Brevet FR2846321A1 — publié le 20040430

La présente invention a pour objet un procédé et une installation de traitement de lisier de porc. Elle se rapporte d'une manière générale au domaine de la lutte 10 contre la pollution des sols, des cours d'eau et des nappes phréatiques entraînée par l'élevage intensif des porcins. Le lisier est un mélange liquide de déjections animales (fèces et urines), d'eau et de débris végétaux. Il est obtenu lorsque la litière paillée est 15 supprimée ou fortement réduite (pour limiter la main-d'oeuvre), les animaux étant placés sur des aires bétonnées qui permettent l'écoulement des déjections (aires en pente avec caniveaux ou grilles ajourées ou caillebotis). La composition du lisier est très variable selon les espèces, l'alimentation et la dilution: un lisier de porc à 5% de matière sèche contient environ 20 3 kg d'azote, 2 kg de potasse et 2 kg d'acide phosphorique par tonne, mais aussi des métaux lourds (zinc, cuivre, magnésium, etc.) en faible proportion. Il s'agit de produits intéressants pour limiter l'emploi des engrais chimiques, à condition de ne pas en abuser: les doses maximales à épandre devraient rester inférieures à 80 m3 par ha et par an sous peine d'excès d'azote et de métaux lourds pouvant entraîner 25 par ruissellement une pollution des rivières et des nappes phréatiques, et même un " empoisonnement " des sols. Un porc adulte produit plus de 5 m3 de lisier par an, ce qui implique des cuves de stockage assez coteuses. Les problèmes de pollution et de nuisance (odeurs) sont aigus dans les zones d'élevage porcin hors sol, comme les Flandres, la Bretagne ou les 30 Pays-Bas. Une réglementation très astreignante s'est mise en place à partir de 1993, fixant les quantités, les modalités et les époques d'épandage des lisiers. L'effort pour rationaliser la fertilisation se révèle bénéfique dans la lutte contre la pollution. Dans certaines régions (par exemple, la Bretagne), les -2 risques sont dus en grande partie aux excès d'épandage de lisier ou de déjections animales provenant des élevages hors sol (porcs et volailles). Une trop grande richesse en éléments minéraux nutritifs conduit aussi à une prolifération des algues dans les eaux douces ou salées, entraînant des déséquilibres écologiques (eutrophisation). La présente invention a pour objectif de séparer les différentes phases présentes dans le lisier de porc, par l'utilisation d'outils spécifiques dans le but de valoriser les lisiers de porc grâce à l'utilisation d'un procédé global simple et 10 économique pour la préservation et la gestion du patrimoine environnemental. Le procédé consiste à traiter le lisier de porc par séparation de phase et floculation en combinant, dans des cuves de stockage, l'action d'hydroinjecteurs qui floculent et concentrent en surface les matières en suspension 15 et surtout le potassium sous forme semi-liquide, de systèmes de flottaison aptes à concentrer le phosphore sous forme aqueuse et d'extracteurs de potassium destinés à évacuer le potassium concentré. Sur les dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif d'une 20 des formes de réalisation d'une installation conforme à la présente demande: la figure 1 représente une cuve de stockage de lisier équipée pour appliquer le procédé selon l'invention, la figure 2 montre un hydroinjecteur en perspective axonométrique et à une échelle différente, la figure 3 est un schéma de principe illustrant le fonctionnement d'un hydro-injecteur, la figure 4 est la coupe schématique d'un floculateur et la figure 5 est une vue en perspective d'un extracteur de potassium. L'installation, figures 1 à 5, est constituée d'une cuve de stockage 1 du lisier équipée d'au moins un hydro-injecteur 2, d'au moins un floculateur 3 et d'au moins un extracteur 4. Ces appareils étant montés sur des flotteurs 5, 6, 7 destinés à les maintenir à la surface du produit à traiter et immobilisés au moyen de cordages, câbles ou autres fixations, ou bien fixes. -3 L'ensemble est complété par une pompe de relevage, une sonde de régulation hydraulique et un automate associé à des programmateurs horaires et des contacteurs ainsi que par un tableau d'alimentation électrique pourvu des protections nécessaires. Les hydro-injecteurs 2 sont placés de manière à favoriser au maximum l'homogénéisation