Brevet FR2831080A1 — publié le 20030425

La présente invention concerne un procédé d'obtention de préparations à base de microbilles pour le traitement d'eaux usées en général. Par eaux usées, on entend le contenu des fosses septiques, des bacs de dégraissage ou de tout réservoir ou conduit présentant des matières organiques dont on souhaite se débarrasser. A cette fin, on a depuis longtemps recours à la biodégradation au moyen d'enzymes et/ou de micro-organismes qui produisent des enzymes. Une préparation biologique est généralement ajoutée aux eaux usées à traiter, en mélange avec un support qui facilite la manipulation. Le support plus ou moins biodégradable peut contenir en outre des additifs comme des nutriments pour le développement des micro-organismes, des tampons pour le pH, des dispersants, des émulsifiants, des activateurs d'enzymes, des capteurs de métaux, etc. Par traitement, on entend aussi l'utilisation de microbilles pour faire parvenir à l'endroit choisi et sous forme appropriée, des substances comme des désinfectants, des agents tensioactifs, seuls ou en mélange avec des enzymes et/ou des micro-organismes. Ainsi, le document US 5,464, 766 dévoile une composition enzymatique et bactérienne pour le traitement des eaux usées. Cette composition peut dans les exemples contenir jusqu'à 0,5 g% de protéase, 0,75 g% d'amylase, 0,25 g% de cellulase, 0, 25 g% de lipase, etc. On y introduit aussi 5 à 10 g de bactéries diverses appartenant au type Bacillus, ainsi que diverses substances jouant un rôle de tampon ou de tensioactif. Cependant, le constituant principal reste du sel dendritique qui n'est autre que du NaCl cristallisé sous forme de dendrite, en raison de la présence de traces de prussiate jaune de sodium. Le sel dendritique représente de 50 à 95 g% de la composition et joue essentiellement un rôle de tampon et de support. Ce support se dissout et libère la matière biologiquement active au contact de l'eau, à une vitesse fixe qu'il n'est pas possible de modifier. L'inconvénient de cette composition, c'est donc de ne pouvoir couvrir les différents besoins correspondant aux différentes eaux usées. En effet, on ne traite pas un bac de dégraissage de la même façon qu'une fosse septique. Ainsi la présence de lipase se révèle particulièrement utile pour dégrader les matières grasses. D'autre part, suivant que l'on souhaite un traitement d'attaque ou un traitement de longue durée, la composition présentera des caractéristiques physiques opposées. Une dissolution lente convient pour un traitement de longue durée, alors qu'une dissolution rapide permet un traitement d'attaque. Or, l'art antérieur, s'il mentionne des compositions plus ou moins adaptées aux divers besoins, ne décrit pas de procédé unique permettant de produire des compositions convenant à chaque besoin en particulier. C'est le problème que se propose de résoudre la présente invention. En décrivant un procédé d'obtention de préparations microbiologiques, la présente invention permet d'obtenir toute une gamme de compositions microbiologiques, chacune étant adaptée à une application particulière. Ce procédé simple et flexible permet donc de couvrir tous les besoins en matière de traitement des eaux usées. Le procédé de la présente invention consiste à produire des microbilles à base de deux ou davantage de gels. Le choix des gels influence directement leur biodégradabilité. De plus, certains de ces gels fixent plus ou moins facilement les micro-organismes et/ou les enzymes. En général, il est possible de couvrir tous les besoins en matière de traitement des eaux usées, en utilisant des gels à base d'alginate de sodium (ANa) et de carboxyméthylcellulose (CMC). Les gels à base de ANa se dégradent plus lentement que les CMC. De plus, les ANa conviennent bien à la fixation par encapsulation de microorganismes alors que les CMC