Brevet FR2896435A1 — publié le 20070727

L'invention se rapporte au domaine du traitement des eaux usées et a pour objet un procédé de fabrication d'une substance utilisée dans le cadre de l'épuration d'un effluent, pour éliminer, en particulier, les produits chimiques tels que notamment les métaux lourds, les détergents, les hydrocarbures, les pesticides qui y sont contenus. Il existe à l'heure actuelle en France de nombreuses stations de traitement des eaux usées dont le rôle est de réduire la pollution, en nettoyant les eaux usées domestiques et industrielles de façon à rejeter dans les rivières des eaux traitées, compatibles avec la qualité souhaitée pour le milieu en fonction de ses usages. Ces traitements conduisent parallèlement à la production de boues utilisées, le cas échéant, comme amendements organiques et substances fertilisantes en agriculture. L'on connaît à l'heure actuelle différentes technologies de traitement des eaux usées, sélectionnées et mises en oeuvre en fonction de la nature des polluants contenus dans l'effluent. Ainsi, les procédés de type biologique sont plus particulièrement adaptés au traitement des effluents chargés en matières organiques, tandis que les procédés de type physico-chimique sont davantage conçus pour traiter des effluents chargés en produits chimiques dangereux, notamment en métaux lourds. Afin d'éliminer ces derniers, l'on connaît aujourd'hui classiquement différentes technologies mettant en œuvre des principes généraux tels que la coagulation, l'osmose inverse, l'utilisation de résines échangeuses d'ions, de filtres à sable ou de filtres à charbon actif notamment, dont l'efficacité varie en fonction du type de métal contenu dans l'effluent. En effet, des études ont montré que les filtres à sable ne sont par exemple d'aucune utilité pour traiter des eaux chargées de chrome ou de cobalt tandis qu'ils conviennent parfaitement pour éliminer le mercure, le plomb ou le cuivre. De même, les résines échangeuses d'ions se révèlent très actives pour éliminer le plomb, le chrome ou le cadmium, mais moins efficaces en cas de présence de mercure, d'argent, ou de cuivre. Améliorer les technologies existantes et en développer de nouvelles représente par conséquent constamment un axe de travail prioritaire pour de nombreuses équipes de chercheurs spécialisés dans ce domaine. Une équipe française a ainsi récemment mis au point un nouveau filtre, à base de feldspath activé thermiquement, capable de fixer les métaux toxiques tels que l'arsenic, le cadmium, le chrome, le nickel, le plomb, le zinc. Le feldspath est un minerai naturel à faible coût d'exploitation pouvant être régénéré après saturation dans certaines conditions ou vitrifié à très haute température. Des essais visant à réduire la teneur en cuivre d'un effluent industriel ont déjà été conduits avec succès sur un pilote industriel. C'est dans le même esprit de recherche de nouvelles techniques que la présente invention propose un procédé de fabrication d'une substance colloïdale soluble dans l'eau, dotée d'un excellent pouvoir d'absorption par chélation ou effets complexants non seulement vis-à-vis de tous les métaux mais également avantageusement vis à vis d'autres produits chimiques, tels que notamment les détergents, les hydrocarbures, ou les pesticides. Ce procédé de fabrication se caractérise en ce que : - l'on broie du lignite ou de la leonardite jusqu'à l'obtention d'une poudre, - l'on place la poudre de lignite ou de leonardite, en milieu alcalin, au contact de micro-organismes, - l'on soumet la poudre de lignite ou de leonardite à l'action desdits micro-organismes pendant une durée appropriée, - l'on élimine régulièrement du mélange le gaz carbonique issu de l'action des micro-organismes sur le lignite ou le leonardite, - l'on soumet la substance obtenue à un émottage. 35 Des essais ont d'ores et déjà pu mettre en évidence que la poudre obtenue, particulièrement active et peu coûteuse, convient parfaitement pour épurer des effluents chargés en matières chimiques, indépendamment de tout autre traitement antérieur. Par ailleurs, elle est également avantageusement adaptée pour effectuer des lavages de finition, et éliminer toute trace résiduelle d'éléments polluants dans des eaux préalablement traitées par le biais d'autres méthodes. Selon un mode préférentiel de mise en œuvre du présent procédé, l'on utilise en tant que micro-organismes des bactéries de type notamment actinomycètes du genre streptomyces ou nocardia. La présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons possibles. Cette description se rapportant à des exemples de réalisation, donnés à titre indicatif et non limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée, en référence aux dessins joints en annexe et dans lesquels : - la figure 1 consiste en une photographie d'une matière première envisageable, à savoir du lignite, broyé en vue de la mise en œuvre du procédé, de sorte à présenter des particules dont le diamètre varie de 0,5 à 5 millimètres, - la figure 2 consiste en une photographie de ce même lignite, tel qu'il se présente avant la phase d'émottage 25 effectuée à la fin du présent procédé, - la figure 3 représente une photographie de la substance obtenue au terme de la mise en œuvre du présent procédé, - la figure 4 représente une photographie de ladite substance versée dans un liquide. 