du lisier à traiter. Ils favorisent l'apport d'air atmosphérique par micro-bullage en engendrant, grâce à des turbines 8, un courant 9 qui créé par effet venturi une dépression permettant une injection d'air: une oxygénation, 10 mais aussi une floculation des matières en suspension et des matières dissoutes minérales et organiques. La quantité et le positionnement de ces machines dépendent de la forme de la cuve de stockage 1 mais surtout de la fréquence et de la quantité de lisier brut apportée. Les hydro-injecteurs 2 sont équipés d'un moteur immergé et sont réglables en profondeur et en angle d'injection. Le système de flottaison 5 permet de maintenir l'aspiration d'air hors du liquide, et permet aux machines une régulation autonome par rapport au niveau variable du lisier stocké. Le flux d'air sous forme de micro-bulles remonte vers la surface le 20 potassium et les matières en suspension. Ce nuage d'air crée en surface une couche de surnageant 10 semi-liquide. Le fonctionnement peut-être constant ou séquentiel. Les floculateurs fig. 4 permettent d'oxygéner, de filtrer et d'homo25 généiser le liquide à traiter. Le principe de fonctionnement est basé sur l'admission du liquide à traiter dans une colonne 11 grâce à l'utilisation d'un injecteur 12. Le flux de liquide ainsi injecté permet la création d'une dépression et donc l'aspiration d'air atmosphérique 13. Le flux de liquide et d'air est envoyé dans la colonne 11 de manière cyclodale à mouvement descendant. Ce flux admet un échange gazeux dans le liquide à traiter. Le flux de liquide ressort du système par des orifices 15 situés en partie inférieure de la colonne, tandis que les micro-bulles remontent vers la surface. -4 Ce filtre naturel de microbulles collecte alors les composés particulaires et organiques dissoutes contenues dans le liquide traité, pour les canaliser dans la coupelle de récupération 14 située en partie haute de la colonne. Le condensât est ensuite évacué par pompage vers l'extérieur (flèche 16). Dans le cadre du traitement du lisier de porc, le condensât obtenu est fortement concentré en phosphore. L'extracteur, fig.5, de potassium permet de récupérer et de liquéfier le surnageant 10 produit par les hydro-injecteurs 2 pour permettre son évacuation. 10 Le surnageant déborde par-dessus les flotteurs 7, et tombe dans l'extracteur qui est composé de trois parties distinctes: une partie émergée, une partie centrale et une partie immergée. La partie émergée permet de maintenir le système verticalement dans le liquide à traiter, et sert de support pour un moteur 21 relié à un arbre 22 15 entraînant une hélice tournant dans un élément cylindrique 23. La partie centrale est composée de flotteurs 7 réglables manuellement de façon à permettre d'adapter la flottaison du système complet par rapport à la texture du liquide à traiter. La hauteur d'immersion du système est très importante pour la récupération du surnageant et donc le débit d'extraction optimal du 20 potassium. La partie immergée est composée d'un réservoir 25 étanche à la partie supérieure duquel se trouve l'élément cylindrique 23 comportant une hélice. Ceci permet de centrifuger le surnageant sans éclaboussement d à la rotation de l'hélice dans l'élément cylindrique. L'hélice liquéfie le composé semi-solide. La 25 composition acqueuse obtenue est alors piégée dans le réservoir 25 de l'extracteur 4 et déclenche un capteur de niveau 26 fixé sur une paroi du réservoir, qui déclenche à son tour une pompe immergée 27 d'évacuation. Le positionnement vertical du capteur de niveau est déterminant pour le bon fonctionnement de la pompe immergée, pour l'évacuation automatique 30 du potassium, mais aussi pour le maintien vertical du système dans le bassin, le liquide assurant un contrepoids par rapport au balancement de la partie haute émergée. Le potassium liquide est ensuite évacué par la pompe à l'aide d'un tubulaire raccordé à un bassin de stockage extérieur. -5 Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, obtenus par des procédés similaires. -6 REVENDICATIONS 1 . Procédé de traitement de lisier de porc destiné à lutter contre la pollution des sols, des cours d'eau et des nappes phréatiques entraînée par l'élevage intensif des porcins, caractérisé par la combinaison, dans des cuves de stockage (1) du lisier à traiter, de l'action d'un ou plusieurs hydro-injecteurs (2) aptes à floculer et 10 concentrer en surface les matières en suspension et en particulier le potassium sous forme solide, d'un ou plusieurs systèmes d'écumage (3) aptes à concentrer le phosphore sous forme aqueuse et d'un ou plusieurs extracteurs (4) de potassium destinés à récupérer, puis à évacuer le potassium concentré après l'avoir liquéfié. 