Brevet FR2905372A1 — publié le 20080307

Le domaine technique de l'invention est celui des procédés et installations de traitement des effluents. Les procédés de traitement connus comportent généralement des moyens assurant une déshydratation ou un séchage des résidus solides. Ces moyens comportent généralement au moins un four de séchage qui est alimenté en gaz chaud par au moins un brûleur utilisant un combustible. II se pose aujourd'hui le problème de la limitation des émissions des gaz à effet de serre. Il est donc souhaitable 10 de réduire le plus possible le recours aux sources d'énergie fossiles. Les effluents des stations d'épuration comportent toujours une fraction grasse plus ou moins importante qui pose des problèmes pour son traitement. Elle doit être 15 séparée de l'eau afin de permettre le traitement de cette dernière et son retour aux circuits de distribution. Généralement la séparation est assurée par filtrage en amont des installations de traitement des effluents collectés. Le traitement des graisses concentrées étant 20 réalisé généralement par traitement biologique dans des bacs dits bac â graisses. Le traitement biologique de ces graisses est lent et il dépend fortment des conditions climatiques. Les variations de température et de Ph influent notamment sur le rendement du traitement. 25 Des moyens ont été proposés cependant pour faciliter la séparation de l'eau et de la graisse. Ces moyens comportent généralement des étapes de filtrage et de distillation ou évaporation de l'eau. Les brevets DE421245 et FR2833938 décrivent ainsi des installations associant filtrage et 30 distillation fractionnée ou évaporation. Cependant les traitements sont lents et utilisent beaucoup d'énergie. Les boues graisseuses doivent par ailleurs toujours être retraitées. 2905372 2 C'est le but de l'invention que de proposer un procédé et une installation de traitement des effluents qui permettent d'économiser l'énergie et de limiter le recours aux énergies fossiles ou bien issues de la bio masse. 5 Ainsi l'invention a pour objet un procédé de traitement d'effluents comprenant une étape de déshydratation/séchage des effluents à l'intérieur d'au moins un four de séchage alimenté en gaz chaud par au moins un brûleur utilisant un combustible, procédé caractérisé en ce qu'il comporte une étape complémentaire de déshydratation partielle d'une fraction grasse des effluents, étape fournissant des graisses combustibles utilisées pour alimenter au moins un brûleur. L'étape de déshydratation partielle pourra avantageusement être précédée par au moins une étape de filtration et de chauffage de la fraction grasse des effluents. L'étape de déshydratation partielle sera de préférence suivie d'une étape de stockage des graisses déshydratées dans un réservoir tampon chauffé. L'invention a également pour objet une installation de 20 traitement d'effluents mettant en œuvre Ce procédé, installation comprenant un moyen de déshydratation/séchage des effluents et comportant au moins un brûleur alimentant en gaz chaud au moins un four de séchage, installation caractérisée en ce qurelle comporte par ailleurs des moyens 25 permettant de traiter d'une façon séparée une fraction grasse des effluents pour les déshydrater partiellement, les graisses ainsi extraites étant ensuite utilisées par au moins un brûleur. L'installation de traitement d'effluents pourra comporter 30 au moins un brûleur multi combustibles pouvant utiliser les graisses ou bien un autre combustible. Les moyens de traitement de la fraction grasse dee effluents pourront comporter au moins un étage assurant le filtrage et le chauffage de la fraction grasse. 2905372 3 Les moyens de traitement pourront comporter au moins un étage de déshydratation de la fraction grasse en aval du ou des étages de filtrage. L'installation pourra comporter un réservoir chauffé 5 constituant un tampon de stockage des graisses déshydratées, réservoir disposé en aval de l'étage de déshydratation et relié au brûleur. Avantageusement, l'eau chaude extraite au niveau de l'étage de déshydratation sera utilisée pour chauffer le ou 10 les étages de filtrage et/ou le réservoir au travers d'un circuit de réchauffage. Le circuit de réchauffage pourra être ouvert, le trop-plein d'eau produite par l'étage de déshydratation étant évacué après passage au travers du circuit de réchauffage. 