Brevet FR2849020A1 — publié le 20040625

Procédé d'épuration de boues et/ou d'effluents fermentescibles et installation pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. L'invention concerne le domaine du traitement des boues et/ou des effluents en vue de leur épuration. Plus précisément, l'invention concerne le traitement des boues et/ou des effluents présentant une teneur élevée en matières fermentescibles, c'està-dire en pratique supérieure à 15 grammes de matières sèches par litre, en vue de leur traitement Ce traitement comporte notamment une stabilisation qui permet une hygiénisation de ces effluents, c'est-à-dire un fort abattement 10 de leur teneur en micro-organismes pathogènes, ainsi qu'une désodorisation de ceux-ci. De telles boues et effluents peuvent être constitués notamment, mais non exclusivement, par les matières de vidanges de fosses recueillant les eaux issues de l'assainissement non-collectif ("fosses toutes eaux"), par 15 certaines matières de vidange industrielles, par des matières de vidange de fosses à lisier, etc. L'épuration de ce type d'effluents se heurte à plusieurs problèmes. En premier lieu, ils doivent être collectés pour être acheminés vers des centres agréés de traitement se situant parfois loin du lieu de collecte Leur 20 transport vers ces centres de traitement n'est pas toujours facile et sans danger De plus, ce transport induit parfois des nuisances, notamment olfactives. En second lieu, les traitements actuellement utilisés pour traiter ce type d'effluents ne sont pas très efficaces Ainsi, les traitements par 25 séparation de phases sur filtre-presse visant à obtenir d'une part un filtrat et d'autre part des boues déshydratées (gâteaux), conduisent-ils à des boues qui conservent un certain pouvoir fermentescible et à un filtrat et à des boues générant des nuisances olfactives Les traitements biologiques mettant en oeuvre des bactéries thermophiles (par exemple le procédé CARBOFIL) ne fonctionnent quant à eux efficacement que lorsque les effluents renferment une quantité suffisante de graisses. En troisième lieu, les traitements actuels génèrent un rejet au milieu récepteur sur le lieu de leur implantation. L'objectif de la présente invention est donc de proposer un procédé de traitement qui permette: une épuration poussée des boues et effluents; une hygiénisation des boues déshydratées et des filtrats obtenus à l'issue de la séparation de phases; l'absence de rejet centralisé vers le milieu récepteur. Encore un objectif de l'invention est de proposer une installation pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Ces différents objectifs sont atteints grâce à l'invention qui concerne un procédé de traitement de boue et/ou d'effluent fermentescibles contenus 15 dans au moins une cuve, ledit effluent ou ladite boue présentant au moins 15 grammes de matières sèches par litre, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à prélever la totalité dudit effluent et/ou de ladite boue dans ladite cuve, une étape consistant à faire subir audit effluent et ou à ladite boue une acidification 20 pour amener son p H à une valeur comprise entre environ 2,5 et 3,5, une étape consistant à ajouter au moins un sel de nitrite audit effluent et/ou à ladite boue à une concentration comprise entre environ 0,5 et 1 g d'azote par kilogramme de matière sèches contenues dans ledit effluent et/ou ladite boue, une étape consistant à maintenir en contact le mélange ainsi formé 25 pendant une durée comprise entre 5 minutes et 12 heures, sous agitation permanente ou intermittente, une étape de filtration dudit mélange sur filtre-presse permettant d'obtenir un filtrat et des boues déshydratées, une étape de stockage tampon dudit filtrat, une étape de neutralisation (environ à p H 7) dudit filtrat immédiatement avant une dernière étape d'évacuation 30 dudit filtrat neutralisé vers au moins une cuve (qui peut être celle ayant contenu initialement l'effluent ou tout autre cuve) Le procédé permet ainsi d'éviter tout rejet d'effluent au milieu naturel sur le site dudit procédé de traitement. Un tel procédé peut être appliqué à tout effluent ou boue fermentescible liquide ou semi-liquide (pâteux). Le principe de l'invention consiste donc à combiner un traitement de stabilisation de l'effluent et/ou de la boue par ajout de nitrites en milieu acide avec un traitement mécanique permettant de récupérer une phase essentiellement solide (gâteau) et une phase essentiellement liquide (filtrat), 10 ces deux phases