Brevet FR2979549A1 — publié le 20130308

La présente invention se réfère à un système et à une méthode de traitement des reflux zootechniques civils et industriels et des boues et purins. La bonne utilisation des reflux provenant des installations zootechniques représente, notamment à la lumière des orientations que les normes nationales et communautaires renferment, la garantie du maintien d'un équilibre correct 15 entre élevage et environnement. Les purins zootechniques représentent, en effet, un moyen utile de fumage des terrains, si le rapport de la charge de bétail est proportionné à la surface agraire ; dans le cas contraire, des répercussions négatives dues à la pollution des nappes et des eaux superficielles peuvent s'avérer. 20 Dans ces cas précis, il faut réduire la charge de polluants et/ou le volume de purin en faisant appel à des traitements particuliers. Des problèmes semblables se produisent également quand des purins provenant d'installations de production de biogaz sont utilisés. L'objectif de la présente invention est de pourvoir à un système et à une 25 méthode de traitement des reflux zootechniques et des boues et purins permettant d'utiliser librement les produits obtenus, qu'ils soient liquides ou solides. Conformément à la présente invention, ces objectifs et d'autres encore sont réalisés par un système de traitement des reflux zootechniques civils et 30 industriels et des boues et purins, où lesdits reflux comprennent un produit solide en suspension dans un liquide: le système comprend des dispositifs pour séparer ledit produit solide en suspension dans un liquide en une fraction solide et une fraction liquide; un floculant est mélangé audit produit solide en suspension dans un liquide; ces dispositifs comprennent un décanteur centrifuge et un système de flottaison à air dissous disposé à sa suite; et comprennent de plus un premier filtre, de ladite fraction liquide, à couches différenciées de substances minérales; ledit premier filtre à couches différenciées comprend une première couche supérieure composée de sable quartzifère, dont la granulométrie est comprise entre 0,7 et 1,2 mm; une deuxième couche, sous-jacente à la première, se composant de grenaille, dont la granulométrie est comprise entre 1 et 3 mm; une troisième couche, sous-jacente à la deuxième couche, se composant de grenaille, dont la granulométrie est comprise entre 3 et 5 mm; une quatrième couche, sous-jacente à la troisième couche, se composant de grenaille, dont la granulométrie est comprise entre 5 et 10 mm; un deuxième filtre, à charbons actifs, placé en cascade par rapport audit premier filtre; ledit deuxième filtre, à charbons actifs comprend une première couche supérieure composée de charbon actif, dont la granulométrie est comprise entre 8 et 30 mesh; une deuxième couche, sous-jacente à la première couche, se composant de grenaille, dont la granulométrie est comprise entre 1 et 3 mm; une troisième couche, sous-jacente à la deuxième, se composant de grenaille, dont la granulométrie est comprise entre 3 et 5 mm; un troisième filtre, d'ultrafiltration, placé en cascade par rapport au deuxième filtre; le troisième filtre d'ultrafiltration comprend un filtre à membranes, pourvues de pores de 0,02 micron environ; un quatrième filtre au moyen du procédé d'osmose inverse. Ladite fraction liquide peut être mélangée à des épaississants, avant d'entrer dans le système de flottaison. Ladite fraction liquide peut aussi être mélangée à un floculant, avant d'entrer dans les dispositifs, pour séparer le produit solide en suspension dans un liquide en une fraction solide et une fraction liquide. Les avantages de cette solution par rapport aux solutions de la technique connue sont divers. Avec le présent système, il est possible de séparer les solides des liquides de sorte que les solides puissent être réutilisés comme compost et que les liquides puissent être réutilisés ou évacués sans aucun problème. L'installation, conformément à une forme de réalisation avantageuse, 5 sera placée dans un container, ce qui, par là même, la rendra transportable. L'assemblage de l'installation lui-aussi est rapide, car les tuyaux de raccordement seront pourvus