Brevet FR2969010A1 — publié le 20120622

PROCEDE D'ELIMINATION DE L'HYDROGENE SULFURE ET DE COMPOSES SOUFRES PRESENTS DANS L'AIR, ET INSTALLATION POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE L'invention est relative à un procédé d'élimination par traitement biologique de l'hydrogène sulfuré et de composés soufrés, en particulier de mercaptans, présents dans l'air. L'invention peut s'appliquer, notamment, aux installations de traitement des eaux résiduaires municipales et/ou industrielles, aux installations 1 o de traitement des ordures ménagères, aux installations de traitement des résidus agricoles (déjections d'animaux, résidus végétaux... ), aux installations de valorisation de déchets (compostage, équarrissage... ), d'une manière générale à toute installation rejetant à l'atmosphère un mélange d'hydrogène sulfuré et de composés soufrés, en particulier de mercaptans, et plus 15 particulièrement de méthylmercaptan (ou méthanethiol). L'hydrogène sulfuré et les composés soufrés sont non seulement malodorants mais également toxiques selon leur concentration dans l'air, et doivent souvent être éliminés des effluents gazeux dans lesquels ils sont présents, pour ne pas générer de nuisances olfactives ni sanitaires dans 20 l'environnement. Diverses technologies sont classiquement utilisées pour l'abattement de l'hydrogène sulfuré et des composés soufrés, à savoir : - l'absorption par lavage physico-chimique à base d'une solution oxydante, - l'adsorption sur un support de type zéolite ou charbon actif, 25 - l'oxydation thermique, - le traitement par voie biologique. Ce dernier traitement biologique, concerné par l'invention, est mis en oeuvre sur des lits bactériens appelés également biofiltres ruisselants ou percolateurs. Ces biofiltres sont munis de garnissages (également appelés 30 médias) minéraux et/ou synthétiques, sur lesquels se développent les bactéries en présence d'eau, d'oxygène, de nutriments et de substrats énergétiques. L'oxygène est apporté par l'air à traiter chargé en hydrogène sulfuré et en composés soufrés. Pour éliminer à la fois l'hydrogène sulfuré et les composés soufrés, 35 les garnissages doivent agir sur le pH, pour éviter une acidification trop forte. Un inconvénient du traitement biologique réside en ce que les garnissages des biofiltres utilisés se détériorent et se désagrègent assez rapidement et doivent être renouvelés régulièrement pour maintenir l'efficacité du biofiltre. L'invention a pour but, surtout, de fournir un procédé qui permet d'améliorer le traitement biologique, d'assurer un traitement plus stable dans le temps et en particulier d'augmenter la durée de vie des biofiltres utilisés, et d'éviter le changement de garnissages des biofiltres, ou tout au moins de réduire la fréquence pour de tels changements. Selon l'invention, un procédé d'élimination par traitement biologique de l'hydrogène sulfuré et de composés soufrés, en particulier de mercaptans, présents dans l'air est caractérisé en ce que : - on fait passer l'air à traiter à travers au moins deux biofiltres ruisselants branchés en série, - le premier biofiltre fonctionne à un pH acide compris entre 0,5 et 6 pour traiter majoritairement l'hydrogène sulfuré, - et le deuxième biofiltre fonctionne à un pH compris entre 5 et 8 pour traiter les composés soufrés, en particulier les mercaptans. La dégradation biologique de l'hydrogène sulfuré se réalise ainsi, dans le premier biofiltre, à un pH optimal compris entre 0,5 et 6, et de préférence entre 0,5 et 4, par des bactéries, en particulier de type Acidothiobacillus. L'hydrogène sulfuré, formant de l'acide sulfurique au contact de l'eau, acidifie le milieu à des valeurs de pH proches de 2, ce qui n'est pas gênant pour le premier biofiltre et qui est sans influence sur le deuxième biofiltre séparé du premier. La dégradation biologique des composés soufrés, notamment du méthylmercaptan, a lieu dans le deuxième biofiltre à un pH compris entre 5 et 8 par des bactéries de type Hyphomicrobium et/ou Thiobacillus, sans être affectée par le milieu acide du premier biofiltre. Avantageusement, le premier biofiltre comporte un garnissage inerte, par exemple à base de pouzzolane, de cailloux ou de matériau synthétique qui ne subit pratiquement pas de dégradations dans le milieu acide. Le deuxième biofiltre comporte un garnissage basifiant. Un arrosage d'eau est prévu dans chaque biofiltre pour créer un milieu humide, avec ajout éventuel de nutriments. Le garnissage basifiant du deuxième biofiltre peut être constitué d'un (ou plusieurs) composé(s) basifiant(s), choisi parmi le groupe de produits suivants : calcite, marbre, coquilles de mollusques,... utilisé seul ou en complément avec un matériau inerte. Le garnissage du premier biofiltre est généralement homogène. Le garnissage du second biofiltre peut être homogène ou réalisé sous forme de plusieurs strates. Avantageusement, les biofiltres fonctionnent à co-courant par injection d'air à traiter et d'eau d'appoint dans le même sens, l'injection étant de préférence effectuée par le sommet des biofiltres. La vitesse de passage de l'air dans un biofiltre est comprise entre 5 400 m/h et 2000 m/h, de préférence entre 1000 et 1400 m/h. Le temps de séjour de l'air dans chaque biofiltre est de préférence inférieur à 10 s, avantageusement compris entre 2,5 et 3,6 s. La hauteur de garnissage dans un biofiltre est au moins égale à 0,3 m, de préférence égale à environ 1 m (1 mètre). 