Brevet FR2844732A1 — publié le 20040326

La présente invention a pour objet un procédé d'ensemencement par des micro-organismes, d'un sable de fonderie particulaire contenant au moins une résine phénolique en tant que liant, lesdits micro-organismes étant aptes à dégrader ledit liant. Elle concerne également un procédé de traitement biologique d'un tel sable en vue de la dégradation du liant. Les sables de fonderie sont composés de sables mélangés avec des liants organiques généralement du type résines phénoliques et utilisés pour la fabrication de moules et de noyaux pour le 10 moulage de pièces métalliques de fonderie. Les qualités particulières des résines phénoliques favorisent en effet une bonne résistance des noyaux à la compression lors des opérations de coulée, ce qui justifie son emploi dans les fonderies d'aluminium malgré de lourdes contraintes environnementales. En effet, l'accumulation dans le milieu de résines phénoliques n'est pas sans danger pour l'équilibre écologique. Or, chaque moule ou noyau ayant ou non subi la coulée, ne peut servir qu'une fois et constitue de ce fait un déchet en grande quantité à 20 éliminer pour les fonderies. Il convient de distinguer deux types de sables de fonderie - les sables ayant subi la coulée du métal, dits sables brlés; ils contiennent une faible teneur en résines phénoliques car le métal en fusion détruit la majeure partie de la résine 25 organique; - les sables n'ayant pas subi la coulée du métal, dits sables non brlés, qui regroupent les pertes et les rebuts de moules et de noyaux, la partie externe des moules, et les sables préparés en excès qui contiennent des teneurs élevées en résines phénoliques. 30 Selon la teneur en résines phénoliques des sables de fonderie, ceux-ci seront soit stockés dans une décharge, soit valorisables par exemple en tant que remblai ou en tant qu'additif pour compositions de produits à base de liants hydrauliques (parpaing, graves...). Les cots de plus en plus élevés de mise en décharge et les réglementations d'interdiction de mise en décharge de déchets non ultimes comme les sables de fonderie incitent à leur valorisation. De nombreuses solutions technologiques alternatives à la mise 5 en décharge existent actuellement (thermique, mécanique, chimique, biologique) et constituent, dans de nombreux cas, des solutions intéressantes. Cela est notamment le cas du traitement biologique des sables qui offre une grande souplesse par rapport au gisement des sables 10 et peut constituer une approche économique intéressante. En effet le phénol, constituant principal des résines phénoliques, est dégradé par de nombreux micro-organismes aérobies (bactéries, champignons) qui l'utilisent comme source de carbone et d'énergie dans leur métabolisme. Toutefois, l'inconvénient majeur de ce système d'ensemencement connu réside dans le fait qu'il ne permet pas un mélange intime entre les grains de sable et l'inoculum aqueux de micro-organismes, ni une diffusion régulière des nutriments au sein des sables, et ce en raison du caractère hydrophobe des 20 sables secs à traiter. Il en résulte une colonisation non uniforme des grains de sable par les micro-organismes et une biodégradation non homogène, longue et malgré tout incomplète des résines phénoliques présentes dans les sables traités. Le but de la présente invention est de proposer un nouveau procédé d'ensemencement n'ayant pas les inconvénients ci-dessus du système connu à ce jour. Ainsi, cette invention a pour objet un procédé d'ensemencement par des micro-organismes, d'un sable de fonderie 30 particulaire contenant au moins une résine phénolique en tant que liant, lesdits micro-organismes étant aptes à dégrader ledit liant, qui est caractérisé en qu'il comprend les opérations consistant à introduire en continu le sable à ensemencer par un point haut d'un conduit cylindrique incliné et rotatif, le sable ainsi animé d'un mouvement de malaxage progressant dans ledit conduit depuis ce point haut jusqu'à un point bas, à pulvériser une suspension aqueuse desdits microorganismes sur ledit sable sur une partie au moins de son S trajet dans ledit conduit afin de l'ensemencer avec ces microorganismes et à extraire le sable ainsi ensemencé par ledit point bas du conduit. On comprendra que grâce à la combinaison de l'effet de malaxage du sable à traiter, procuré par le mouvement 10 rotatif du conduit cylindrique incliné recevant le sable, et