étant hygiénisées et ne générant pas de nuisance olfactive. Lors de l'étape de stabilisation de tels effluents et/ou boues fermentescibles par ajout de nitrites en milieu acide, de l'acide nitreux, puissant oxydant est formé, ce qui se traduit par une augmentation du potentiel redox et permet l'inhibition de la faune micro-biologique, 15 responsable de la fermentation des effluents Complémentairement, l'étape de traitement mécanique sur filtre-presse conduit à des produits essentiellement inertes Le filtrat peut ainsi être avantageusement utilisé pour remettre en eau une cuve, qui peut par exemple, mais non obligatoirement, être celle qui a été préalablement vidangée. Préférentiellement, ledit procédé selon l'invention comprend une étape de compactage des boues obtenues lors de ladite étape de filtration sur filtrepresse. Egalement préférentiellement, ladite étape de compactage est effectuée à une pression comprise entre environ 9 bar et environ 12 bar. Avantageusement, ledit procédé comprend une ou deux étapes préliminaires consistant à broyer et/ou à dégriller ledit effluent et/ou ladite boue De telles étapes permettent de conférer une plus grande homogénéité à l'effluent et/ou boue subissant l'étape de stabilisation par ajout de sels de nitrite en milieu acide. Egalement avantageusement, ledit procédé comprend aussi une étape consistant à ajouter au moins un polymère, préférentiellement cationique, audit mélange avant ladite étape de filtration Un tel polymère a pour objet de faciliter la séparation de la phase solide et de la phase liquide. 5 Préférentiellement ledit polymère est ajouté à raison d'environ 2 kg de polymère actif par tonne de matières sèches dudit effluent. On notera aussi que ladite étape d'acidification dudit effluent et/ou de ladite boue à un p H compris entre 2,5 et 3,5 est préférentiellement effectuée par ajout d'acide sulfurique Un tel acide présente l'avantage d'être peu cher 10 et facilement disponible. D'une façon préférée entre toutes, ladite étape d'acidification dudit effluent est effectuée pour amener son p H à une valeur de 2,5 environ et le sel de nitrite est ajouté audit effluent à raison d'environ 0,5 g d'azote par kilogramme de matière sèches contenues dans ledit effluent. L'invention concerne également une installation d'épuration pour la mise en oeuvre du procédé tel que décrit ci-dessus, ladite installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de vidange d'au moins une cuve contenant un effluent et/ou une boue à épurer, au moins un réacteur recevant cet effluent, ledit réacteur étant pourvu de moyens d'amenée d'au 20 moins un acide et d'au moins un sel de nitrite dans ledit effluent et/ou ladite boue et de moyens d'agitation, au moins un filtre- presse destiné à déshydrater ledit effluent provenant dudit réacteur afin d'obtenir un gâteau et un filtrat et, des moyens de réintroduction de filtrat dans une cuve préalablement vidangée. Préférentiellement, ledit filtre-presse est un filtre-presse à plateaux. Avantageusement, ladite installation comprend aussi des moyens de broyage et/ou des moyens de dégrillage, prévus en aval dudit réacteur. Selon une variante particulièrement intéressante de l'invention, ladite installation est ambulante Une telle installation pourra par exemple être 30 véhiculée par un camion, ou tout autre véhicule adéquat, et ainsi être itinérante De cette manière, l'installation pourra être utilisée pour traiter sur place des effluents et/ou boues contenus dans des cuves, la mise en eau de ces cuves après traitement de l'effluent qu'elle contenaient initialement étant effectuée grâce au filtrat obtenu et étant ainsi grandement facilitée. L'invention, ainsi que les différents avantages qu'elle présente seront mieux compris grâce à la description qui va suivre de modes de réalisation de l'invention. Le procédé selon l'invention a été mis en oeuvre sur un effluent constitué par des matières de vidange d'une cuve "toutes eaux" utilisée en 10 assainissement individuel Cet effluent, constitué d'une phase liquide épaisse et d'un surnageant présentait les caractéristiques physicochimiques avant traitement selon le tableau 1 ci-après: Matières de vidange ph liquide surnageant p H 6,3 redox (m V) -310/ MS (g/l) 61 / DCO t (g/l) 67 / N t (mg/l) 1340 312 P t (mg/1) 420 82 Tableau 1 Un volume donné de ces matières de vidanges fermentescibles a été traité, selon l'état de la technique, par passage sur filtre-presse à plateau après addition d'un polymère (essai n l). Ce filtre