peuvent fixer les microorganismes et les enzymes par encapsulation. Dans le procédé de préparation de microbilles suivant l'invention, le mélange de prégels alginate de sodium et carboxyméthylcellulose se fera avec un rapport volumique compris entre 4/1 et 1/1, de préférence compris entre 3/1 et 2/1. La teneur en bactéries ajoutées au mélange de prégels sera comprise entre 20 et 103 g/l, de préférence comprise entre 50 et 103 g/l par rapport au mélange de prégels. La teneur en enzymes ajoutées durant la gélification sera comprise entre 8 et 67 g/l par rapport au mélange de prégels. Le produit de gélification ionotropique sera du chlorure, du nitrate ou du sulfate de calcium ou de baryum, ou leurs mélanges. De préférence, ce produit sera du CaCl. 2HO. La teneur en produit de gélification ionotropique sera comprise entre 20 et 80 g/l, de préférence entre 29 et 58 g/l par rapport au bain aqueux, exprimée en Cal. 2HO. La teneur en enzymes utilisée pour fixer des activités enzymatiques supplémentaires sur les microbilles, sera comprise entre 11 et 90 g/l, de préférence entre 45 et 90 g/l par rapport au bain aqueux. La teneur en sel de protection enzymatique CaCl. 2HO, utilisée pour fixer des activités enzymatiques supplémentaires sera comprise entre 42 et 85 g/l, de préférence entre 42 et 60 g/l par rapport au bain aqueux. Les termes activité enzymatique supplémentaire et sel de protection enzymatique seront explicités à l'exemple 2. Les exemples suivants illustrent la présente invention sans toutefois en limiter la portée. Sauf indication contraire, on utilise dans tous les exemples un consortium bactérien. Celui-ci se compose de bactéries dont la liste non exhaustive est la suivante : Bacillus subtilis ; Bacillus polymixa ; Bacillus pumilus ; Bacillus megaterium. Ce consortium sera désigné par le terme général bactéries . Exemple 1 : préparation d'un gel mixte Dans une cuve d'eau déminéralisée portée à 30-37 C, ajouter de 20 à 50 g/l de ANa et mélanger durant 12 heures pour obtenir un premier prégel. Parallèlement, préparer une cuve d'eau déminéralisée à 30- 370C et ajouter de 20 à 30 g/l de CMC, en mélangeant durant 12 heures pour obtenir un second prégel. Mélanger ensuite ces deux prégels dans les proportions volumiques voulues. Une autre forme de réalisation consiste à préparer le mélange de prégels dans la même cuve, pour autant que les proportions de ANa et CMC soient respectées. On ajoute ensuite au mélange de prégels une quantité de 20 à 103 g/l de bactéries de façon à obtenir entre 2. 10" et 40. 109 spores/ml de prégel mixte. Ce mélange est mis sous agitation durant 30 min. Le prégel mixte additionné de bactéries, est ensuite transféré dans un bain aqueux contenant de 20 à 80 g/l de CaCl2. 2H20 et de 8 à 67 g/l d'enzymes à choisir, de façon isolée ou en association et en fonction de l'application, parmi la liste non exhaustive suivante : a-amylase (par ex. Thermamyl 300L à 300 KNU/g) ; lipase (par ex. Lipolase 100L à 100 KLU/g) ; cellulase (par ex. Carezyme 4500L à 4500 ECU CP/g) ; protéase (par ex. Alcalase 2, 5L à 2,5 AU/g). Ce transfert est réalisé via un système de gouttes à gouttes. Au contact de la solution de CaCl, la goutte tombante de prégel mixte gélifie instantanément. Sous agitation permanente, on forme des microbilles de gel mixte, riches en bactéries et en enzymes. La gélification ionotropique peut être effectuée au moyen d'autres sels comme le chlorure, nitrate ou sulfate de Ca ou de Ba, ou les mélanges de ces sels. La teneur exprimée ci-dessus en Cal. 2H20 sera adaptée en fonction de la masse moléculaire du produit utilisé. Pour achever la gélification de ANa/CMC, les microbilles sont conservées dans ce bain à la température de 4 C durant une nuit. L'étape suivante consiste à séparer, à récupérer et à rincer les microbilles sous un flux d'eau déminéralisée, puis à les disposer