à l'intérieur du container. Les caractéristiques et les avantages de la présente invention se révéleront évidents grâce à la description détaillée ci-après d'une de ses 10 formes de réalisation pratiques, illustrée à titre d'exemple indicatif et non- limitatif sur les dessins ci-joints, sur lesquels: La figure 1 illustre un schéma à blocs d'un système de traitement des reflux zootechniques et des boues et purins, conformément à la présente invention; 15 La figure 2 illustre schématiquement un filtre à couches différenciées, conformément à la présente invention; La figure 3 illustre schématiquement un filtre actif, conformément à la présente invention. En se référant aux figures ci-jointes, un système de traitement des reflux 20 zootechniques et des boues et purins, conformément à la présente invention, comprend un décanteur centrifuge 11 qui reçoit, en entrée, les reflux 10 zootechniques et/ou les boues et purins provenant d'élevages zootechniques ou de systèmes de production de biogaz, pour séparer le produit solide du produit liquide. 25 De préférence, le décanteur 11 reçoit, en entrée, les reflux 10 mélangés à un floculant 12. La fraction solide sortant du décanteur 11 est envoyée vers un dépôt 13, où s'effectue ensuite l'écoulement sur des terrains d'entreprises agricoles ou le stockage pour la production de compost destiné à des entreprises du secteur de 30 l'horticulture maraîchère et des pépinières florales. La fraction liquide sortant du décanteur 11 entre dans un système de flottaison 14, et passe ensuite à une action de filtrage se composant de plusieurs phases. L'action de filtrage comprend un premier filtrage 15 à couches 5 différenciées, ensuite un deuxième filtrage 16 actif, et ensuite encore un troisième filtrage 17 d'ultrafiltration. De préférence, elle subit également un filtrage ultérieur 18, au moyen d'une osmose inverse. À la sortie du système, un liquide 19 est obtenu, lequel peut être évacué 10 dans des eaux superficielles ou réutilisé à l'intérieur du même cycle de production pour le lavage de toute la station filtrante ou pour le lavage professionnel en tous genres. En mélangeant un floculant 12 aux reflux 10, un processus de floculation est obtenu, lequel consiste en un procédé chimique et physique engendrant la 15 formation d'un système colloïdal, où la phase solide tend à se séparer en formant des flocons en suspension. En facilitant, par là même, les opérations suivantes. Le décanteur centrifuge 11 effectue, donc, la séparation du produit solide en suspension dans le liquide, accélérant mécaniquement le processus naturel 20 de décantation, lequel se base sur la différence de poids spécifique des deux éléments. En effet, les décanteurs centrifuges sont utilisés pour séparer les deux phases de poids spécifique différent; en d'autres termes, pour la clarification du liquide dans lequel se trouvent des solides en suspension. La séparation 25 entre la phase solide et la phase liquide, est effectuée par centrifugation à l'intérieur d'un tambour tournant présentant une forme cylindrique/tronconique. La phase solide, plus lourde, se dépose sur les parois internes d'un tambour et est raclée par une vis placée à l'intérieur, jusqu'à faire en sorte 30 qu'elle soit expulsée par les trous placés à la fin de la section tronconique, alors que la composante liquide en vertu de son poids spécifique inférieur suit un parcours contraire obligé. Dans un exemple de réalisation de la présente invention, un décanteur 11 spécial, portant le nom commercial d'Ecostar, a été utilisé pour la séparation de résidus jusqu'à un pourcentage de 30 % de solides en suspension, lequel présente un rotor, composé d'un tambour en forme de cylindre conique (Chambre de Séparation) et d'une vis correspondante pour l'extraction du solide. Il comprend un moteur électrique principal, pour la rotation directe du 10 tambour avec une transmission asynchrone (courroies trapézoïdales) et un moteur hydraulique alimenté par une pompe à débit variable, pour la rotation indépendante de la vis, avec une transmission synchrone (courroie dentée). Le fonctionnement du décanteur 11 est constamment contrôlé par un automate programmable - API (Programmable