Brevet FR2818632A1 — publié le 20020628

INSTALLATION DE TRAITEMENT DE LIQUIDES CONTENANT DES GRAISSES SUSCEPTIBLES DE FORMER DES MOUSSES La présente invention concerne de façon générale le traitement de produits ou sous produits liquides pouvant générer une formation importante de mousses de diverses origines, et en particulier une installation de traitement pour l'épuration des eaux usées urbaines ou industrielles. Ces produits ou déchets graisseux, communément appelés "graisses"sont extraits des liquides à traiter dans des ouvrages appelés dégraisseurs, au sein desquels les liquides à traiter subissent une biodégradation, de préférence de type aérobie. Ce type de traitement d'épuration met en oeuvre des réactions biologiques entre les matières contenues ou présentes en suspension et une biomasse active, libre ou fixée sur des supports minéraux ou organiques. Dans ce type de réacteurs de traitement biologique connus, la dégradation des graisses s'effectue généralement en deux étapes. Les glycérides sont tout d'abord hydrolysées en glycérol et en acides gras qui à leur tour sont transformés par oxydation en biomasse et CO2, Pour mettre en oeuvre de tels traitements d'épuration biologique, il convient de prévoir une injection d'air surpressé au voisinage du fond du réacteur pour assurer à la fois l'aération et le brassage du milieu à traiter. Il se trouve cependant que l'injection d'air dans un milieu riche en acides gras et en enzymes conduit généralement à une importante formation de mousses. Ce phénomène de moussage est d'autant plus important que la quantité d'air injectée augmente. On comprend que dans ces conditions, la limitation du volume d'air injecté, en vue de réduire la formation des mousses, constitue une contrainte et une limitation importante au développement de ce type de traitement biologique. On notera de surcroît, que le problème du devenir des déchets graisseux se pose avec de plus en plus d'acuité étant donné que les centres d'enfouissements techniques n'accepteront plus que des déchets ultimes, de sorte que les stations d'épuration, réseaux d'assainissement, restauration, industrie agro-alimentaire devront dans un très proche avenir être capables de traiter ces déchets graisseux jusqu'à un stade ultime. Pour traiter ce genre de produits, généralement des eaux usées urbaines ou industrielles susceptibles de former des mousses, on a donc généralement recours à un réacteur aéré destiné à maintenir une quantité de biomasse susceptible de dégrader les graisses. Dans la pratique divers réacteurs existent et sont constitués de systèmes de diffusion d'air, fines bulles ou grosses bulles, avec ou sans agitateur mécanique. Les réacteurs utilisés à ces fins fonctionnent selon un principe fondé sur une recirculation intense du fluide dans un bassin cylindrique ou carré, de la surface vers le fond, ce qui nécessite dans certains modes de réalisation particuliers, la création d'une cheminée centrale équipée d'une hélice de pompage et souvent munie d'un système anti-vortex. Dans ce type de dispositif, le mélange réactionnel descend dans la partie centrale, arrive en fond de cuve et remonte vers la surface en périphérie du bac pour alimenter par surverse un déflecteur conique surplombant la cheminée centrale. En tout état de cause, de fortes hauteurs de parois verticales sont généralement requises pour la réalisation de tels réacteurs, ce qui permet d'obtenir un excellent brassage et assure un bon fractionnement et par conséquent un bon contact entre les boues biologiques et les matières grasses à traiter. Dans ce type de réacteur l'augmentation de la pression et le fractionnement éventuel des bulles d'air, obtenues par une hélice, ainsi que l'effet du brassage favorisent le transfert gaz-liquide, en améliorant ainsi la mise à disposition d'oxygène dissous pour les microorganismes. De tels dispositifs et procédés de traitement biologique donnent généralement satisfaction si l'on excepte l'inconvénient lié à l'apparition de ce phénomène de moussage inhérent au traitement des graisses. La présente invention a précisément pour but d'éviter ces inconvénients de moussage tout en évitant un surcoût provenant du génie civil résultant de la création de fortes hauteurs de parois, ou encore en évitant une prolifération d'équipement trop coûteux. De façon générale, la présente invention a pour objet une installation de traitement de liquides contenant des graisses susceptibles de former des mousses, en particulier pour