de la pulvérisation de la suspension aqueuse, on peut surmonter le caractère intrinsèque hydrophobe du sable et assister à un mouillage homogène et complet de celui-ci par la suspension aqueuse et par conséquent à un ensemencement 15 uniforme des grains de sable par les micro-organismes de cette suspension. Un tel mouillage homogène a par ailleurs une incidence tout à fait bénéfique sur le processus de biodégradation des résines phénoliques présentes dans le sable à traiter, comme 20 cela sera explicité ci-après. Avantageusement, les micro-organismes mis en oeuvre sont aérobies et de nombreux micro-organismes hétérotrophes (bactéries, champignons et levures) connus pour leur capacité à dégrader le phénol peuvent être utilisés. On 25 citera par exemple ceux du genre Achromobacter, Aeromonas, Flavobacterium, Pseudomonas, Aspergillus (niger), Streptomyces, Micrococcus, Mycrobacterium, Fusarium (flocciferum) et Trichosporon (cutaneum). Par ailleurs, la suspension de micro-organismes 30 comprend avantageusement des sources de nutriments (azote, phosphore, potassium, etc...> pour lesdits microorganismes. Le pourcentage en poids de la suspension aqueuse de micro-organismes par rapport au sable à traiter est de 35 préférence de 2 à 4 %, par exemple 2 %. De tels pourcentages permettent en effet d'éviter tout collage du sable à la surface intérieure du conduit cylindrique. Quant à la vitesse de rotation de ce conduit 5 cylindrique, elle est choisie pour avoir un malaxage optimum du sable et de la suspension de micro-organismes. Elle sera avantageusement de 18 à 22 tours/minute pour un diamètre du conduit de 1500 mm. Le temps de séjour du sable dans ledit conduit est 10 quant à lui choisi pour obtenir un mouillage complet. Ce temps dépend notamment de l'angle d'inclinaison du conduit cylindrique par rapport à la direction horizontale, qui est habituellement de 3 à 60, de la vitesse de rotation du conduit et de la longueur de ce dernier. En outre, le sable à traiter a de préférence une granulométrie moyenne de 3 à 6 mm. La présente invention a en outre pour objet un procédé de traitement biologique d'un sable de fonderie particulaire contenant au moins une résine phénolique en tant que liant, 20 pour éliminer par biodégradation une partie au moins de cette résine phénolique; ce procédé se caractérise en ce qu'il comprend les opérations d'ensemencement du sable par des micro-organismes selon le procédé d'ensemencement décrit ci-dessus, de répartition du sable ainsi ensemencé en tas 25 séparés et d'arrosage périodique ou continu de ces tas avec une solution aqueuse de nutriments assimilables par lesdits micro-organismes. Grâce au mouillage préalable du sable résultant de la pulvérisation de la suspension aqueuse de microorganismes 30 sur le sable en cours de malaxage, on obtient non seulement une colonisation uniforme de grains du sable par les micro-organismes, mais encore une percolation régulière et homogène de la solution aqueuse de nutriments au sein de toute la masse des tas de sable; ceci assure une 35 dégradation biologique des résines phénoliques homogène dans ces tas et une réduction significative de la durée nécessaire pour que cette dégradation conduise à des teneurs en phénol inférieures à 1 mg/kg de sable. Par ailleurs, l'opération d'arrosage est avantageusement effectuée pour que le sable des tas arrosés ait un taux d'humidité de 4 à 6 %, par exemple de 5 %. On ajoutera que les nutriments de la solution aqueuse de nutriments sont de préférence de même nature que ceux contenus dans la suspension aqueuse de micro-organismes. Un mode de réalisation de la présente invention sera 10 décrit ci-après à titre d'exemple non limitatif en référence au dessin annexé dans lequel la figure unique est la représentation schématique d'une installation pour la mise en oeuvre de l'invention. Cette installation comprend un premier convoyeur à 15 bande 1 alimenté à l'une de ses extrémités par du sable de fonderie à traiter dont la granulométrie moyenne est d'environ 5 mm et qui a été débarrassé de tous métaux ferreux et non ferreux. L'installation comprend en outre un conduit cylindrique 20 2 ouvert à ses deux extrémités et incliné par rapport à la direction horizontale d'un angle cc de quelques degrés (par exemple 3-60). Ce conduit reçoit, au voisinage de son extrémité haute, la partie inférieure d'une première trémie 3. Le conduit 2 est pourvu de moyens (non