presse est constitué d'un plateau de 150 mm sur 150 mm et d'un volume d'environ 450 cm 3 Le plateau est équipé d'un système de 20 compactage La toile utilisée a une perméabilité à l'air de 1000 à 2000 m 3/h/m 2 sous 196 Pa Le temps de remplissage ( O à 9 bar) et de filtration (à 9 bar) est de 15 min Le temps de compactage est de 5 ou 10 min à 9 bar Le polymère utilisé est du ZETAG 7878 FS 40 Il est préparé à une concentration de 2 g/l Le taux de traitement en polymère est de 2 kg de polymère actif par tonne de matière sèche. Trois autres volumes des matières de vidange ont été traitées selon l'invention, c'est-à-dire en combinant d'une part un traitement par 5 acidification par ajout d'acide sulfurique et ajout de sels de nitrites et d'autre part une étape de filtration sur filtre-presse (essais n 2, 3 et 4). Pour l'essai n 2 on a ajouté une quantité d'acide sulfurique suffisante pour obtenir un p H des matières de vidange de 3 et on a utilisé un taux de traitement en nitrites de 1 g N/kg MS (soit 1 g de nitrites par 10 kilogramme de matières sèches). Pour l'essai n 3 on a ajouté une quantité d'acide sulfurique suffisante pour obtenir un p H des matières de vidange de 3,5 et on a utilisé un taux de traitement en nitrites de 1 g N/kg MS. Pour l'essai n 4 on a ajouté une quantité d'acide sulfurique 15 suffisante pour obtenir un p H des matières de vidange de 2,5 et on a utilisé un taux de traitement en nitrite de 0,5 g N/kg MS. Après traitement, on a effectué différentes mesures sur le filtrat obtenu immédiatement à l'issue du traitement, le gâteau obtenu immédiatement à l'issue du traitement et le gâteau après stockage d'un 20 mois. La température des matières de vidange durant ces essais est comprise entre 14 C et 19 C. Le tableau 2 ci-après récapitule les résultats de ces mesures Dans ce tableau: MS (%) correspond au taux de matières sèches, MES 25 correspond au taux de Matières en Suspension, DC Ot correspond à la demande chimique en oxygène, et Nt correspond à la teneur en azote et composés azotés. GATEAU INITIAL GATEAU PRES FILTRAT MOIS ESSAIS Masse MS redox Masse MS redox MES DC Ot N t V (g) PH p ita (g) (%) PH (m V) (g) (%) p H (m V) (mg/1) (mg/l (mg/1) fltrat ( 1) 1 226,9 26,7 6,3 -280 205 29,0 7,0 -100 503 4179 313 1,0 2 417 45,8 4,6 150 405 44,3 5,2 100 57 3977 294 3,1 3 367,5 41,8 4,9 70 352 43,0 5,2 O 75,5 4111 313 2,2 4 415 40,8 4,8 150 418 39,5 5,0 30 75 3992 298 3,0 10 Tableau 2 Ce tableau 2 montre clairement que le traitement selon l'invention permet, par rapport à l'état de l'art, d'obtenir un filtrat moins chargé en matières en suspension (MES) et beaucoup moins fermentescible (redox> 0) Selon les résultats de ce tableau, on note également que la qualité du gâteau reste stable dans le temps. Le procédé selon l'invention permet d'améliorer la déshydratation des matières de vidange en: réduisant la charge en MES dans le filtrat, réduisant l'encrassement des toiles du filtre-presse à plateaux, augmentant la siccité des gâteaux de filtration. Le gain en siccité est supérieur à 10 % et les gâteaux obtenus ont une bonne structure avec une siccité moyenne supérieure à 40 %. Le procédé selon l'invention permet d'atteindre une épuration des matières de vidange avec une élimination de: plusde 98 %des MS, 94 % dela DCO, 78 % de l'azote total (Nt). Un test olfactif a également été réalisés par un jury de 12 personnes. Lors de ce test, le jury s'est concentré sur la gêne olfactive que représente chaque gâteau obtenu lors des essais 1 à 4 L'échantillon est présenté à moins de 5 cm du nez du jury. Le classement des différents essais en terme de sensation relevée 10 par le jury est résumé dans le tableau 3 suivant (le résultat 1 correspond à la sensation la moins désagréable, le résultat 4 correspond à la sensation la plus désagréable). Essai n 1 2 3 4 Classement 4 2 3 1 Tableau 3 Ce tableau montre clairement que l'odeur des échantillons de gâteaux obtenus dans le cadre du présent procédé est nettement moins gênante que celle du gâteau obtenu lors du traitement selon l'état de la technique. Enfin, des mesures du PCI (pouvoir calorifique inférieur) des matières de vidange brutes et traitées par le procédé selon l'invention a été effectuée Le PCI traduit la capacité des matières à être incinérées. Plus le PCI d'une substance est élevée plus elle sera facile à incinérer. Les résultats sont regroupés au sein du tableau 4 suivant: 25 Déterminations Normes Limites Résultats Matière de Matière de vidange brute vidange traitées selon