Brevet FR2785900A1 — publié le 20000519

Descriptif : La présente invention concerne un procédé de biodégration"in situ", en pleine eau puis après décantation sur le fond, de la matière organique sédimentée, par des micro-organismes aérobies strictes ou facultatifs. Ce procédé se compose de trois étapes : Une étape mécanique consistant à destructurer et microniser les sédiments, mettre les particules ainsi formées en suspension en pleine eau au dessus du site à traiter, par tout moyen mécanique fixe ou mobile. Une étape chimique servant à amender la boue liquide formée durant l'étape mécanique pour une meilleure digestion bactérienne et la transformer en"boue liquideconditionnée". Une étape biologique durant laquelle des micro-organismes de type aérobie de culture ou des micro-organismes indigènes issus du fond ou du milieu aquatique environnant sont injectés et mélangés dans"la boue liquide conditionnée"afin de digérer les particules organiques en pleine eau, puis sur le fond après leur décan- tation. Les étapes mécaniques et chimiques sont combinées de façon que la matiè- re organique micronisée, mise en suspension puis décantée, soit conditionnée pour permettre sa digestion"in situ"par les bactéries indigènes ou de culture. Ce procédé apporte une solution nouvelle et simple à t'éventait des techniques de traitement"in situ"des sédiments organiques. Les techniques utilisées actuellement pour traiter le problèmes des sédiments organiques aquatiques s'orientent dans deux voies principales à savoir : 1-La voie mécanique pure avec extraction par drague ou suceuse et dépôt dans des zones choisies ou la mise en suspension des sédiments et leur entrainement par les courants suivie de leur décantation en aval. -Dispositif de suceuse rotobroyeuse pour le nettoyage des fonds marins. (Asstech Industrie SA-Brevet FR 8409171) -Méthode et système de nettoyage continu des fonds marins. (Institut Français du pétrote-FR 7916893). -Dispositif pour creuser les fonds marins. (Land & Marine Engeenering Limited GB8714515). -Procédé et installation de pompage pour éliminer des sédiments marins ou fluviatiles (Atlas Copco Airpower). -Installation pour le dragage d'un fond marin, notamment en grande profondeur. (Hydroconsult SA-FR 8026683). -Method and apparatus for cleaning areas overlain by a water body. (Merle P. Chaplin- (US patent 3,412,862). Les méthodes mécaniques ne proposent que des déplacements de la matière organique. 2-La voie biologique avec des procédés de traitement liant le mecanique, les amendements et les bactéries pour des traitement sur le : -Method for treating sediment (European patent 0 369 534). -Verfahren zum mikrobiellen Abbau von Kontamination (Chemische Fabrik Dr Worbs KG-patent DE 3621313 A1). -Vorrichtung zur Behandlung von Gewässerböden (Patent Europeen-Stalizus EP 0 257 317 A1) -Procédé de traitement"in situ"des sédiments et notamment des vases. Bordes-Sue D. (Brevet français 94 10991). Ces méthodes biologiques ont une action dans les sédiments. La voie biologique stricte (utilisation de bactéries de culture et de bioactivateurs) a été développée pour traiter les vases organiques des sédiments en évitant la mise en suspension en pleine eau des particules au sens large du terme, dans le but de ne pas nuire à la faune. Dans cette méthode, les bactéries sélectionnées sont"épandues"sur le fond, elles n'ont généralement qu'une action de surface et dans la plupart des cas, n'arrivent pas à digérer à la fois la matière organique en place située sur des sédiments anoxiques et imperméables et la matière organique en phase de biodéposition. De ce fait, une action mécanique est indispensable pour permettre aux bactéries d'avoir une action sur un volume de sédiments, principe utilisé dans les stations d'épuration de traitement d'eau. Les actions mécaniques entrainent inévitalement la création d'un"panache" de sédiment en suspension derrière les engins de traitement. Ce phénomène induit constiturait le problème environnemental majeur fié aux différents procédés connus Cependant, lors des temptes sévissant sur