représentés) pour l'animer d'un mouvement de rotation axiale, dont la vitesse est réglable. L'installation comprend par ailleurs une deuxième trémie 4 dont la partie supérieure s'ouvre sous l'extrémité 30 basse du conduit 2 et dont la partie inférieure se termine au-dessus de l'extrémité basse 5 d'un deuxième convoyeur à bande 6. Les convoyeurs 1 à 6 sont tous deux équipés de moyens d'entraînement (non représentés); il s'agit en particulier 35 de moteurs électriques à vitesse réglable. L'installation ainsi décrite est complétée par un système distributeur du type pulvérisateur. Ce système comprend plus précisément un tube 7 fermé à l'une de ses extrémités et disposé à la partie supérieure de l'espace intérieur du conduit cylindrique 2, parallèlement à l'axe longitudinal de ce dernier. De préférence, le tube 7 est situé dans le plan de symétrie vertical du conduit 2. Ce tube 7 est pourvu de buses de pulvérisation 8 régulièrement réparties sur toute sa longueur, ces buses étant orientées vers le centre du conduit 2 de manière à 10 balayer le plus grand volume possible de celui-ci. Enfin, le tube 7 est raccordé par son extrémité ouverte à une canalisation 9 d'amenée de liquide, munie d'une vanne de réglage de débit 10 et d'un débitmètre 11. Cette installation fonctionne de la manière suivante. Le sable à traiter est amené et déversé par le convoyeur 1 dans la partie supérieure ouverte de la trémie 3 et, de là, tombe par gravité dans le conduit 2 au voisinage de son extrémité haute. Du fait de l'inclinaison du conduit et du mouvement de 20 rotation dont est animé ce dernier, le sable progresse dans ce conduit depuis son extrémité haute jusqu'à son extrémité basse. La vitesse de rotation du conduit 2 est choisie pour que le sable y subisse un malaxage, le sable étant entraîné suivant un mouvement circulaire jusqu'au point haut du 25 conduit avant de retomber par gravité. Une vitesse de rotation du conduit 2 est avantageusement de l'ordre de 20 tours/minute pour un diamètre du conduit de 1500 mm. Tout au long de son déplacement, le sable en cours de 30 malaxage est aspergé par pulvérisation d'une suspension de micro-organismes amenée, par le conduit 9, dans le tube 7 et les buses de pulvérisation 8. Le débit d'amenée de cette suspension est réglé pour éviter que le sable ne colle à la surface intérieure du 35 conduit 2, ce qui correspond sensiblement à une proportion d'humidité du sable d'environ 2 à 4 %. Cette suspension peut être préparée sur le site même. Ainsi, par exemple, dans un bassin approprié, on introduit de l'eau potable, celle-ci étant à au moins 120 C, de préférence à au moins 150 C, et à moins de 350 C, de préférence à moins de 300 C. La température de cette eau est maintenue sensiblement dans cette plage de températures par tout moyen approprié, celle-ci permettant une activité optimale des microorganismes. Par ailleurs, de l'air comprimé est insufflé en continu 10 dans cette eau par exemple à raison de 20 m3/h. Des nutriments sont en outre ajoutés dans le bassin. Ceux-ci sont notamment choisis pour apporter les principaux éléments minéraux (notamment azote, phosphore et potassium) nécessaires au métabolisme des micro-organismes 15 de la suspension aqueuse de micro-organismes. Les nutriments sont avantageusement amenés sous forme de sels solubles dans l'eau. Par ailleurs, le pH de la solution aqueuse résultante est ajusté à une valeur voisine de la neutralité, qui assure 20 une activité optimale desdits micro-organismes. Le milieu aqueux ainsi obtenu est agité pour le rendre homogène et, tout en poursuivant cette agitation, on ajoute un inoculum aqueux des micro-organismes susmentionnés. Cet inoculum a pour sa part été préparé, par dilutions 25 successives, à partir d'une souche de micro-organismes sélectionnés pour leur capacité à métaboliser les résines phénoliques présentes dans le sable à traiter, jusqu'à obtenir le volume souhaité. L'inoculum une fois ajouté dans le bassin, on poursuit 30 le développement bactérien jusqu'à obtention de la concentration voulue en micro-organismes (de préférence au minimum 108 bactéries/ml); cette concentration est vérifié par comptage bactérien au microscope optique avec une cellule de Thoma. La quantité de suspension aqueuse de micro-organismes à ajouter au sable est indépendante de la concentration en résines phénoliques; en revanche, la durée de traitement du sable par ces micro-organismes est