15 Le circuit de réchauffage pourra être couplé à un échangeur thermique réchauffé par le brûleur, de façon à constituer avec cet échangeur un circuit fermé permettant d'assurer un chauffage initial des étages de filtrage et/ou du réservoir. L'échangeur thermique de l'étage de déshydratation pourra comporter au moins deux circuits distincts, un premier circuit qui utilisera la vapeur d'eau extraite de l'étage de déshydratation et un deuxième circuit fermé qui sera relié à Un échangeur thermique chauffé par le brûleur. Le deuxième circuit pourra comporter une vanne qui permettra de réguler la température de l'échangeur de l'étage de déshydratation. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation, description faite en référence aux dessins annexée et dans lesquels : la figure 1 schématise une installation de traitement des effluents selon un premier mode de réalisation de l'invention, 2905372 4 - la figure 2 schématise une variante de réalisation d'une telle installation de traitement des effluents. L'installation de traitement d'effluents 1 selon l'invention comprend un moyen de déshydratation/séchage des 5 effluents qui est constitué par un four de séchage 2 relié à un générateur de gaz chaud 3 par une tubulure 4. Les effluents 6 sont introduits (ES) dans le four 2 par une trémie 5. Ils sont évacués par une trappe 7. Un tapis roulant motorisé pourra être disposé au fond du four 2 pour 10 entraîner les effluents séchés vers la trappe d'évacuation 7. Les gaz chauds sont évacués hors du four 2 par la tubulure S. La chaleur pourra être récupérée à l'aide d'un échangeur (non représenté) par exemple pour réchauffer les locaux ou pour préchauffer les effluents. 15 Le gaz chauffé pourra être de l'air. Ce gaz est chauffé par un brûleur 9 qui est alimenté en combustible par des tubulures 10e, 10b_ La tubulure 10e est reliée à un réservoir 11 par exemple un réservoir de fuel. Une vanne 12 est interposée sur la 20 tubulure pour isoler le réservoir 11 du brûleur 9. La tubulure 10b est par ailleurs reliée à un deuxième réservoir 13 (ou réservoir tampon) qui renferme des graisses partiellement déshydratées 15. Ce réservoir peut être isolé du brûleur 9 par une vanne 25 14. Le brûleur 9 est donc un brûleur multi combustibles gui peut utiliser aussi bien des graisses 15 qu'un autre combustible (fuel ou gaz). De tels brûleurs sont bien connus de l'Homme du Métier. Ils associent généralement pour chaque 30 type de combustible des moyens d'injection spécifique du combustible considéré et qui sont couplés à des moyens d'allumage également spécifiques. Les graisses d'origine organique (animales ou végétales) ont des caractéristiques de combustibilité satisfaisantes. Il 2905372 5 est cependant nécessaire de les fluidifier pour pouvoir les utiliser dans un brûleur_ C'est pourquoi le réservoir 13 comporte un moyen de chauffage 16, tel des tubes qui entourent le réservoir et qui sont parcourus par un fluide 5 ayant une température de l'ordre de 50 C de façon a maintenir les graisses partiellement déshydratées â une température de l'ordre de 40 C. Il est bien entendu possible de mettre en Oeuvre un brûleur utilisant d'autres types de combustibles que le fuel 10 ou le gaz en complément de la graisse (par exemple le bois). Conformément â. l'invention les graisses 15 utilisées par le brûleur sont fournies directement par l'installation de traitement d'effluents. Ainsi l'installation 1 comporte donc des moyens 15 permettant de traiter dune façon séparée une fraction grasse des effluents pour les déshydrater partiellement et alimenter ainsi le réservoir 13. Les moyens de traitement de la fraction grasse des effluents comportent ainsi au moins un étage 17 assurant le 20 filtrage et le chauffage de cette fraction grasse EG. Selon le type d'installation considérée on pourra prévoir de traiter des effluents gras spécifiques (résidus de collecte d'huiles de fritures par exemple) indépendants des effluents aqueux provenant de réseaux de collecte. 25 On pourra également prévoir un étage (non représenté) assurant une séparation simple (par exemple par décantation) de la partie grasse des effluents arrivant d'un réseau de collecte. La partie non grasse sera ensuite traitée, par exemple par les procédés biologiques classiques des stations 30 d'épuration. L'installation comporte ici deux étages de filtrage 17a, 17b. Chaque étage comporte un ou plusieurs tamis filtrants 1$ dont les dimensions de maille sont choisies décroissantes de l'amont vers l'aval. Ces tamis retiennent les impuretés 2905372 6 solides. Ils sont périodiquement nettoyés et les impuretés retirées sont conduites au four 2. Un exemple de filtre nettoyable pouvant être mis en ouvre est donné par le brevet FR2832855. 