l'épuration des eaux usées urbaines ou industrielles, intégrant un dispositif d'évacuation, puis de récupération de mousses par l'intermédiaire d'une cuve annexe ou appendiculaire. Plus précisément, une telle installation se trouve caractérisée en ce qu'elle comprend un réacteur biologique principal réalisé sous la forme d'une cuve principale ouverte à sa partie supérieure, contenant une biomasse permettant la biodégradation des graisses, et équipée d'un dispositif de diffusion d'air assurant à la fois l'aération de la biomasse et la circulation du liquide à traiter dans la cuve principale, et en ce que ladite cuve principale présente, au voisinage de sa partie supérieure ouverte, un déversoir permettant l'évacuation des mousses formées à la surface libre du liquide présent dans ladite cuve principale, dans une cuve appendiculaire de recirculation qui est séparée de la cuve principale mais qui est couplée avec cette dernière par un système de recirculation du mélange liquide biomasse + graisses, la différence des niveaux de liquide dans la cuve principale et dans la cuve de recirculation étant suffisante pour assurer l'élimination d'au moins une partie des mousses lors de leur chute dans la cuve de recirculation, cette dernière présentant avantageusement un volume de 1% à 20 % de la cuve principale. Selon une caractéristique particulière de l'installation conforme à l'invention, l'évacuation des mousses formées à la surface libre du liquide de ladite cuve principale est réalisée sous l'action de turbulences d'air créées par le dispositif de diffusion d'air agencé à la partie basse de la cuve principale et/ou par un balayage horizontal généré à l'aide du système de recirculation du mélange liquide biomasse + graisses, en particulier constitué par un conduit équipé d'une pompe de recirculation. Selon une variante de réalisation d'une telle installation, le conduit de recirculation couplant la cuve de recirculation à la cuve principale débouche avantageusement au voisinage de la partie haute de cette dernière. De façon générale, la seule différence des niveaux de liquides dans la cuve principale et dans la cuve de recirculation apparaît suffisante pour assurer une élimination au moins partielle des mousses lors de leur chute dans la cuve de recirculation. Cependant, en variante il est également possible d'équiper ladite cuve de recirculation à l'aide d'un agitateur destiné à briser les mousses résiduelles présentes dans cette dernière. Un tel agitateur peut fonctionner de manière permanente ou intermittente. Selon une caractéristique particulière de l'installation selon l'invention, l'alimentation en influent à traiter est réalisée au niveau de la cuve principale et/ou de la cuve de recirculation. Selon un mode de réalisation particulier, l'installation comporte au voisinage de sa partie basse, une vanne d'extraction temporisée montée sur la cuve principale, sur la cuve de recirculation ou encore sur la partie basse du conduit de recirculation couplant les deux cuves entre elles. Selon d'autres caractéristiques additionnelles de la présente invention, la cuve principale peut être avantageusement divisée en plusieurs compartiments adjacents, séparés entre eux par une ou plusieurs paroi (s) verticale (s) s'étendant sur pratiquement toute la hauteur de la cuve principale en ménageant toutefois un écartement par rapport au fond de ladite cuve, de préférence de l'ordre d'au minimum 50 cm. Selon une caractéristique additionnelle de la présente invention, le dispositif de diffusion d'air débouche à la partie inférieure de la cuve principale dans une zone généralement opposée à l'emplacement du déversoir. Conformément à un mode de réalisation particulier de l'invention, le déversoir permettant l'évacuation des mousses se prolonge vers le bas en direction de la cuve de recirculation par un conduit ou organe déflecteur destiné à favoriser la rupture des mousses. Selon un mode de mise en oeuvre avantageux de l'installation selon l'invention, le système de recirculation du mélange liquide biomasse + graisses est piloté de manière à assurer un débit horaire de recirculation compris entre 0,1 et 2 fois le volume de la cuve principale. La présente invention sera décrite ci-après plus en détails en se référant à divers modes de réalisation d'installation de traitement de liquides contenant des graisses susceptibles de former des mousses, qui ont été représentés de manière schématique sur les dessins annexés, sur lesquels : La