophytes, b) à récupérer l'eau de percolation par la couche drainante, et c) à éliminer la couche de boue qui décante au-dessus du substrat en fin de traitement. Selon une autre caractéristique de la présente invention, ledit procédé consiste à mettre en oeuvre, préalablement à l'étape a) ci-dessus, un traitement de nitrification- dénitrification. Selon une autre caractéristique de la présente invention, ledit procédé consiste à laisser décanter lesdits effluents avant leur traitement sur ledit lit de séchage et à n'utiliser pour l'étape a) que les boues biologiques issues de ladite décantation. La présente invention concerne également une installation de traitement d'effluents agricoles pour la mise en oeuvre du procédé. Selon une caractéristique de l'invention, elle comporte un lit de séchage constitué d'une fosse remplie d'une couche drainante et d'un substrat dans lequel sont plantées des plantes macrophytes. Selon une autre caractéristique de l'invention, le substrat est constitué d'un mélange de terre et de sable. Selon une autre caractéristique de l'invention, entre la couche drainante et le substrat, est prévue une membrane d'isolation perméable à l'eau. Selon une autre caractéristique de l'invention, la couche drainante est constituée de graviers, par exemple, de granulométrie de quelques millimètres. Selon une autre caractéristique de l'invention, dans la couche drainante est prévu au moins un drain. Selon une autre caractéristique de l'invention, au-dessus de la fosse est montée une serre prévue de manière à permettre une circulation d'air au-dessus du lit de séchage. Selon une autre caractéristique de l'invention, elle comporte un réacteur biologique dans lequel est mis en oeuvre un traitement de nitrification-dénitrification effectué préalablement au traitement dans ledit lit de séchage. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite installation comporte une fosse qui est située en amont dudit lit et qui est prévue pour laisser décanter ledit effluent. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue schématique d'une installation de traitement d'effluents agricoles selon l'invention, et la Fig. 2 est une vue en coupe d'un lit de séchage d'une installation de traitement d'effluents agricoles selon l'invention. La description qui suit concerne essentiellement une installation d'effluents agricoles très chargés en matières ou éléments fertilisants. Il peut par exemple s'agir de lisier de porc. L'installation du traitement d'effluents agricoles représentée à la Fig. 1 comprend donc essentiellement une fosse 10 de réception desdits effluents agricoles dans laquelle ils sont stockés et dans laquelle ils sont brassés au moyen d'un brasseur 11 pour assurer une bonne homogénéïté. Cette installation comporte encore un réacteur biologique 20 dans laquelle l'effluent agricole pompé de la fosse de réception 10, au moyen d'une pompe immergée 12, est soumis à un processus biologique d'élimination de l'ammoniac qu'il contient. Le réacteur 20 est pourvu de moyens d'aération, tels que des turbines lentes d'aération 21 qui sont prévues pour flotter à la surface de l'effluent en cours de traitement. Dans le réacteur biologique 20, deux étapes distinctes sont mises en oeuvre successivement. D'une part, une étape de nitrification qui est réalisée par des micro organismes aérobies spécifiques en présence d'oxygène apporté par les turbines 21 mises en fonctionnement et qui va permettre de transformer les composés ammoniacaux contenus dans l'effluent agricole en nitrates (N03) et, d'autre part, une étape de dénitrification réalisée subséquentement par des micro-organismes anaérobies, cette fois-ci en l'absence d'oxygène (les turbines 21 sont alors hors- marche) et qui va permettre de transformer les nitrates (N03-) issus de l'étape de nitrification en azote gazeux N2 qui est alors émis dans l'air ambiant. Ainsi, après traitement dans le réacteur 20, 70 % de l'azote initialement présent dans un effluent agricole, tel que du lisier de porc, ont été éliminés. De plus, cet effluent traité a la propriété de décanter en deux sous-produits distincts : d'une part, des boues biologiques qui concentrent l'essentiel des éléments fertilisants et qui représentent environ 40 % du volume initial et, d'autre part, le surnageant qui est une eau faiblement chargée et qui représente environ 60 % du volume initial. L'installation comporte encore un lit de séchage 30 dans lequel les effluents traités et pompés du réacteur biologique 20 au moyen d'une pompe 22 sont séparés en ses éléments solides et liquides. Les éléments liquides sont récupérés dans une lagune 40. Quant aux éléments solides, ils sont séchés sur un lit de séchage 30. On notera que dans le cas d'effluents agricoles moins chargés, notamment en matières azotées, le réacteur biologique 20 peut s'avérer ne pas être nécessaire et être donc supprimé. On a représenté à la Fig. 2 une coupe d'un lit de séchage 30 selon l'invention. Ce lit de séchage 30 est essentiellement constitué d'une fosse 31 dont les parois peuvent être constituées en un matériau étanche à l'eau, comme par exemple du béton ou une membrane plastifiée. Dans le fond de la fosse 31, se trouve une couche drainante 32, par exemple, constituée de graviers, de granulométrie de quelques millimètres, à travers laquelle circule au moins un drain 33 qui permet de collecter les percolats. Au- dessus de la couche de graviers 32, on trouve une membrane d'isolation 34 perméable à l'eau, par exemple constituée de géotextile sur laquelle repose un substrat 35. La membrane 34 établit l'interface entre la couche drainante 32 et le substrat 35 en évitant qu'ils se mélangent l'un à l'autre, mais en permettant le passage de l'eau de percolation. Le substrat 35 est par exemple constitué de terre limono-argileuse mélangée à du sable. Il fait office simultanément de support filtrant et de support pour l'enracinement de plantes macrophytes 36 telles que des phragmites ou des typhas, etc. A la sortie du ou des drains 33, est prévu un