5 La canalisation 19 permet de conduire la graisse filtrée du premier étage de filtrage 17a vers le deuxième étage 17b. Une pompe (non représentée) pourra être disposée sur cette canalisation pour accélérer la conduite de la graisse filtrée. ~o Afin de faciliter le filtrage et la conduite des effluents gras, chaque étage de filtrage 17 est chauffé â l'aide un moyen de chauffage 20a, 20b, tel des tubes qui entourent chaque étage de filtrage et qui sont parcourus par un fluide ayant une température de l'ordre de 90 C. 15 Après filtrage les effluents gras sont conduits par la canalisation 21 vers un étage de déshydratation 22. Cet étage comporte un échangeur thermique 23 qui comporte une paroi cylindrique 24 chaude sur laquelle l'effluent gras est projeté ou bien répandu. Par ailleurs l'enceinte de 20 l'étage 22 est en légère dépression (de l'ordre de 5.l02 méfia Pascals). Cette dépression est obtenue grâce â une pompe 28. La combinaison de la dispersion de l'effluent en couche mince sur une paroi chaude avec la dépression conduit â la vaporisation de l'eau contenue dans l'effluent. Cette eau 25 sous forme de vapeur est collectée par la canalisation 2 au niveau d'une partie supérieure de la cuve de l'étage 22. L'étage de déshydratation n'est pas décrit ici en détails. Le brevet FR2833853 décrit un exemple de déshydrateur utilisable. 30 Une vanne 36 est disposée sur la canalisation 21 et permet de réguler le débit des effluents gras vers le déshydrateur 22. L'ouverture de cette vanne 36 sera asservi au débit de vapeur collecté par la canalisation 25 (débit mesuré par un moyen approprié). Le but est d'éviter un 2905372 7 engorgement de l'étage 22 par les effluents gras. La déshydratation doit en effet être assurée en continu en évitant une accumulation d'effluents non déshydratés au fond de la cuve du déshydrateur 22. 5 Lorsque le débit de vapeur est faible le débit d'effluents est donc également réduit. Lorsque le débit de vapeur augmentera, on pourra également accroître le débit d'effluents. L'Homme du Métier dimensionnera l'asservissement en fonction des caractéristiques dimensionnelles de l'étage 10 22. On voit sur la figure que les différents échangeurs thermiques 20a, lob, 23 et 16 sont tous reliés en série les uns aux autres. La vapeur d'eau â haute température produite par l'étage 22 circule d'abord dans l'échangeur 23 puis elle 15 est conduite par une canalisation 27 à l'échangeur 20b. Elle est conduite ensuite vers l'échangeur 20a par la canalisation 37 et enfin une canalisation 38 la conduit à l'échangeur 16 dont elle sort par la canalisation 34. une vanne trois voies 26 est interposée entre la 20 canalisation 25 de récupération de la vapeur et l'entrée du premier échangeur 23. En régime permanent la vanne 26 est ouverte de façon à conduire les vapeurs chaudes récupérées directement vers l'échangeur 23. 25 La circulation de vapeur pourra être accélérée à l'aide de la pompe 28. L'eau chaude (sous forme de vapeur d'eau) qui est extraite au niveau de l'étage de déshydratation est donc utilisée pour chauffer le ou les étages de filtrage au 30 travers d'un circuit de réchauffage comprenant les canalisations 27, 37, 38, 34 ainsi que les différents échangeurs. L'invention permet donc d'économiser l'énergie La vapeur d'eau à une température de l'ordre de 110 0C est conduite 2905372 8 vers les différents échangeurs où elle permet de fluidifier les effluents en amont de l'étage de déshydratation. En aval la vapeur permet également de maintenir dans un état fluide les graisses dans le réservoir 13. 5 La diminution de la pression de la vapeur conduit â sa condensation dans les canalisations. La température dans le circuit reste voisine de 90 C ce qui est suffisant pour assurer les fluidifications souhaitées . En régime permanent, le volume d'eau croit en permanence 10 du fait de la déshydratation continue des effluents. Le circuit 27;37;38;34 est donc un circuit de réchauffage ouvert. La canalisation 34 est reliée â une bâche 29 de collecte de l'eau via une vanne trois voies 30. L'eau récupérée pourra être conduite périodiquement ou en 15 continu vers une station d'épuration biologique classique. Ainsi le trop plein de l'eau qui est produit par l'étage de déshydratation est évacué d'une façon continue après extraction des calories utiles au travers des différents échangeurs. 