30 L'invention concerne le domaine du traitement des eaux usées et se rapporte à un procédé de fabrication, à partir de lignite ou de leonardite, d'une substance colloïdale composée de macromolécules solubles dans l'eau et aptes à capter, dans les eaux contaminées, telles que les eaux de lavage industrielles, 35 les métaux lourds, les détergents, les hydrocarbures ou les pesticides, notamment. Selon la caractéristique principale de ce procédé, il est prévu d'obtenir cette substance au terme de plusieurs étapes dans lesquelles successivement : - l'on broie du lignite ou de la leonardite jusqu'à 5 l'obtention d'une poudre, - l'on place la poudre de lignite ou de leonardite , en milieu alcalin, au contact de micro-organismes, - l'on soumet la poudre de lignite ou de leonardite à l'action desdits micro-organismes pendant une durée appropriée, 10 - l'on élimine périodiquement du mélange le gaz carbonique issu de l'action des micro-organismes sur le lignite ou la leonardite, - l'on soumet la substance obtenue à un émottage. Ce procédé repose en fait sur la capacité biochimique des 15 microorganismes employés, par exemple des bactéries notamment de type actinomycètes, du genre streptomyces ou nocardia, se développant bien en milieu alcalin, de modifier les structures carbonées et la composition des substances organiques contenues dans le lignite ou la leonardite. 20 Selon une forme de mise en oeuvre préférentielle du présent procédé, l'on utilise par ailleurs, en tant que milieu alcalin, une solution constituée d'urée, de potasse et/ou de soude et d'eau. Ainsi, après avoir broyé le lignite ou la leonardite 25 jusqu'à l'obtention d'une poudre telle que celle photographiée sur la figure 1, dont les particules présentent un diamètre majoritairement 0,5 à 5 millimètres, la mise en oeuvre du présent procédé prévoit plus précisément de transférer cette poudre dans un malaxeur dans lequel l'on introduit successivement de l'urée, 30 sous forme de perlurée ou de liquide, de la potasse et/ou de la soude, de l'eau, et les micro-organismes. En fait, il est tout à fait envisageable d'employer de la potasse et/ou de la soude sous forme de lessive à 30 % ou 50%, en ajustant le volume d'eau de manière adéquate. 35 Ainsi, l'on peut par exemple employer des lessives de potasse et/ou de soude à 30% en diminuant l'adjonction d'eau, ou de la soude et potasse caustique en granulés, en augmentant la quantité d'eau. D'autre part, lorsque le site de fabrication en permet le stockage, l'urée peut être avantageusement remplacée par de 5 l'ammoniaque anhydre. Dans le cas où l'eau épurée n'est pas envoyée sur les cultures, la potasse peut, en outre, être éliminée au profit de la soude, ce qui permet avantageusement de réduire le prix de revient de la substance fabriquée. 10 Par ailleurs, la quantité d'eau ajoutée dans le mélange est à ajuster non seulement en fonction du type de réactifs et du degré d'humidité initial du lignite ou de la leonardite, mais également en fonction de l'aspect visuel et de la consistance de ce mélange. 15 En fait, ce dernier doit de préférence être légèrement collant au toucher, former une boule dans la main, et contenir des microbilles dont les dimensions de la majeure partie varient de 0,5 à 5 millimètres de diamètre. Ce mélange est ensuite, de préférence, réparti en 20 différents tas, de manière à permettre aux micro-organismes d'agir de manière optimale sur le lignite ou la leonardite pendant une phase de maturation d'au moins six mois, au cours de laquelle la matière première est recouverte de tâches blanches, visibles sur la figure 2, caractéristiques des colonies 25 d'actinomycètes s'y développant. La répartition en différents tas permet avantageusement d'effectuer aisément, au travers d'une aération, 1' élimination du gaz carbonique produit au cours de cette phase de maturation. En effet, le gaz carbonique dégagé aurait pour effet de freiner 30 ou même d'arrêter l'évolution normale du mélange vers la substance finale attendue. Cette aération est par conséquent réalisée préférentiellement au moins une fois par mois. Au terme de cette maturation d'environ six mois, suivant la taille des tas initiaux, la substance obtenue est constituée 35 d'un mélange de poudre et de mottes de différentes tailles. Elle est alors encore affinée par émottage, de manière à retrouver la structure de microbilles de dimensions majoritairement comprises de 0,5 à 5 millimètres. Finalement, la