regard de collecte 37 qui est relié via une canalisation appropriée à la lagune 40 de stockage des liquides (voir Fig. 1). Quant aux boues qui ont décanté sur le substrat 35, elles constituent une couche 38 asséchée en cours de traitement. Le fonctionnement du lit de séchage 30 est le suivant. L'eau contenue dans l'effluent traité et pompé du réacteur 20 percole au travers du substrat 35 lentement le long des tiges des plantes 36 et atteint alors la couche drainante 32. Là, elle est récupérée par le ou les drains 33 où elle s'écoule en direction du regard de collecte 37. Quant aux parties solides de l'effluent traité qui ont décanté de sorte à former la couche 38, elles sèchent et se minéralisent sous l'effet conjugué d'un phénoméne de drainage, d'un phénomène d'évapotranspiration et d'un transfert d'oxygène induit par les plantes 36 plantées dans le substrat 35. L'effluent traité et pompé du réacteur 20 est déversé dans le lit 30 environ une fois par semaine. Après que quelques apports ont été ainsi réalisés, il s'avère que la surface du substrat 35 est colmatée par les parties traitées qui ont décanté et qu'elle devient alors imperméable à l'eau. On a cependant pu constater que pour les apports ultérieurs, le ressuyage des boues et la percolation de l'eau sont alors assurés par l'intermédiaire des tiges des plantes 36 plantées dans le substrat 35. De plus, les plantes 36 contribuent à la minéralisation des boues en favorisant le transfert d'oxygène. Ce procédé dans le lit 30 peut également s'appliquer aux boues biologiques qui résulteraient d'une phase de décantation mise en oeuvre dans une fosse spécifique (non représentée) située entre le réacteur 20 et le lit 30 de manière subséquente au traitement de nitrification-dénitrification qui a lieu dans le réacteur 20. Les résultats suivants ont pu être obtenus sur une installation conforme à celle qui vient d'être décrite. Pendant une première phase d'un mois, les plantes 36 se sont développées dans le lit de séchage 30. Puis sur une période d'environ 100 jours, le lit 30 a été alimenté avec 35 m3 de lisier traité préalablement dans le réacteur biologique 20 comme indiqué ci-dessus. On a pu obtenir un produit solide à 15 % de matière sèche et 0,9 % de P205. On a également obtenu un liquide très clair à 0,4 % de matière sèche et seulement 0,03 % de P205. On a pu ainsi constater un taux de capture du phosphore estimé à environ 80 %. Pour augmenter la faculté de séchage du lit de séchage 30, on a prévu une serre 39 qui permet, d'une part, de collecter les eaux de pluie et éviter que celles-ci n'atteignent la couche de boue 38 et, d'autre part, d'augmenter la température à l'intérieur de la fosse 31. Cette élévation de température facilite la croissance des plantes 36 et également accroît le phénomène d'évapotranspiration induit par les plantes 36. Une circulation d'air est prévue sous la serre 39 afin d'évacuer l'eau générée par cette évapotranspiration. La serre 39 est par exemple ouverte à ses deux extrémités La serre 39 est représentée en pointillés à la Fig. 2 dans la mesure où elle est facultative. Par ailleurs, la serre 39 comporte des moyens pour être escamotée de manière à permettre l'extraction des boues de la couche 38 à la fin du processus de traitement. REVENDICATIONS 1) Procédé de traitement d'effluents agricoles, caractérisé en ce qu'il consiste a) à traiter lesdits effluents dans un lit de séchage (30) constitué d'une fosse (31) dans laquelle sont superposés une couche drainante (32) et un substrat (35) dans lequel sont plantées des plantes macrophytes (36), b) à récupérer l'eau de percolation par la couche drainante (32), et c) à récupérer la couche de boue qui décante au-dessus du substrat (35) en fin de traitement. 2) Procédé de traitement d'effluents agricoles selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, préalablement audit traitement sur ledit lit de séchage (30), à mettre en oeuvre un traitement de nitrification-dénitrification. 3) Procédé de traitement d'effluents agricoles selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à laisser décanter les effluents avant leur traitement sur ledit lit de séchage, et à n'utiliser pour l'étape b) que les boues biologiques issues de ladite décantation. 4) Installation de traitement d'effluents agricoles pour la mise en oeuvre du procédé selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un lit de séchage (30) constitué d'une fosse (31) remplie d'une couche drainante (32) et d'un substrat (35) dans lequel sont plantées des plantes macrophytes (36). 5) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le substrat (35) est constitué d'un mélange de terre et de sable. 6) Installation selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce qu'entre la couche drainante (32) et le substrat (35) est prévue une membrane d'isolation (34) perméable à l'eau. 7) Installation de traitement d'effluents agricoles selon une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que la couche drainante (32) est constituée de graviers, par exemple, de granulométrie de quelques millimètres. 8) Installation de traitement d'effluents agricoles selon une des revendications précédentes 4 à 7, caractérisée en ce que dans la couche drainante (32) est prévu au moins un drain (33). 9) Installation de traitement d'effluents agricoles selon une des revendications 4 à 8, caractérisée en ce qu'au-dessus de la fosse (31) est montée une serre (39) prévue de manière à permettre une circulation d'air au-dessus du lit de séchage (30). 10) Installation selon une des revendications 4 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte un réacteur biologique (20) dans lequel est mis en oeuvre un traitement de nitrification-dénitrification avant leur traitement sur ledit lit de séchage (30). 11) Installation de traitement d'effluents agricoles selon une des revendications 3 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte une fosse qui est prévue pour laisser décanter l'effluent et qui est située en amont dudit lit (30).