Figure 1 représente un mode de réalisation dans lequel la cuve principale comporte une cheminée centrale surmontant le dispositif d'injection d'air surpressé ; La Figure 2 représente une variante de réalisation de l'installation de la Figure 1, modifiée au niveau du déversoir agencé à la partie supérieure de la cuve principale ; La Figure 3 illustre un mode de réalisation particulier de l'installation selon l'invention dans lequel la cuve principale est simplement divisée en deux compartiments adjacents ; La Figure 4 représente une variante de l'installation de la Figure 3 modifiée au niveau du déversoir agencé à la partie supérieure de la cuve principale ; La Figure 5 représente une variante de l'installation telle qu'illustrée à la Figure 4, dans laquelle la cuve de recirculation ne comporte aucun dispositif d'agitation ; La Figure 6 représente une installation conforme à l'invention, dans laquelle la cuve principale ne comporte aucune séparation matérielle, et ; La Figure 7 illustre un dernier mode de réalisation de l'installation selon l'invention, dans lequel la paroi de séparation verticale ménagée à l'intérieur de la cuve principale ne s'étend que sur une faible partie de la hauteur de cette cuve, au voisinage de la partie supérieure de cette dernière. Sur les diverses figures annexées, les mêmes éléments seront désignés par les mêmes références numériques. L'installation de traitement selon la présente invention comporte un réacteur biologique principal réalisé sous la forme d'une cuve principale 1 ouverte à sa partie supérieure 2 contenant une biomasse 3 permettant la biodégradation de graisses. De manière en soi connue, cette cuve principale 2 est équipée d'un dispositif de diffusion d'air 4 assurant à la fois l'aération de la biomasse et la circulation du liquide à traiter dans la cuve principale avec un sens de circulation tel qu'illustré par des flèches sur les dessins annexés. Au voisinage de sa partie supérieure ouverte 2, la cuve principale 1 comporte un déversoir 5 permettant l'évacuation des mousses formées à la surface libre du liquide présent dans la cuve principale 1. Dans ce réacteur principal aéré, il peut également être ménagé de manière en soi connue, d'autres systèmes ou équipements d'aération ayant pour but de limiter les phénomènes de moussage, en particulier une hélice supplémentaire immergée dans la biomasse qui provoque un pompage de surface et entraîne les mousses qui sont noyées et mélangées à la biomasse du réacteur. Toutefois, il s'est avéré que dans la pratique, de tels systèmes restent insuffisants pour résoudre les problèmes liés à l'apparition de ces mousses. Le principe de fonctionnement et la configuration du réacteur principal 1 consistent donc à faire recirculer à l'intérieur de la cuve principale la biomasse épuratrice 3 et au moins une partie des bulles d'air issues du système d'aération 4. Conformément à la présente invention, les mousses qui pourraient s'accumuler sont évacuées en permanence. En effet, les mousses, de structure légère, sont dirigées par les turbulences provoquées par l'air injecté, vers le déversoir 5, ou bien elles se trouvent évacuées définitivement du réacteur par un balayage horizontal généré par un courant liquide issu d'une pompe de recirculation 6. Ce courant liquide composé de biomasse, de graisses et de mousses se trouve dirigé vers une cuve appendiculaire 7 de recirculation conçue de manière entièrement séparée de la cuve principale 1, mais cependant couplée avec cette dernière par un système de recirculation comportant précisément la pompe de recirculation 6. Tel que cela apparaît sur les diverses figures annexées, la différence des niveaux de liquides dans la cuve principale 1 et dans la cuve de recirculation 7 est suffisante pour assurer l'élimination, au moins partielle, des mousses lors de leur chute dans la cuve de recirculation. C'est précisément lors de la chute de ces mousses formées à la surface libre de la cuve principale 1 vers la cuve de recirculation 7, que les mousses se brisent et disparaissent, tant et si bien que la pompe de recirculation 6 réintroduit dans la cuve principale 1 le liquide composé cette fois de la biomasse et des graisses résiduelles, à l'exception des mousses éliminées définitivement. Dans le mode de réalisation décrit à la Figure 1, cette évacuation des mousses formées à la surface libre du liquide de la cuve principale 1 est obtenue par un balayage horizontal généré précisément au moyen du système de