20 Il est cependant nécessaire de pouvoir démarrer l'installation. A cet effet un échangeur thermique spécifique 31 est disposé dans le générateur de gaz chaud 3 de façon â pouvoir être chauffé par le brûleur 9. 25 Cet échangeur peut être couplé au circuit de réchauffage 27;37;38;34 grâce à une vanne 32 et à la vanne trois voies 30. Au démarrage de l'installation on ouvre donc la vanne 32 et on bascule en parallèle la vanne trois voies 25 de façon à 30 relier l'échangeur 31 directement à l'échangeur 23 de l'étage de déshydratation 22. Par ailleurs on positionne la vanne trois voies 30 de façon à relier la canalisation 34 à l'échangeur thermique 31 et non plus à la bâche 29. 2905372 9 Ainsi les différents échangeurs (20a,20b,23 et 16) du circuit de réchauffage sont tous alimentés par l'échangeur thermique 31 qui est réchauffé par le brûleur 9 et constituent avec cet échangeur un circuit fermé permettant 5 d'assurer un chauffage initial des différents étages de l'installation. sien entendu en phase de démarrage le brûleur 9 est alimenté â partir du réservoir 11. Lorsque la production de la vapeur d'eau par le déshydrateur 22 atteint un certain niveau (déterminé par une 10 mesure de la pression au niveau de la canalisation de collecte 25) on ferme la vanne 32, on bascule la vanne 30 vers le bâche 29 et on bascule également la vanne 26 de façon à relier l'échangeur 23 directement à la canalisation 25 de prélèvement de vapeur. 15 Le réchauffage des différentes unités est alors assuré directement par l'installation de déshydratation 22. La température de l'échangeur 23 diminue cependant au fil du temps et il est donc nécessaire d'apporter périodiquement des calories supplémentaires. 20 Pour cela l'échangeur 23 comportera deux circuits distincts : un premier circuit qui a déjà été décrit utilise la vapeur d'eau extraite du déshydrateur 22. Un deuxième circuit est relié par les canalisations 39a et 39b à l'échangeur 31 qui est chauffé par le brûleur 9. 25 ce circuit est fermé et comporte une vanne 40 qui permet de réguler le débit de fluide dans ce circuit donc les calories conduites à l'échangeur 23. Un asservissement (non représenté) régulera l'ouverture de la vanne 40 en fonction de la température de la paroi 24 0 du déshydrateur 22. On complète ainsi l'apport calorique nécessaire à l'étape de déshydratation et le dispositif peut donc fonctionner en continu en économisant au maximum l'énergie disponible. 2905372 Lorsque par ailleurs le niveau de graisse contenu dans le réservoir 13 atteint un niveau suffisant (déterminé par une mesure de niveau ou de masse), on ferme la vanne 12 et on ouvre la vanne 14 et le brûleur 9 est alimenté à partir du 5 réservoir. 13. Bien entendu les niveaux de températures nécessaires pour chaque échangeur (20a,20b, 23 et 16) sont réglés â l'aide de vannes thermostatiques 35 disposés au niveau des entrées chaudes de chaque échangeur. 10 Il est bien entendu possible d'utiliser également le deuxième circuit de l'échangeur 23 pour le démarrage de l'installation. Une telle variante est représentée à la figure 2. Dans ce cas le circuit de réchauffage 25;27;37;38;34 est 15 toujours un circuit ouvert. La canalisation 25 d'extraction de la vapeur d'eau est reliée directement au premier circuit de l'échangeur 23 par la vanne thermostatique 35. La canalisation 34 est reliée â la bâche 29 avec éventuellement interposition d'un robinet d'arrêt 30. 20 Le deuxième circuit de l'échangeur 23 est relié par les canalisations 39a et 39b à l'échangeur 31 qui est chauffé par le brûleur 9. Ce deuxième circuit est utilisé d'une part lors du démarrage et d'autre part pour apporter les calories 25 supplémentaires nécessaires lors du fonctionnement en continu. Lors du démarrage la fluidification des effluents dans les filtres 17a, 17b pourra être assurée par une dérivation (non représentée) du deuxième circuit issu de l'échangeur 31. Cette dérivation sera reliée à des circuits 30 échangeurs spécifiques entourant les filtres 17a et 17b. Ces circuits de réchauffage (non représentés) seront distincts des échangeurs 20a,20b utilisés lors du fonctionnement en continu de l'installation. 2905372 11 Différentes variantes sont possibles sans sortir, du cadre de l'invention. On pourra par exemple remplacer le brûleur multi combustibles par deux brûleurs distincts montés en parallèle s à l'entrée du même générateur de gaz 3. Un brûleur utilisera d'une façon classique une source d'énergie externe (gaz, fuel, bois), l'autre brûleur utilisera la graisse. Le choix d'un brûleur unique ou de plusieurs brûleurs dépendra du volume de graisses produites par l'installation 10 et donc des conditions d'exploitation particulières. On pourra également prévoir plusieurs générateurs de gaz et plusieurs fours 2. Certains générateurs de gaz étant alimentés par un brûleur utilisant la graisse d'autres générateurs étant alimentés par des brûleurs classiques. 