1 o L'invention est également relative à une installation pour la mise en oeuvre du procédé défini précédemment, installation caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux biofiltres ruisselants branchés en série et des moyens pour faire passer l'air à traiter à travers les deux biofiltres, le premier biofiltre étant prévu pour fonctionner à un pH acide compris entre 0,5 et 6, et le 15 deuxième biofiltre pour fonctionner à un pH compris entre 5 et 8. Le premier biofiltre comporte avantageusement un garnissage inerte, notamment sous forme de pouzzolane. Le deuxième biofiltre comporte un garnissage basifiant, constitué d'un (ou plusieurs) composé(s) basifiant(s), choisi parmi le groupe de produits suivants : calcite, marbre, coquilles de 20 mollusques,... utilisé seul ou en complément avec un matériau inerte. Un arrosage d'eau est prévu pour chaque biofiltre pour créer un milieu humide avec ajout éventuel de nutriments. Le garnissage du premier biofiltre est homogène, tandis que le garnissage du second biofiltre peut être homogène ou sous forme de plusieurs 25 strates. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit avec référence au dessin annexé, mais qui n'est nullement limitatif. 30 La figure unique du dessin est un schéma d'une installation mettant en oeuvre le procédé de l'invention. En se reportant à la figure du dessin, on peut voir que le procédé selon l'invention pour désodoriser l'air, par traitement biologique de l'hydrogène sulfuré et des composés soufrés, consiste à faire passer l'air à traiter à travers 35 au moins deux biofiltres ruisselants 1, 2 branchés en série. Le biofiltre 1 est à garnissage minéral ou synthétique inerte, et le biofiltre 2 est à garnissage minéral ou synthétique, comportant au moins un composé basifiant. L'air à traiter est envoyé par un ventilateur 3 dans une conduite 4 jusqu'à l'entrée du premier biofiltre 1. Après avoir traversé de haut en bas le premier biofiltre 1, l'air sort en partie basse par une conduite 5 reliée à l'entrée, située en partie haute, du deuxième biofiltre 2. Après avoir traversé de haut en bas le deuxième biofiltre 2, l'air traité sort par une conduite 6 en partie basse du deuxième biofiltre 2. L'invention peut fonctionner avec des ventilateurs d'extraction 3 placés en amont et/ou en aval des deux biofiltres 1, 2, ou situés entre les deux biofiltres. Un appoint d'eau est assuré en partie haute de chaque biofiltre par 1 o une conduite la, 2a. Une purge en eau 1 b, 2b est prévue en partie basse de chaque biofiltre. Chaque biofiltre est muni d'un garnissage 1c, 2c minéral et/ou synthétique sur lequel se développent les bactéries en présence d'eau, d'oxygène, de nutriments et de substrat énergétique. 15 Le premier biofiltre ruisselant 1 fonctionne à un pH acide compris entre 0,5 et 6, de préférence entre 0,5 et 4, pour traiter majoritairement l'hydrogène sulfuré. L'acide sulfurique formé par l'hydrogène sulfuré au contact de l'eau est évacué par la purge 1 b. L'air sortant du biofiltre 1 par la conduite 5 ne comporte pratiquement plus d'hydrogène sulfuré. 20 Le second biofiltre 2, mis en série sur le circuit d'air, permet de traiter efficacement les composés soufrés, notamment le méthylmercaptan, dans des conditions optimales, sans être affecté par le milieu acide résultant du traitement de l'hydrogène sulfuré qui a eu lieu en amont. Dans l'exemple du schéma, le fonctionnement des deux biofiltres 1, 25 2 se fait à co-courant, l'air à traiter et l'eau d'appoint étant tous deux injectés par le sommet du biofiltre. En variante, le fonctionnement pourrait avoir lieu à contre-courant, en particulier par injection de l'air en partie basse et appoint d'eau en partie haute. Le garnissage 1c du premier biofiltre affecté au traitement de 30 l'hydrogène sulfuré est un garnissage inerte, homogène, résistant bien au milieu acide. Ce garnissage peut être minéral, notamment à base de pouzzolane, ou synthétique à base de supports en matière plastique. Ce garnissage inerte ne subit pratiquement pas d'usure. Le garnissage 2c du second biofiltre 2 comporte avantageusement 35 un composé inerte et au moins un composé basifiant, notamment calcite, marbre, coquilles de mollusque, généralement broyé sous forme granulaire. Le garnissage 2c peut être réalisé sous forme homogène, ou avantageusement sous forme de strates superposées, avec alternance de couches d'un matériau inerte et de couches de composé basifiant, sur lequel se développent les bactéries. L'arrosage des biofiltres est avantageusement réalisé par de l'eau traitée, issue d'une station d'épuration, cette eau étant chargée en bactéries et résidus de nutriments. L'arrosage est généralement réalisé de manière séquentielle. La vitesse de passage de l'air dans un biofiltre est