recirculation constitué par un conduit 8 équipé de la pompe de recirculation 6. Dans ce mode de réalisation, le liquide est prélevé à la partie inférieure de la cuve de recirculation 7 pour être réinjecté à la partie supérieure de la cuve principale 1. Dans le cas où le système de recirculation du mélange liquide biomasse + graisses ne débouche pas à la partie supérieure de la cuve principale 1, l'évacuation des mousses formées à la surface libre du liquide de la cuve principale peut être simplement obtenue sous l'action des turbulences d'air créées par le dispositif de diffusion d'air 6 agencé de manière appropriée à la partie basse de la cuve principale 1. Dans les différents modes de réalisation illustrés, la cuve de recirculation 7 présente un volume qui dans la pratique sera généralement compris entre 1% et 20 % du volume de la cuve principale 1. Dans le mode de réalisation de l'installation illustrée à la Figure 1, la cuve de recirculation 7 est équipée d'un agitateur qui peut être mis en action de manière continue ou intermittente en fonction du volume des mousses résiduelles à briser. On observera également que dans le mode de réalisation de la Figure 1, le déversoir 5 se prolonge vers le bas en direction de la cuve de recirculation 7 par un conduit ou déflecteur 9 dont l'emplacement et les dimensions sont spécialement conçus pour favoriser la rupture des mousses. Dans le mode de réalisation de la Figure 1, l'alimentation en influent à traiter est réalisée au niveau de la cuve principale 1 par un conduit 10 comportant une pompe d'alimentation 11, le conduit 10 débouchant de préférence à la partie supérieure de la cuve principale 1. Il convient de noter à ce propos que cette caractéristique relative à l'introduction de l'influent dans l'installation n'est toutefois pas critique puisqu'elle peut également être prévue entièrement ou partiellement au niveau de la cuve de recirculation comme cela apparaîtra sur d'autres modes de réalisation ultérieurement décrits. Enfin, au voisinage de sa partie basse, la cuve principale 1 comporte une vanne d'extraction temporisée 12 qui est destinée à permettre la compensation de l'augmentation du volume de liquide provenant de l'introduction de l'influent à traiter. Il convient de noter à ce sujet, que cette vanne d'extraction 12 pourrait aussi bien être montée, non pas sur la cuve principale 1, mais sur la cuve de recirculation 7 ou encore sur la partie basse du conduit de recirculation 8 couplant les deux cuves. Les extractions effectuées au moyen de cette vanne devront être réalisées, soit manuellement, soit automatiquement, en fonction du débit horaire de recirculation déterminé. Toujours en se reportant à l'installation illustrée à la Figure 1, on observera qu'il est essentiel de ménager un écartement par rapport au fond de la cuve 1 lors de la réalisation des parois verticales destinées à compartimenter la cuve principale. Dans la pratique, on observera généralement un écartement de l'ordre d'au minimum 50 cm. Lors de la réalisation de telles parois, il est important d'implanter le dispositif de diffusion d'air 6 à la base d'un compartiment dont la partie haute ne débouche pas au voisinage immédiat du déversoir 5. C'est ainsi que dans le mode de réalisation de la Figure 1, la cuve principale 1 comporte une cheminée centrale à la base de laquelle est installé le dispositif d'insufflation d'air 6, alors que le déversoir est ménagé en périphérie de la cuve 1. Dans la pratique, il s'est avéré qu'avec ce type d'installations, le liquide dépourvu de ses mousses est réintroduit dans le réacteur principal 1 par l'intermédiaire de la pompe de recirculation 6 avec un débit à définir précisément pour chaque installation, mais à propos duquel on observera qu'il devra généralement être compris entre 0,1 et 2 fois le volume du réacteur principal 1. Dans la pratique, il s'est avéré qu'un volume de recirculation d'environ 15 m3/heure pouvait conduire à des résultats tout à fait satisfaisants, ce qui correspond à un temps de séjour d'environ une heure dans le réacteur. Bien entendu, la hauteur du réacteur principal 1 devra être compatible avec une aération forcée maintenue à un niveau d'efficacité suffisant. La hauteur de liquide pourra généralement être comprise entre 2 m et 10 m, et la hauteur de revanche, au-dessus, doit aussi être suffisante pour éviter toute éclaboussure qui pourrait provenir du réacteur. Il s'est ainsi avéré dans la pratique que les objectifs de traitement aérobie