Logic Controller - PLC) qui 15 surveille en continu les conditions de la machine: vitesse de rotation du tambour et de la vis, état de fonctionnement, et température des roulements, énergie utilisée, puissance d'usinage produite à travers la transmission par l'intermédiaire d'une installation hydraulique. En conséquence, il est possible de modifier automatiquement les 20 paramètres d'usinage en fonction des variations chimiques et physiques du produit traité, en maintenant constantes la qualité de déshydratation du solide, la clarification du liquide et la quantité volumétrique unitaire. Le contrôle intègre la gestion de tous les éléments composant l'installation, des pompes d'alimentation du produit au décanteur, à 25 l'évacuation des composants solides et liquides séparés, à la préparation automatique en continu de la solution pour la clarification au moyen de la floculation avec des polyélectrolytes en granules et/ou pré-mélangés. L'action de flottaison 14 se fonde sur la capacité que possèdent certaines particules solides ou liquides à s'unir pour donner forme à un flocon solide, 30 dont la densité est inférieure à celle du liquide même, dans lequel elles se trouvent en phase dispersée; en d'autres termes, elle est réalisée de sorte que les solides de type colloïdal sont floculés pour former ce que nous appelons des Solides en Suspension (SS), qui, s'ils présentent une dimension > 0,1 mm, sont appelés Solides Sédimentables. Au contraire, les solides en suspension Le processus de filtration consiste en l'introduction de l'eau à traiter dans une entrée 21, placée dans la partie supérieure du filtre, d'où, au moyen d'un diffuseur prévu à cet effet à l'intérieur, elle est uniformément acheminée sur toute la zone de la surface filtrante; l'eau filtrée, après avoir traversé les couches filtrantes, est acheminée vers l'extérieur à travers une sortie 22, placée dans la partie inférieure du filtre. Les impuretés de l'eau ne s'arrêtent pas totalement à la surface mais se répartissent à l'intérieur de la masse filtrante, dont la structure à densité croissante est semblable à une succession de grilles. Les impuretés, en fonction de leurs dimensions, se répartissent tout le long de l'épaisseur du corps filtrant qui se remplit régulièrement, selon un processus très lent, prolongeant ainsi considérablement les temps de contre-lavage. Le degré de filtration est prévu à 30 microns. Notamment, le filtre 20 contient une première couche supérieure 23 composée de sable quartzifère, dont la granulométrie est comprise entre 0,7 et 1,2 mm. Une deuxième couche 24, sous-jacente à la couche 23, se composant de grenaille, dont la granulométrie est comprise entre 1 et 3 mm. Une troisième couche 25, sous-jacente à la couche 24, se composant de grenaille, dont la granulométrie est comprise entre 3 et 5 mm. Une quatrième couche 26, sous-jacente à la couche 25, se composant de grenaille, dont la granulométrie est comprise entre 5 et 10 mm. L'eau ainsi traitée est envoyée aux phases suivantes du processus. Un deuxième filtrage actif est réalisé avec un filtre 30, où l'eau à traiter est amenée à passer sur un lit de charbon actif particulier, en mesure 25 d'éliminer la présence de substances organiques et d'odeurs ou de colorations éventuelles non désirées. Le filtre 30 présente des dimensions adéquates pour traiter un débit de 5/6 mc/h d'eau. Le processus de filtration consiste en l'introduction de l'eau à traiter dans 30 une entrée 31, placée dans la partie supérieure du filtre, d'où, au moyen d'un diffuseur prévu à cet effet à l'intérieur, elle est uniformément acheminée sur toute la zone de la surface filtrante; l'eau traitée, après avoir traversé la couche filtrante, est acheminée vers l'extérieur à travers une sortie 32, placée dans la partie inférieure du filtre. Les substances polluantes présentes dans l'eau sont retenues à l'intérieur 5 de la masse filtrante, dont la structure ressemble à une grosse éponge. Les substances retenues se répartissent tout le long de l'épaisseur du corps filtrant qui se remplit régulièrement, selon un processus très lent; une fois saturé, il est nettoyé au moyen d'un contre-lavage. Le degré de filtration est prévu à 20 microns. 