des sites aquatiques peu profonds, on peut constater que la matière organique est mise en suspension sur toute la surface des plans d'eau et que la faune qui a cependant développé des moyens de dé- fense notamment au niveau respiratoire contre cette mise en suspension, n'a que peu de solution de refuge. Dans le cas du traitement par le présent procédé, la formation du panache de matière organique n'est que momentanée, il est en outre localisée sur le site traité, la faune a de ce fait la possibilité de se déplacer vers des zones non traitées. Le problème majeur réside dans la présence éventuelles de métaux lourds ou autres produits toxiques dans les sédiments qui vont tre remis en suspension et se retrouver sous une autre forme chimique, fixés sur de nouvelles particules organiques ou en solution. Dans le cas de sediments"propres", le procédé est acceptable et peut tre retenu comme alternative de traitement. II sera donc appliqué cas par cas en fonction de la qualité et de la fragilité des plans d'eau à traiter ou dans des sites fermés ou contrôlés. Dans le procédé proposé, la micronisation mécanique des sédiments et la mise en suspension des microparticules de matière organique, des amendements, des bactéries et des gaz est effectuée par des moyens mécaniques de trituration tels que herse (s), rateau rotatif (Rotavator), lame rotative (Girobroyeur), brosse rotative, hydrojet, rampe (s) à hydrojets, rampe (s) à jets de gaz, la combinaison de ces moyens de trituration et par extension, par tout moyen permettant de microniser et de mettre en suspension la matière organique des vases en pleine eau. Le choix des moyens de trituration est fonction de la nature des sédiments à traiter. Les vases organiques molles sont traitées avec des systèmes d'hydrojets, les vases les plus dures avec des rotavators. Ce procédé est optimisé par le positionnement, sur l'engin de traitement, de déflecteur (s) orientant la matière micronisée vers la surface. Les particules de matière organique micronisée mises en suspension dans un milieu riche en oxygène et en micro-organismes aérobies vont se décanter selon la loi de Stokes et se redéposer sur le fond en une couche plus perméable, plus oxygénée et chargée en micro-organismes aérobies strictes ou facultatifs qui vont les digérer jusqu'à épuisement de t'oxygène. Plus la particule sera petite, plus elle aura la possibilité d'tre digérée en pleine eau, surtout quand elle est maintenue en suspension par un courant ou par la présence de micro-bulles de gaz qui se fixent sur elle. Le relai de la digestion aérobie est ensuite assuré par des micro-organismes aérobies facultatifs ou anaérobies. Le principe de la digestion bactérienne de ce traitement est fondé sur les formules basiques suivantes en aérobiose : Pour la cellulose et par extension les produits organiques carbonés pour des pH compris entre 7 et 8,5 : C6H1206 + 6 02-------------602 + 6H20 + 650 cal/mole. Pour I'azote pour des pH compris entre 7,5 et 8,5 : 55NH4+ +5C02 +7602----6C5H702N + 54N02-+ 109H+ + 55H20 + E 400N02-+ 5C02 + NH4 + 195 02----400N03-+ C5H202N + E. Ces réactions se réalisent parfaitement dans des systèmes aquatiques aux eaux oxygégées et neutres (pH compris entre 7,5 et 8,5). Ces formules montrent parfaitement que dans les milieux aquatiques ayant des caractéristiques chimiques peu compatibles aux réactions précitées, une oxygéna- tion complémentaire, un apport de régulateurs de pH et d'amendements sont des actions permettant d'optimiser la biodégradation de la matière organique en pleine eau puis sur le fond par des bactéries aérobies indigènes. Cette digestion aérobie minéralise les produits azotés notamment sous forme de Nitrates (phénomène de Nitrification) qui jouent un rôle sur la physiologie des bactéries anaérobies. En effet, ta dénitrification de ces Nitrates permettent au bactéries anaérobies d'éli- miner une fraction importante de la matière organique carbonee, environ 5 mg de DB05 par milligramme d'azote nitrique réduit. Des analyses de t'eau, des sédiments en place et de sédiments en suspension