l'invention Teneur en eau (en %) NF ISO NF EN ISO 11885: 1998 PCI / sec à 105 C M 03-005: kcal / kg 3 233 2 599 PCI / boue brute M 03- 005: kcal / kg 233 857 Résidu après En % en 38 9 36 5 combustion masse Tableau 4 On constate que le traitement selon la présente invention permet d'améliorer le PCI des matières de vidange Ce gain est d notamment à l'amélioration de la déshydratation autorisée par l'invention D'autre part, on constate que le PCI des matières de vidange après un traitement selon l'invention est de 2 à 3 fois supérieur au PCI d'une boue urbaine (PCI = 200-300 kcal/kg brut) et 2 à 3 inférieur au PCI d'une ordure ménagère (PCI = 2000 à 2500 kcal/kg brut) Le procédé selon l'invention se présente donc comme une solution efficace de traitement des matières de vidange en terme de stabilisation du produit avant son élimination en coincinération avec des ordures ménagères. REVENDICATIONS 1 Procédé de traitement de boue et/ou d'effluent fermentescibles contenus dans au moins une cuve, ledit effluent ou ladite boue présentant au moins 15 grammes de matières sèches par litre, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à prélever la totalité dudit effluent et/ou de ladite boue dans ladite cuve, une étape consistant à faire subir audit effluent et ou à ladite boue une acidification pour amener son p H à une valeur comprise entre environ 2,5 et 3,5, une étape 10 consistant à ajouter au moins un sel de nitrite audit effluent et/ou à ladite boue à une concentration comprise entre environ 0,5 et 1 g d'azote par kilogramme de matière sèches contenues dans ledit effluent et/ou ladite boue, une étape consistant à maintenir en contact le mélange ainsi formé pendant une durée comprise entre 5 minutes et 12 heures, sous agitation 15 permanente ou intermittente, une étape de filtration dudit mélange sur filtre-presse permettant d'obtenir un filtrat et des boues déshydratées, une étape de stockage tampon dudit filtrat, une étape de neutralisation (environ à p H 7) dudit filtrat immédiatement avant une dernière étape d'évacuation dudit filtrat neutralisé vers au moins une cuve. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend une étape de compactage des boues issues de ladite étape de filtration sur filtre-presse. 3 Procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que ladite étape de compactage est effectuée à une pression comprise entre 25 environ 9 bar et environ 12 bar. 4 Procédé selon l'un quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comprend une ou deux étapes préliminaires consistant à broyer et/ou à dégriller ledit effluent et/ou ladite boue. 1 i Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à ajouter au moins un polymère audit mélange avant ladite étape de filtration. 6 Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que ledit polymère est ajouté à raison d'environ 2 kg de polymère actif par tonne de matières sèches dudit effluent et/ou de ladite boue. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que ladite étape d'acidification dudit effluent pour amener son p H à une valeur comprise entre 2,5 et 3,5 est effectuée par 10 ajout d'acide sulfurique. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que ladite étape d'acidification dudit effluent et/ou de ladite boue est effectuée pour amener son p H à une valeur de 2,5 environ et en ce que ledit au moins un sel de nitrite est ajouté audit effluent à 15 raison d'environ 0,5 g d'azote par kilogramme de matière sèches contenues dans ledit effluent et/ou ladite boue. 9 Installation d'épuration pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de vidange d'au moins une cuve contenant un 20 effluent et/ou une boue à épurer, au moins un réacteur recevant cet effluent et/ou cette boue, ledit réacteur étant pourvu de moyens d'amenée d'au moins un acide et d'au moins un sel de nitrite dans ledit effluent et/ou ladite boue et de moyens d'agitation, au moins un filtre-presse destiné à déshydrater ledit effluent provenant dudit réacteur afin d'obtenir 25 un gâteau et un filtrat, et des moyens de réintroduction de filtrat dans une cuve préalablement vidangée. Installation selon la revendication 9 caractérisée en ce que ledit filtrepresse est un filtre-presse à plateaux. 11 Installation selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10 caractérisée en ce qu'il comprend des moyens de broyage et/ou des moyens de dégrillage. 12 Installation selon l'une quelconque des revendications 9 à 11 caractérisée en ce qu'elle peut être ambulante.