15 Dans tous les cas on prévoira au moins un brûleur classique couplé â un circuit échangeur 31 de démarrage. REVENDICATIONS 1- Procédé de traitement d'effluents comprenant une étape de déshydratation/séchage des effluents à l'intérieur d'au moins un four (2) de séchage alimenté en gaz chaud par au moins un brûleur (9) utilisant un combustible, procédé caractérisé en ce qu'il comporte une étape complémentaire de déshydratation partielle d'une fraction grasse des effluents, étape fournissant des graisses combustibles utilisées pour alimenter au moins un brûleur (9). 2- Procédé de traitement d'effluents selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de déshydratation partielle est précédée par au moins une étape de filtration et de chauffage de la fraction grasse des effluents. 3- Procédé de traitement d'effluents selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape de déshydratation partielle est suivie d'une étape de stockage des graisses déshydratées dans un réservoir tampon (13) chauffé. 4- Installation de traitement d'effluents mettant en ruvre le procédé selon une des revendications précédentes et comprenant un moyen de déshydratation/séchage des effluents et comportant au moins un brûleur (9) alimentant en gaz chaud au moins un four de séchage (2), installation caractérisée en ce que l'installation comporte par ailleurs des moyens (17,22) permettant de traiter d'une façon séparée une fraction grasse des effluents pour les déshydrater partiellement, les graisses ainsi extraites étant ensuite utilisées par au moins un brûleur (9). s- Installation de traitement d'effluents selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un brûleur (9) multi combustibles pouvant utiliser les graisses ou bien un autre combustible. 2905372 13 6-Installation de traitement d'effluents selon une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que les moyens de traitement de la fraction grasse des effluents comportent au moins un étage (17a,17b) assurant le filtrage et le chauffage 5 de la fraction grasse. 7- Installation de traitement d'effluents selon la revendication g, caractérisée en ce que les moyens de traitement comportent au moins un étage (22) de déshydratation de la fraction grasse en aval du ou des étages 10 de filtrage (17a,17b). 8-Installation de traitement d'effluents selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'elle comporte un réservoir {13) chauffé constituant un tampon de stockage des graisses (15) déshydratées, réservoir disposé en aval de 15 l'étage (22) de déshydratation et relié au brûleur (9). 9-Installation de traitement d'effluents selon une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que l'eau chaude extraite au niveau de l'étage (22) de déshydratation est utilisée pour chauffer le ou les étages (17a,17b) de filtrage 20 et/ou le réservoir (13) au travers d'un circuit de réchauffage (27,37,38,34). 10- Installation de traitement d'effluents selon la revendication 9, caractérisée en ce que le circuit de réchauffage (27,37,38,34) est ouvert, le trop plein d'eau 25 produit par l'étage de déshydratation (22) étant évacué après passage au travers du circuit de réchauffage. Il- Installation de traitement d'effluents selon une des revendications 9 ou 10, caractérisée en ce que le circuit de réchauffage (27,37,38,34) peut être couplé â un échangeur 30 thermique (31) réchauffé par le brûleur (9), de façon . constituer avec cet échangeur un circuit fermé permettant d'assurer un chauffage initial des étages de filtrage (17a,17b) et/ou du réservoir (13). 2905372 14 12- Installation de traitement d'effluents selon une des revendications 9 â 11, caractérisée en ce que l'échangeur thermique {23) de l'étage de déshydratation (22) comporte au moins deux circuits distincts, un premier circuit qui utilise 5 la vapeur d'eau extraite de l'étage de déshydratation (22) et un deuxième circuit fermé (39a,39b) qui est relié à un échangeur thermique (31) qui est chauffé par le brûleur (9). 13- Installation de traitement d'effluents selon la revendication 12, caractérisée en ce que le deuxième circuit 10 (9a,39b) comporte une vanne (40) qui permet de réguler la température de l'échangeur (23) de l'étage de déshydratation.