et de maîtrise du niveau de mousses pouvaient être parfaitement atteints à l'aide d'une telle installation, grâce tout d'abord à une évacuation des mousses du réacteur biologique et à leur élimination complète au niveau de la cuve de recirculation 7, tout en assurant une recirculation de la biomasse. Le mode de réalisation de l'installation décrite à la Figure 2 n'est qu'une simple variante de réalisation dans laquelle la goulotte de déversement 5 est agencée à l'intérieur de la cuve principale 1, ce qui permet de réaliser une économie à la construction de l'installation. Dans l'un et l'autre modes de réalisation des figures 1 et 2, les parois de séparation sont agencées dans le réacteur principal 1 de façon que leurs extrémités hautes sse situent à un niveau inférieur d'environ au moins 30 cm en dessous de la surface libre du liquide contenu dans le réacteur principal 1. On obtient ainsi de bonnes conditions de brassage et de recirculation au sein du réacteur principal 1, avec une bonne évacuation des mousses via le déversoir 5. Dans la pratique il s'est également avéré que dans le cas d'une telle installation, la présence d'une cuve de recirculation 7 de plus petite dimension permettait dans certains cas de briser les couches de mousses et d'assurer leur mélange sans qu'il soit nécessaire d'avoir recours à un agitateur supplémentaire. Le mode de réalisation de l'installation tel qu'illustré à la Figure 3 reprend l'ensemble des caractéristiques du mode de réalisation de la Figure 1 avec toutefois une exception au niveau du système d'introduction de l'air 4 dans le réacteur principal. En effet, la cuve principale 1 a été compartimentée par l'intermédiaire d'une seule cloison médiane 13 divisant ainsi le volume du réacteur principal en deux compartiments adjacents de volume identique. Dans ce mode de réalisation, le système d'insufflation d'air 4 a été ménagé à la partie inférieure du compartiment de gauche ce qui génère une circulation de liquides telle qu'illustrée sur la Figure 3 et conduit à installer le déversoir 5 dans une zone opposée au dispositif d'insufflation d'air, c'est-à-dire à la partie supérieure droite du réacteur 1. La Figure 4 illustre une installation qui diffère de celle illustrée à la Figure 3 par la nature du déversoir 5 qui est à nouveau réalisée, comme dans le cas de la Figure 2, sous la forme d'une goulotte s'étendant vers l'intérieur du volume du réacteur principal 1. Il en résultera les mêmes économies de construction que dans l'installation illustrée à la Figure 2. Dans le cas du mode de réalisation illustré à la Figure 5 on retrouve l'essentiel des caractéristiques précédemment décrites avec une variante toutefois au niveau de l'alimentation en influent à traiter qui est réalisée au niveau de la cuve principale 1 et au niveau de la cuve de recirculation 7. Enfin, les modes de réalisation illustrés aux Figures 6 et 7 permettent de s'affranchir totalement ou partiellement de la réalisation d'une paroi de séparation au sein du réacteur principal 1. En effet, dans le cas de l'installation de la Figure 6, le réacteur principal ne comporte aucune paroi de séparation, mais dans pareille situation, il est impératif de bien décaler le système d'insufflation d'air 4 au voisinage d'une paroi latérale de la cuve principale 1, et bien sûr de ménager le déversoir 5 dans une zone supérieure opposée. Il est également possible, comme illustré à la Figure 7 de limiter simplement cette cloison de séparation dans un plan médian de la cuve principale 1 en limitant son étendue sur une faible partie de sa hauteur, mais en l'agençant toutefois de préférence à la partie haute de cette cuve principale. Dans les différentes installations précédemment décrites, la cuve principale 1 peut présenter n'importe quel type de géométrie, aussi bien rectangulaire, circulaire ou semicirculaire. Le nombre de points d'injection d'air sera en général le plus élevé possible de manière à éviter des à-coups de charges vis à vis de la biomasse qui aurait tendance à réagir en moussant. Durant le traitement, la concentration en boues exprimée en matières sèches (MS) dépendra de chaque installation, mais devra en général être comprise entre lOg/1 et 50g/1 de réacteur. Pour l'ensemble des installations décrites, le traitement biologique peut nécessiter en cas de carence en nutriment une introduction, soit dans le réacteur principal 1 soit dans la cuve de recirculation 7, des produits nécessaires (azote et phosphore) ou des matières