sur un treillis, à travers lequel circule un flux d'air chauffé à 30-35 C. Ce séchage dure de 3/4 d'heure à 8 heures. Les microbilles séchées sont entreposées à température ambiante, pour une durée pouvant atteindre 5 ans. Exemple 2 : fixation d'une activité enzymatique supplémentaire Les microbilles séchées peuvent par la suite être trempées dans un bain aqueux sous agitation légère contenant de 42 à 85 g/l de Cal. 2HO (qui sert cette fois de sel de préservation enzymatique et non de gélifiant), avec une teneur de 11 à 90 g/l d'enzymes. Cette réhydratation permet d'écarter les réseaux de gel de ANa/CMC, afin d'y fixer une activité enzymatique supplémentaire (AES). Cette opération peut être répétée plusieurs fois, typiquement de 2 à 4 fois, en alternant la réhydratation en présence d'enzymes durant 30 min et le séchage sur treillis durant 60 min. Exemple 3 : préparation d'une composition de traitement en continu d'un bac de dégraissage D'une façon plus spécifique, il convient de reproduire le procédé décrit à l'exemple 1, en respectant la proportion de 1 part de CMC pour 3 parts de ANa en volume. Comme on recherche une action continue, on augmentera la quantité de bactéries lors de la préparation du prégel mixte jusqu'à 103 g/l. La gélification sera effectuée avec un bain aqueux contenant 58 g/l de Cal,. 2HjO. Ce bain aqueux contiendra spécifiquement 12 g/l de lipase. Il n'y a pas de fixation de AES. Exemple 4 : préparation d'une composition d'attaque de traitement d'un bac de dégraissage Si un bac de dégraissage a tendance à se boucher ou doit être traité pour la première fois, il conviendra de préparer un prégel mixte comprenant 1 part de CMC pour 2 parts de ANa en volume et de suivre la procédure décrite à l'exemple 3. Pour la présente application spécifique, il est possible d'associer les bactéries du type Bacillus précitées à des bactéries Pseudomonas, voire de n'avoir recours qu'à ces dernières. Pour la fixation de AES, le bain aqueux utilisé contiendra 42 g/l de CaCl2. 2H2O et 90 g/l de lipase. Exemple 5 : préparation d'une composition de traitement d'une fosse septique Certaines fosses septiques ont tendance à se boucher et à développer de mauvaises odeurs, suite à une accumulation de papier. Par rapport à l'exemple 3, on procèdera cette fois avec 82 g/l de bactéries et 58 g/l de Cal2. 2H. O pour la gélification. Pour la fixation de AES, on utilise un bain aqueux contenant 42 g/l de CaCl2. 2H2O et 56 g/l de cellulase, enzyme dégradant plus spécifiquement le papier. Exemple 6 : préparation d'une composition de traitement d'eaux faiblement chargées Les microbilles telles que décrites aux exemples 3 à 5 conviennent particulièrement bien pour les eaux usées fortement chargées en matières organiques à dégrader. Les compositions décrites suffisent pour relancer un processus de biodégradation qui ne fait que reproduire de façon accélérée une dégradation naturelle. Pour ce type d'eaux usées, il est inutile, voire contre-productif, d'ajouter des nutriments, des stabilisants d'enzymes, des tensioactifs, des activateurs, des tampons, des agents séquestrant les métaux, etc. Cependant, pour les eaux faiblement chargées, il peut être avantageux d'ajouter spécifiquement certains additifs à l'une des formulations décrites précédemment. Ainsi, une eau faiblement chargée en matière organique se verra plus facilement traitée si les microbilles contiennent des nutriments comme du glucose, de l'amidon ou ses dérivés. Cette même eau, mais contenant des traces de métaux se verra plus facilement traitée si les microbilles contiennent des séquestrants comme de l'EDTA. Le pH d'une eau sera ainsi facilement ramené ou maintenu dans des limites acceptables pour des bactéries et/ou enzymes, si les microbilles contiennent un tampon comme des phosphates de Na ou de K. Sur base de la composition décrite à l'exemple 