dans l'eau du site sont effectuées préalablement et les ajustements en régulateur de pH, amendements et oxygène sont administrés en conséquence, si nécessaire. Dans le cas où les amendements ne sont pas indispensables, seules les étapes mécaniques et bactériennes sont mises en oeuvre. La régularisation du pH s'effectue par l'utilisation de produits calciques tels que la chaux vive (CaO), la chaux éteinte (Ca (OH) 2), les carbonates de Calcium et de Magnésium (CaC03, MgC03) ou toute base dont l'utilisation est compatible dans le milieu traité. Ces produits calciques sont traditionnellement utilisés pour la gestion des plans d'eau à vocation piscicole. Les amendements autres que les régulateurs de pH, ont pour but d'équilibrer le rapport des principaux éléments contenus dans les sédiments tels que le carbone, I'azote et le phosphore (avec en général des apports de Nitrates et Phosphates) ainsi que des éléments indispensables à la vie bactérienne (Oligo-eléments et Vitamines) L'oxygénation est effectuée avec de I'air ou de t'oxygène sous forme microbulleuse ou dissoute. La forme dissoute de l'oxygène est utilisée par les particules organiques lors de leur décantation, la nouvelle couche sédimentaire déposée se trouvant ainsi artificillement chargée en oxygène tout en devenant plus perméable aux échanges avec le milieu aquatique. La forme micobulleuse de l'air ou de l'oxygène en pleine eau permet une flottation des particules organiques, ce qui entraîne une décantation plus lente dans un environnement très oxygéné, une action plus importante des micro-organismes et une digestion en pleine eau pour les particules organiques les plus petites. Le microbullage permet d'optimiser le procédé dans des zones aquatiques non traversées par un courant. (Dans les zones aquatiques traversées par un courant, les particules organiques sont maintenues en pleine eau par le jeu des turbulences et arrivent souvent à tre totalement digérées par les bactéries avant de toucher le fond, technique utilisée dans les stations de traitement d'eau et de boues). La digestion totale d'une couche donnée de sédiments organiques par un processus aérobie dépend de la teneur en carbone, azote et phosphore organiques et des formes chimiques sous lesquelles ils sont représentées. L'analyse des sédiments donnera une première approche des besoins en oxygène pour une digestion théorique totale de la matière organique selon les formules basiques décrites préalablement. Dans le cas d'un traitement par engin mobile, plusieurs passages seront éventuellement nécessaires selon la capacité de digestion de chaque passage. Les sédiments minéraux lourds tel que le sable se déposeront en premier et permettront aux sédiments organiques plus légers de se déposer en couches moins compactes et plus perméables. Les bactéries utilisées sont soit présentes sur le site ou en pleine eau, soit elles sonts issures de culture de micro-organismes sélectionnés du site ou de micro -organismes exogènes de culture. Dans le cas d'utilisation de micro-organismes autochtones, ils sont directement mélangés et triturés avec les sédiments, mis en suspension en pleine eau puis décantent avec la matière organique sur le fond. Dans le cas d'utilisation de micro-organisme de culture, ils sont injectés au niveau des moyens de trituration par l'intermédiaire de la pompe (6) ou d'un systè- me d'injection indépendant. Dans les milieux naturellement favorables à l'activité bactérienne aérobie, I'apport d'amendements peut tre évité, seules les étapes mécaniques et bactérien- nes sont mises en oeuvre. Les moyens de mise en oeuvre du procédé consistent en un engin tracté (1) monté sur patins ou roues permettant son positionnement sur le fond. Cet engin est tracté soit par une structure flottante (2) ayant ses propres moyens de traction (3) sur laquelle sont positionnés les moyens de pompage (6), de dosage des amendements (13), les amendements (12) et les générateurs ou stock de gaz (17), soit par par un système de va et vient. Le moyen de traction (2) et l'engin de traitement (1) sont reliés par un