2 . Installation de traitement de lisier de porc destiné à lutter contre la pollution des sols, des cours d'eau et des nappes phréatiques entraînée par l'élevage intensif des porcins, caractérisée par la combinaison d'au moins un hydro-injecteur (2) apte à floculer et concentrer en surface les matières en suspension et en particulier 20 le potassium sous forme solide, d'au moins un système d'écumage (3) apte à concentrer le phosphore sous forme aqueuse et d'au moins un extracteur (4) de potassium destiné à récupérer, puis à évacuer le potassium concentré après l'avoir liquéfié, ces appareils étant installés dans des cuves de stockage (1) du lisier à traiter. 30. Installation selon la revendication 2, se caractérisant par le fait que le ou les hydro-injecteurs (2), le ou les systèmes d'écumage (3) et le ou les extracteurs (4) de potassium sont montés sur des flotteurs (5, 6, 7) destinés à les maintenir à la surface du produit à traiter et immobilisés au moyen de cordages, 30 câbles ou autres fixations ou fixés au fond. 40. Installation selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, se caractérisant par le fait que le ou les hydro-injecteurs (2) sont agencés pour engendrer dans le liquide à traiter, grâce à des turbines (8), un courant (9) créant par -7 effet venturi une dépression une injection d'air assurant une oxygénation et une floculation des matières en suspension et des matières dissoutes minérales et organiques, de manière à créer en surface une couche de surnageant (10) semi-solide. . Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, se caractérisant par le fait que le ou les hydro-injecteurs (2) sont équipés d'un moteur immergé et sont réglables en profondeur et en angle d'injection. 6 . Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, se caractérisant par le fait que le ou les flottateurs (3) comportent un injecteur (12) envoyant un flux de liquide dans une colonne (11) permettant la création d'une dépression assurant l'aspiration d'air atmosphérique (13), ledit injecteur étant agencé pour propulser le flux de liquide et d'air de manière cyclodale à mouvement 15 descendant, de façon à ce que le liquide ressorte de la colonne (11) par des orifices situés en partie inférieure et que l'air forme des microbulles collectant les composés particulaires et organiques contenu dans le liquide traité pour les remonter dans une coupelle de récupération 14 disposée à la partie supérieure de la colonne, avant d'être évacué vers l'extérieur. 70. Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, se caractérisant par le fait que le ou les extracteurs (4) de potassium sont constitués d'une partie immergée composée d'un réservoir (25) étanche rectangulaire à la partie supérieure duquel se trouve un élément cylindrique (23) comportant une grille 25 de centrifugation, d'une partie centrale comportant des flotteurs (7) réglables manuellement de façon à permettre d'adapter la flottaison du système et d'une partie émergée servant de support pour un moteur (21) relié à un arbre (22) entraînant une hélice tournant dans l'élément immergé (23). 80. Installation selon la revendication 7, se caractérisant par le fait que le ou les extracteurs (4) de potassium sont agencés de façon à ce que l'hélice provoque la liquéfaction des composés solides se trouvant en surface et à ce que le liquide obtenu soit piégé dans le réservoir (25) avant l'évacuation. -8 90. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, se caractérisant par le fait le réservoir (25) comporte une pompe immergée (27) d'évacuation du liquide déclenchée par un capteur de niveau (26) fixé sur une paroi dudit réservoir. 100. Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, se caractérisant par le fait qu'elle est équipée de plusieurs sondes de régulation hydraulique et d'un automate associé à des programmateurs horaires et des contacteurs.