3 avec 82 g/l de bactéries, les différents additifs spécifiques sont de préférence ajoutés à l'étape de gélification, en tenant compte des proportions suivantes exprimées par rapport au volume de prégel mixte : Nutriment : glucose 20 g/l extrait de levure 5 g/l bactopeptone 5 g/l Séquestrant : EDTA 0, 5 g/l acide aminotriméthylènephosphonique 0,2 g/l Tampon : phosphate monopotassique 0,5 g/l phosphate dipotassique 0,6 g/l Principe actif : lipase 45 g/l protéase 22 g/l Agent mouillant : nonylphénol polyéthoxylé 2 g/l NaCl 2 g/l Il n'y a pas de fixation de AES. Exemple 7 : préparation d'une composition de traitement d'attaque d'une canalisation bouchée La proportion volumique de ANa/CMC sera de 2/1, avec 50 g/l de bactéries par rapport au mélange de prégels, avec 29 g/l de CaCl2. 2H20 pour la gélification, 4 g/l de lipase et 4 g/l de protéase par rapport au volume de prégel mixte. Le bain de fixation de AES contiendra 60 g/l de CaCl. 2HO et 45 g/l d' &alpha;-amylase. Aux microbilles séchées ainsi obtenues (1 gus), on ajoutera comme nutriment du tourteau de soja en poudre (65 g), du NaCl en poudre (9 goo), des phosphates de Na ou K en poudre (25 9%). Grâce à cette formulation qui reste sous forme de poudre et qui peut être mise directement en contact avec le bouchon, les enzymes réaliseront rapidement l'hydrolyse des déchets organiques, tandis que les bactéries parachèveront le travail de débouchage en liquéfiant les déchets résiduels. De plus, cette formulation en poudre restera davantage en contact avec le bouchon, car elle ne sera pas entraînée en aval du bouchon comme le serait une composition liquide. Exemple 8 : préparation d'une composition de traitement en continu d'une canalisation Si l'on souhaite traiter une canalisation de façon préventive en vue d'empêcher un bouchage éventuel, il est possible de mettre en oeuvre une autre forme de réalisation de la présente invention. Cette forme consiste à introduire par rapport à l'exemple 7 (sans les nutriments en poudre et avec une teneur en Cal. 2R : : O pour la gélification de 58 g/l) une activité enzymatique au niveau du prégel, en plus de l'addition d'enzymes au moment de la gélification et de la fixation de AES. En ajoutant au départ de 45 g/l du mélange à parts égales de 3 enzymes (a-amylase, lipase, cellulase) par rapport au volume de prégel, au cuve d'eau qui vont recevoir soit le ANa, soit le CMC, on renforcera et on fixera une certaine quantité d'enzymes au coeur des microbilles. Le résultat obtenu sera une action à long terme beaucoup plus importante, réduisant les dépôts éventuels dans la canalisation. Exemple 9 : préparation d'une composition pour incorporer un décontaminant pour réservoir d'eau de pluie Afin d'empêcher le développement d'odeurs désagréables dans des réservoirs de stockage d'eau de pluie, on peut procéder à une décontamination des bactéries qui sont présentes dans ces réservoirs, en introduisant un produit désinfectant dans les microbilles. Avec une proportion volumique ANa/CMC de 2,3 à 1 par rapport à l'exemple 7 (sans les nutriments en poudre), on peut introduire dans les microbilles une teneur de 0,05 g/l de 2-méthylnitropropane-1, 3-diol ou de 1 g/l de sel de Li de la l, 2-benzisothiazoline-3-one par rapport au prégel mixte. Exemple 10 : préparation d'une composition pour inoculer un filtre bactérien Il est parfois nécessaire de lancer ou relancer l'activité bactérienne du filtre bactérien qui se maintient avec peines, notamment sur un lit de gravier situé à la sortie d'une fosse septique. Avec la même proportion qu'à l'exemple 7 (sans les nutriments en poudre), il convient cette fois de réduire le temps de contact avec la solution de CaCl,, à 30 min au maximum, afin de ne pas trop réticuler le gel et permettre une libération rapide dans une zone où les bactéries se fixent difficilement. De même, la température