ou plusieurs cables (4) ou par des bras rigides articulés. Les cables de traction (4) sont relies à des anneaux (5) fixés sur l'engin de traitement (1). La figure 1 représente schématiquement la structure de traction (2) et l'engin de traitement (1) avec les moyens de dosage des différents produits et leurs circuits jusqu'à l'engin de traitement (1). Les amendements sont dosés par le distributeur (13) puis transportés par système d'air pulsé vers l'engin de traitement par l'intermédiaire du tuyau (14) fixé à l'engin par le raccord (15) et la rampe de distribution (16). L'eau pompée dans la crepine (7) par la prise d'eau (8) de la pompe (6) est véhiculée vers l'engin de traitement (1) par le tuyau souple (9) jusqu'au raccord (10) de l'engin et la rampe (s) d'hydrojets (11). Les gaz issus du générateur ou des réserves (17) sont véhiculés jusqu'à l'engin de taitement par le tuyau souple (19) et fixé à l'engin par le raccord (20). Le tuyau de gaz (19) est muni d'un système d'injection par système Venturi, d'injection ou de microbullage à I'aide de cartouches microporeuses (18). La réserve de bactéries sélectionnées (21) est reliée à un doseur (22) distribuant les bactéries dans un tuyau souple (23) jusqu'à un raccord (24) sur l'engin (1) et une rampe de distribution (25) située dans l'engin de traitement (1). Parallèlement, un circuit d'eau composé de la pompe (6), le tuyau de distribution (9), le raccord (10) à l'engin de traitement (1) est utilisé dans l'étape mécani- que pour alimenter les rampes d'hydrojets (11). Ce circuit d'eau peut servir de vecteur des amendements, des gaz et des bactéries. Dans ce cas, les bactéries de culture, les amendements de culture et de régulation de pH sont dosés et distribués dans une crépine (7) au niveau de la prise d'eau (8) de la pompe (6), les gaz sont injectés dans le circuit de sortie de la pompe (6) soit dans le tuyau (9) soit à son extrémité dans l'engin de traitement, le système de microbullage (18) étant positionné dans le tuyau de sortie de la pompe (9). Les gaz peuvent tre ainsi véhiculés sous forme microbulleuse et (ou) dissoute par le tuyau souple d'adduction d'eau (9). Ces variantes sont fonction du choix des moyens de trituration. La zone du sol trituré est figurée en (31), le panache du mélange de la matière organique miconisée, des amendements, des gaz est figuré en (32) avec une flèche simulant la sortie du mélange de l'engin de traitement (1) vers la surface. La figure 2 représente en coupe l'engin de traitement qui se compose d'un chassis (26) monté sur patins (27), de moyens de trituration et de mélange (30) montés seuls ou en association. Le chassis (26) est recouvert d'un carter (28) sur ses parties frontale, supérieure et latérales permettant un meilleur mélange des microparticules organiques, des bactéries, des amendements, de l'eau et des gaz. La mise en suspension de la matière organique micronisée et conditionnée est assurée par la présence de déflecteur (s) (29) orientant les fluides sortants vers la surface, le carter supérieur étant ouvert à cet effet sur sa partie arrière. Les moyens de trituration mécanique sont choisis en fonction de la nature des sédiments. La figure 3 est une vue apicale de l'engin de traitement (1), représentant les déflecteur (29), les raccords de fixation du circuit d'eau (10), d'amendement (15), de gaz (20) et de bactéries (24). Les principes de base des moyens de mise en oeuvre du procédé étant dé- crits, une variante technique consiste à positionner la pompe à eau (6) sur l'engin de traitement (1), le système de microbullage (18) étant situé entre la pompe et la rampe (s) d'hydrojets (11). Cette variante est munie de moyens de distribution d'amendements (16) et de bactéries (25) dont l'utilisation est fonction de la nécessité du site. La rampe (s) d'hydrojets (11) peut travailler seule ou en association avec d'autres moyens de trituration selon la figure 4. La pompe est actionnée par énergie électrique dont le cable est figuré en (33) ou par un circuit hydraulique. Cette variante permet d'éviter les pertes de charges