comprise entre 400 et 2000 m/h et de préférence entre 1000 et 1400 m/h. Le temps de séjour de l'air dans chaque biofiltre est inférieur à 10 s, et de préférence compris entre 2,5 et 3,6 s. La hauteur de la couche de garnissage l c, 2c dans chaque biofiltre est au moins égale à 0,3 m et de préférence d'environ 1 m (1 mètre). Les biofiltres 1, 2 sont lavés régulièrement avec un courant d'eau de lavage suffisamment faible pour ne pas provoquer un mélange des composés du garnissage 2c du filtre 2, notamment lorsque ce garnissage est réalisé sous forme de strates. Les composés soufrés présents dans l'air, malodorants, peuvent être constitués non seulement par du méthylmercaptan (ou méthanethiol) mais aussi par du diméthylsulfure (DMS) ou du diméthyldisulfure (DMDS), également traités par le biofiltre 2. Exemple de réalisation L'air à traiter est issu d'une station d'épuration des eaux urbaines de 46 000 eqH. La ventilation des locaux de pré-traitement et du bâtiment de traitement des boues conduit à un débit de ventilation de 16 200 m3/h, avec des concentrations en hydrogène sulfuré de 2,10 mg/m3 et en méthylmercaptan de 0,40 mg/m3. Cet air est acheminé, via le ventilateur 3, à l'entrée du premier des 3o deux biofiltres. L'air à traiter entre dans le premier biofiltre 1 par le haut et ressort en pied du biofiltre, puis traverse le second biofiltre 2 de la même manière. Les deux biofiltres sont munis d'un garnissage minéral sur une hauteur de 1 m (1 mètre). La vitesse de passage de l'air ne devant pas 35 dépasser 1400 m/h, le diamètre de chaque biofiltre est identique et choisi égal à 4,5 m. L'arrosage des deux biofiltres est réalisé séquentiellement par de l'eau traitée, issue de la station d'épuration, chargée en bactéries et en résidus de nutriments. L'eau s'égoutte gravitairement au pied des biofiltres. Les performances d'élimination sont données dans le tableau ci-après : Entrée Sortie Sortie Premier biofiltre Premier biofiltre Second biofiltre Hydrogène 2,10 0,06 REVENDICATIONS1. Procédé d'élimination par traitement biologique de l'hydrogène sulfuré et de composés soufrés, en particulier de mercaptans, présents dans l'air, caractérisé en ce que: - on fait passer l'air à traiter à travers au moins deux biofiltres ruisselants (1,2) branchés en série, - le premier biofiltre (1) fonctionne à un pH acide compris entre 0,5 et 6 pour traiter majoritairement l'hydrogène sulfuré, - et le deuxième biofiltre (2) fonctionne à un pH compris entre 5 et 8 pour traiter les composés soufrés, en particulier les mercaptans. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier biofiltre (1) fonctionne à un pH acide compris entre 0,5 et 4. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier biofiltre (1) comporte un garnissage inerte. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé 20 en ce que le deuxième biofiltre (2) comporte un garnissage basifiant, en particulier constitué d'un (ou plusieurs) composé(s) basifiant(s) choisi parmi le groupe de produits suivants : calcite, marbre, coquilles de mollusques, utilisé seul ou en complément avec un matériau inerte. 25 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les biofiltres fonctionnent à co-courant par injection d'air à traiter et d'eau d'appoint dans le même sens, l'injection étant effectuée par le sommet des biofiltres. 30 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse de passage de l'air dans un biofiltre est comprise entre 400 m/h et 2000 m/h, de préférence entre 1000 et 1400 m/h. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé 35 en ce que le temps de séjour de l'air dans chaque biofiltre est inférieur à 10 s, de préférence compris entre 2,5 et 3,6 s. 8. Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des15revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux biofiltres ruisselants (1,2) branchés en série et des moyens (4,5) pour faire passer l'air à traiter à travers les deux biofiltres, le premier biofiltre (1) étant prévu pour fonctionner à un pH acide compris entre 0,5 et 6, et le deuxième biofiltre (2) pour fonctionner à un pH compris entre 5 et 8. 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le premier biofiltre (1) comporte un garnissage inerte, tandis que le deuxième biofiltre (2) comporte un garnissage basifiant constitué d'un (ou plusieurs) composé(s) basifiant(s), en particulier choisi parmi le groupe de produits : calcite, marbre, coquilles de mollusques, utilisé seul ou en complément avec un matériau inerte. 10. Installation selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce qu'un arrosage d'eau est prévu pour chaque biofiltre (1,2) pour créer un milieu humide avec ajout éventuel de nutriments. 11. Installation selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que le garnissage du premier biofiltre (1) est homogène, tandis que le garnissage du second biofiltre (2) est homogène ou sous forme de plusieurs strates. 12. Installation selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisée en ce que la hauteur de garnissage dans un biofiltre est au moins égale à 0,3 m, de préférence égale à environ 1 m (1 mètre).