de séchage sera limitée à 50-60 C s'il s'agit de spores et à 20-30 C pour des cellules végétatives. Exemple 11 : préparation d'une composition pour l'inoculation d'un système d'épuration biologique Si l'on souhaite apporter à un endroit un consortium biologique, il faudra tenir compte de leur fonction et de leur vitesse de croissance respective. Dans le cas d'une fosse dite toutes eaux où on trouve simultanément des matières organiques du type amidon, protéine, cellulose et des matières grasses, on pourra faire agir un consortium de bactéries Bacillus et Pseudomonas, à raison de 103 g/l sur base des proportions de l'exemple 7 (avec les nutriments en poudre cités et avec une teneur en CaCl2. 2H20 pour la gélification de 58 g/l). Le procédé selon l'invention permet aisément de mélanger des microbilles ensemencées en Bacillus avec des microbilles ensemencées en Pseudomonas. De plus, le procédé est suffisamment souple pour permettre une encapsulation faible de Bacillus pour un relargage immédiat et une encapsulation forte pour un relargage lent et progressif de Pseudomonas. Enfin, l'incorporation au niveau du mélange de prégels, de produit tensioactif à raison de 2 g/l par rapport au prégel mixte, facilitera la mise en contact et donc l'action des bactéries vis-à-vis des matières grasses. REVENDICATIONS 1. - Procédé d'obtention de préparations à base de microbilles aptes à traiter les eaux usées, comportant les étapes de : a) formation d'un premier prégel par mise en contact d'alginate de sodium et d'eau, en mélange avec un second prégel par mise en contact de carboxyméthylcellulose et d'eau ; b) addition de bactéries au mélange de ces prégels ; c) formation de microbilles gélifiées à partir du mélange additionné de bactéries tombant par un système de gouttes à gouttes dans un bain aqueux de gélification ionotropique ; d) fixation durant la gélification d'enzymes présentes dans le bain aqueux ionotropique ; e) parachèvement de la gélification dans le bain aqueux ionotropique ; f) récupération et séchage des microbilles. 2.-Procédé de préparation de microbilles selon la revendication 1, comportant en outre une ou plusieurs étapes de fixation d'activité enzymatique supplémentaire. 3.-Procédé de préparation de microbilles selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le mélange de l'étape a est effectué avec un rapport volumique alginate de sodium/carboxyméthylcellulose compris entre 4/1 et 1/1. 4.-Procédé de préparation de microbilles selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la teneur en bactéries ajoutées à l'étape b est comprise entre 20 et 103 g/l par rapport au mélange de prégels. 5.-Procédé de préparation de microbilles selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la teneur en enzymes ajoutées à l'étape d est comprise entre 8 et 67 g/l par rapport au bain aqueux. 6.-Procédé de préparation de microbilles selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le produit de gélification ionotropique utilisé à l'étape c est du chlorure, du nitrate ou du sulfate de calcium ou de baryum, ou leurs mélanges. 7.-Procédé de préparation de microbilles selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la teneur en produit de gélification ionotropique utilisé à l'étape c est comprise entre 20 et 80 g/l exprimée en CaCl. 2H2O par rapport au bain aqueux. 8.-Procédé de préparation de microbilles selon la revendication 2, caractérisé en ce que la teneur en enzymes utilisée pour fixer des activités enzymatiques supplémentaires est comprise entre 11 et 90 g/l par rapport au bain aqueux. 9.-Procédé de préparation de microbilles selon l'une quelconque des revendications 2 ou 8, caractérisé en ce que la teneur en sel de protection enzymatique CaCl2. 2H2O, utilisée pour fixer des activités enzymatiques supplémentaires est comprise entre 42 et 85 g/l par rapport au bain aqueux.