dans les canalisations d'amenée d'eau à l'engin notamment dans les zones profonde et le surdimensionnement des moyens de pompage. Ce procédé est destiné au traitement des sédiments organiques aquatiques déposés sur le fond des vasières littorales, des plans d'eau, des rivières et des lacs. Revendications : 1-Procédé de traitement"in situ"de sédiments organiques aquatiques, comportant trois étapes complémentaires et associées, mécanique, chimique et bactérienne, caractérisé en ce que les trois étapes sont destinées à destructurer et transformer les dépôts de sédiment à caractère organique en un mélange de particules en suspension en pleine eau, mélange conditionné et innocuité de façon que la matière organique qui le compose puisse tre digérée et minéralisée en pleine eau puis après sa décantation sur le fond par des micro-organismes. 2-Procédé de traitement selon la revendication 1 caractérisé en ce que les étapes mécanique et chimique sont combinées de façon que la matière organique micronisée dans l'étape mécanique soit conditionnée selon l'étape chimique par adjonction d'amendements et de gaz. 3-Procédé de traitement de sédiments organiques aquatiques selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'étape bactérienne consiste à utiliser des bactéries aérobies indigènes du sol et du milieu aquatique dans le mélange conditionné. 4-Procédé de traitement selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'étape bactérienne consiste à injecter des souches sélectionnées de microorganismes. 5-Procédé de traitement selon les revendications 1,2,3,4 caractérisé en ce que les bactéries aérobies strictes ou facultatives indigènes situées sur le fond de la zone à traiter ou (et) les bactéries de culture sont mis en suspension en pleine eau par les moyens mécaniques de trituration de l'engin de traitement (1) et par le (s) déflecteur (s) (29). 6-Procédé de traitement selon les revendications 1,3,4 et 5, caractérisé en ce que les étapes mécanique et bactérienne sont seules mises en oeuvre dans les milieux aquatiques ne nécessitant pas d'étape chimique. 7-Dispositif de mise en oeuvre du procédé défini selon les revendications précédentes prises dans leur ensemble, tracté sur le fond à partir de moyens flottants (2), comprenant un chassis (26) recouvert d'un carter (28), caractérisé en ce qu'il comporte des patins (27), des moyens mécaniques de trituration et de mélange (30) agissant seul ou en association, des moyens de mise en suspension de la matière micronisée et conditionnée tels que le (s) déflecteur (s) (29), des moyens d'injection des amendements (16), des moyens d'injection de gaz (12), des moyens d'injection de bactéries (25) et des moyens d'injection d'eau (11). 8-Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1,5 et 7, caractérisé en ce que les moyens mécaniques de trituration des sédiments, de mélange avec les amendements, les bactéries et les gaz, et de mise en suspension de ce mélange conditionné sont constitués de herses, rateau rotatif (Rotavator), lames rotatives (Girobroyeur), brosse rotative, hydrojet, rampe (s) à hydrojets, rampe (s) à jets de gaz, la combinaison de ces moyens de trituration et par extension par tout moyen succeptible de microniser et de mettre en suspension la matière organique des vases en pleine eau. 9-Dispositif selon les revendications 6,7 et 8 caractérisé en ce que certains de ces moyens mécaniques et notamment les circuits hydrauliques d'hydrojets sont utilisés comme vecteur des produits d'amendement, des gaz et des bactéries. 10-Variante au dispositif de mise en oeuvre du procédé selon les revendications 7,8,9, caractérisée en ce que l'engin de traitement (1) est muni d'une pom pe (6), d'une ou plusieurs rampes d'hydrojets (11), de moyens de microbullage (18), de moyens de trituration (30) agissant seuls ou en combinaison, de moyens de distribution d'amendement (16) et de bactéries (25). 11-Variante au dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 10 caractérisée en ce que les moyens de microbullage (18) sont disposés à la sortie de la pompe (6).