directement fonction de la quantité de ces résines. Grâce au malaxage du sable et de la pulvérisation simultanée sur celui-ci de la suspension aqueuse de 5 micro-organismes sous forme de fines gouttelettes, on obtient une imprégnation uniforme du sable et donc une répartition homogène des micro-organismes. Le sable ainsi imprégné est évacué du conduit 2 par simple débordement, pour tomber dans la trémie 4 et de là, 10 sur la bande du convoyeur 6. Ce dernier effectue le transfert du sable imprégné vers un tas intermédiaire avant d'être amené sur une aire de maturation, sous la forme d'un tas pouvant atteindre une hauteur de 4 m, o la biodégradation des résines phénoliques 15 du sable est poursuivie. Ce tas est ensuite arrosé périodiquement ou en continu avec une solution aqueuse de nutriments de façon à obtenir de préférence un sable à 5 % d'humidité, cet arrosage étant nécessaire pour maintenir l'activité biologique. De préférence, la solution s'écoulant au travers du tas de sable est récupérée en vue de son recyclage pour l'arrosage. Bien entendu, on veillera à ce que la solution de nutriments ait toujours une température située dans la plage 25 susvisée (supérieure à 120 C et inférieure à 350 C). Par ailleurs, l'arrosage peut par exemple être réalisé au moyen d'un système du type goutte à goutte ou d'un système à asperseurs ayant une portée suffisante pour atteindre toute la surface du tas à arroser. On notera que la solution aqueuse de nutriments est préparée séparément dans un bassin o elle est maintenue à la température optimale et est soumise à une aération régulière par insufflation d'air, par exemple au moyen de cannes percées disposées au fond du bassin, le débit de 35 l'air étant avantageusement de l'ordre de 20 m3/h. Un suivi journalier de la concentration en phénol dans les eaux s'écoulant à la base du tas de sable est réalisé. Le suivi de la courbe de dégradation du phénol et sa comparaison avec la courbe théorique obtenue en laboratoire permet d'anticiper la fin de la période de dégradation (maturation). La maturation une fois terminée, le tas de sable est lavé pour une réutilisation éventuelle. REVENDICATIONS 1. Procédé d'ensemencement par des micro-organismes, 5 d'un sable de fonderie particulaire contenant au moins une résine phénolique en tant que liant, lesdits microorganismes étant aptes à dégrader ledit liant, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à introduire en continu le sable à ensemencer par un point haut d'un 10 conduit cylindrique incliné et rotatif, le sable ainsi animé d'un mouvement de malaxage progressant dans ledit conduit depuis ce point haut jusqu'à un point bas, à pulvériser une suspension aqueuse desdits micro-organismes sur ledit sable sur une partie au moins de son trajet dans ledit conduit 15 afin de l'ensemencer avec ces micro-organismes et à extraire le sable ainsi ensemencé par ledit point bas du conduit. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits microorganismes sont des micro-organismes aérobies. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la suspension aqueuse comprend des sources de nutriments pour les micro-organismes. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le pourcentage en poids de la 25 suspension aqueuse par rapport au sable à ensemencer est de 2 à 4 %, de préférence de 2 %. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison par rapport à la direction horizontale est de 3-60. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le sable a une granulométrie moyenne de 3 à 6 mm. 7. Procédé de traitement biologique d'un sable de fonderie particulaire contenant au moins une résine 35 phénolique en tant que liant, pour éliminer par biodégradation une partie au moins de cette résine phénolique, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations Il d'ensemencement du sable par des micro-organismes par mise en oeuvre du procédé selon lune quelconque des revendications 1 à 6, de répartition du sable ensemencé en tas séparés et d'arrosage périodique ou continu de ces tas 5 avec une solution aqueuse comprenant des nutriments assimilables par lesdits micro-organismes. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le sable a une granulométrie de 3 à 6 mm. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé 10 en ce que l'opération d'arrosage est effectuée pour que le sable des tas arrosé ait un taux d'humidité de 4 à 6 %, de préférence 5 %.