mise en œuvre du procédé selon l'invention permet de fabriquer avantageusement une substance destinée au traitement d'un effluent se présentant sous la forme d'une poudre, telle que celle visible sur la figure 3, soluble dans l'eau à 95% de sa matière sèche, sous forme de substances colloïdales qui floculent et précipitent en milieu acide ou en présence de calcium. A la fin du procédé, la teneur en azote protéique du lignite ou de la leonardite est passée à 0,5% à 4,5% tandis que la teneur en carbone est passée à 45%. Cette poudre est avantageusement prête à l'emploi et peut, comme le montre la figure 4, être dissoute dans un 15 liquide. En fait cette poudre est adaptée pour être dissoute directement dans un effluent neutre, basique ou faiblement acide aux doses allant de 3% à 1o%, tandis que dans le cas d'un effluent fortement acide, elle est de préférence préalablement 20 solubilisée dans de l'eau propre à une concentration de 30% à 40%, avant d'être intégrée à l'effluent acide à épurer aux doses correspondantes de 3% à 10ô du produit en poudre. La substance obtenue par le biais du présent procédé permet avantageusement d'atteindre l'objectif prévu, à savoir de 25 capter les polluants chimiques, en particulier les métaux lourds, les détergents, les pesticides ou les hydrocarbures contenus dans les eaux contaminées telles que les eaux de lavage industrielles. Ainsi, des études ont permis de montrer que l'utilisation 30 de cette substance permet par exemple d'éliminer totalement d'un effluent le chrome hexavalent et d'en baisser très fortement la teneur en chrome trivalent. Il a notamment été possible de nettoyer avec une très grande efficacité des eaux usées industrielles, contaminées par des bains sulfochromiques de 35 nettoyage de pièces en aluminium, contenant 8g/1 de chrome hexavalent et 90g/1 d'acide sulfurique. Des essais en milieu industriel ont également permis de prouver que l'on obtenait des abattements importants des teneurs de nickel, thallium, plomb, chrome, cuivre, zinc, étain, gallium, phosphore contenus dans des eaux contaminées par ces éléments. Par conséquent, le présent procédé permet avantageusement de fabriquer une substance capable de précipiter par floculation, en entraînant un ensemble d'éléments chimiques indésirables dans un effluent, sous forme de boues. Ces dernières peuvent ensuite être séparées de l'effluent par des méthodes classiques, à savoir par décantation, centrifugation ou filtration. Elles sont avantageusement combustibles après séchage. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de forme, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments, sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1) Procédé de fabrication d'une substance destinée à être utilisée dans le cadre de l'épuration d'un effluent, pour éliminer en particulier les produits chimiques tels que des métaux, des détergents, des hydrocarbures et des pesticides qui y sont contenus, caractérisé en ce que : - l'on broie du lignite ou de la leonardite jusqu'à l'obtention d'une poudre, -l'on place la poudre de lignite ou de leonardite, en milieu alcalin, au contact de micro-organismes, - l'on soumet la poudre de lignite ou de leonardite à l'action desdits micro-organismes pendant une durée appropriée, - l'on élimine régulièrement du mélange le gaz carbonique issu de l'action des micro-organismes sur le lignite ou la leonardite, - l'on soumet la substance obtenue à un émottage. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise en tant que micro-organismes des bactéries de type notamment actinomycètes du genre streptomyces ou nocardia. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on utilise en tant que milieu alcalin une solution constituée d'urée, de potasse et/ou de soude et d'eau. 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on emploie de la potasse et/ou de la soude sous forme de lessive à 30 % ou 50ô, et que l'on ajuste le volume d'eau de manière adéquate. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'on peut employer une solution dans laquelle l'urée est remplacée par de l'ammoniaque anhydre. 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on soumet le lignite ou la leonardite à l'action des micro-organismes pendant une période d'au moins six mois. 8 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on élimine le gaz carbonique produit en aérant le mélange constitué par la poudre de lignite ou de leonardite et les micro-organismes. 8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on aère le mélange de préférence au moins une fois par mois. 9) Substance destinée au traitement d'un effluent obtenue par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est définie par une poudre soluble à 95% de sa matière sèche, prête à l'emploi, et destinée à être dissoute directement dans l'effluent aux doses allant de 3% à 10% ou d'abord dans une eau propre.