de vidange en quantités nécessaires. De même, de manière classique, le pH de la biomasse devra être maintenu entre 6 et 8, l'élévation du pH pouvant être réalisée par adjonction de chaux. REVENDICATIONS 1. Installation de traitement de liquides contenant des graisses susceptibles de former des mousses, en particulier pour l'épuration des eaux usées urbaines ou industrielles, caractérisée en ce qu'elle comprend un réacteur biologique principal réalisé sous la forme d'une cuve principale (1) ouverte à sa partie supérieure (2), contenant une biomasse (3) permettant la biodégradation des graisses, et équipée d'un dispositif de diffusion d'air (4) assurant à la fois l'aération de la biomasse et la circulation du liquide à traiter dans la cuve principale (1), et en ce que ladite cuve principale présente, au voisinage de sa partie supérieure ouverte, un déversoir (5) permettant l'évacuation des mousses formées à la surface libre du liquide présent dans ladite cuve principale, dans une cuve appendiculaire (7) de recirculation qui est séparée de la cuve principale (1) mais qui est couplée avec cette dernière par un système de recirculation (6,8) du mélange liquide biomasse + graisses, la différence des niveaux de liquide dans la cuve principale et dans la cuve de recirculation étant suffisante pour assurer l'élimination d'au moins une partie des mousses lors de leur chute dans la cuve de recirculation. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cuve de recirculation (7) présente un volume de 1% à 20 % de la cuve principale (1). 3. Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'évacuation des mousses formées à la surface libre du liquide de ladite cuve principale est réalisée sous l'action de turbulences d'air créées par le dispositif de diffusion d'air agencé à la partie basse de la cuve principale. 4. Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'évacuation des mousses formées à la surface libre du liquide de la cuve principale est réalisée par un balayage horizontal généré à l'aide du système de recirculation du mélange liquide + biomasse + graisses, en particulier constitué par un conduit équipé d'une pompe de recirculation. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le conduit de recirculation (8) couplant la cuve de recirculation (7) à la cuve principale (1), débouche au voisinage de la partie haute de cette dernière. 6. Installation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la cuve de recirculation (7) est équipée d'un agitateur destiné à briser les mousses résiduelles présentes dans ladite cuve de recirculation. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'agitateur équipant la cuve de recirculation (7) est à fonctionnement intermittent. 8. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'agitateur équipant la cuve de recirculation (7) est à fonctionnement continu. 9. Installation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'alimentation (11) en influent à traiter est réalisée au niveau de la cuve principale (1) et/ou de la cuve de recirculation (7). 10. Installation selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que l'installation comporte au voisinage de sa partie basse, une vanne d'extraction temporisée (12) montée sur la cuve principale (1), sur la cuve de recirculation (7) ou sur la partie basse du conduit de recirculation (8) couplant les deux cuves. 11. Installation selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la cuve principale est divisée en plusieurs compartiments adjacents, séparés entre eux par une ou plusieurs paroi (s) verticale (s) (13) s'étendant sur pratiquement toute la hauteur de la cuve principale (1) en ménageant toutefois un écartement par rapport au fond de ladite cuve, de préférence de l'ordre de 50 cm minimum. 12. Installation selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que le dispositif de diffusion d'air (4) débouche à la partie inférieure de la cuve principale (1) dans une zone opposée à l'emplacement du déversoir (5). 13. Installation selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que le système de recirculation est piloté pour assurer un débit horaire de recirculation compris entre 0,1 et 2 fois le volume de la cuve principale. 14. Installation selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que le déversoir (5) permettant l'évacuation des mousses se prolonge vers le bas en direction de la cuve de recirculation par un conduit ou déflecteur (9) favorisant la rupture des mousses.