10 Notamment, le filtre 30 contient une première couche supérieure 33, composée de charbon actif, dont la granulométrie est comprise entre 8 et 30 mesh. Une deuxième couche 34, sous-jacente à la couche 33, se composant de grenaille, dont la granulométrie est comprise entre 1 et 3 mm. Une troisième couche 35, sous-jacente à la couche 34, se composant de grenaille, dont la 15 granulométrie est comprise entre 3 et 5 mm. Un troisième filtrage 17 d'ultrafiltration est réalisé au moyen d'un filtre à membranes, présentant des pores de 0,02 micron environ. Le fluide passe à travers celui-ci et est recueilli en aval, les solides en suspension sont traités, tous ou en partie, sur la surface de la membrane. 20 Un quatrième filtrage 18 (facultatif) est effectué, au moyen d'une osmose inverse, afin de filtrer l'eau pour éliminer les chlorures. L'osmose inverse est réalisée selon un procédé physique au moyen de membranes semi-perméables qui, en raison de leur structure particulière même, retiennent presque la totalité des sels dissous, des substances 25 organiques, des bactéries et des virus. L'eau sortant de l'installation pourra ensuite être évacuée ou réutilisée. L'installation présente une capacité de production d'eau traitée de 5/6 mc/h, une durée du cycle de traitement de 24 heures, un PH de l'eau en entrée équivalant à environ 7,5, et une conductibilité de 23480 µS/cm environ. 30 L'installation est commandée et supervisée par un automate programmable - API (Programmable Logic Controller - P.L.C.) à l'aide d'un logiciel spécialement prévu à cet effet, lequel contrôle toutes les opérations nécessaires au cycle de traitement régulier. Dans la configuration d'automation maximale, le système est entièrement autonome dans la gestion du cycle de traitement. L'automation complète, contrôle et gère le fonctionnement et l'état de tous les composants faisant partie du système, en supervisant toutes les étapes de traitement, les alarmes, les éventuelles obstructions des lignes de transfert des reflux, le lavage de l'installation (machines et vannes), rétablit automatiquement les conditions de réglage d'origine et le redémarrage du cycle opérationnel, etc... Comme choix alternatif, l'installation peut être réalisée en mode semi-automatique, en utilisant des vannes manuelles de ligne, sans faire appel à des capteurs de contrôle de l'installation: débitmètres, pressostats, capteurs de températures. De façon avantageuse, le système décrit ici, avec une capacité de production d'eau traitée de 5/6 mc/h, est pourvu des dimensions adéquates pour pouvoir le faire tenir dans un container de 20 pieds avec, à l'extérieur, uniquement les tuyaux de raccordement pour l'entrée des purins, les tuyaux pour l'évacuation du matériau solide et les tuyaux pour l'écoulement de l'eau purifiée. Des pompes spécialement prévues à cet effet favorisent le chargement des matériaux dans le container et leur évacuation de celui-ci. Dans un exemple de réalisation de la présente invention, les résultats suivants ont été obtenus:25 Purin initial NH4+ = 1740 mg/L C.O.D. = 6493 mg/L P = 79 mg/L Après le décanteur 11 NH4+ = 848 mg/L C.O.D. = 1785 mg/L P = 5,1 mg/L Après le premier filtrage 15 NH4+ = 123 mg/L C.O.D. = 1297 mg/L P = 4,1 mg/L Après le deuxième filtrage 16 NH4+ = 17,2 mg/L C.O.D. = 947 mg/L P = 3,5 mg/L Après le troisième filtrage 17 NH4+ = 9,2 mg/L C.O.D. = 155 mg/L P = 0,15 mg/L Où NH4+ représente l'Ammonium, C O.D. représente la Demande Chimique en Oxygène (Chemical Oxygen Demand) et P représente le Phosphore.5 REVENDICATIONS1. Système de traitement des reflux (10) zootechniques civils et industriels et des boues et purins, où lesdits reflux comprennent un produit solide en suspension dans un liquide: ledit système comprend des dispositifs pour séparer ledit produit solide en suspension dans un liquide en une fraction solide et une fraction liquide; un floculant est mélangé audit produit solide en suspension dans un liquide; lesdits dispositifs comprennent un décanteur centrifuge (11) et un système de flottaison (14) à air dissous disposé à sa suite; et comprennent de plus un premier filtre (20), de ladite fraction liquide, à couches différenciées de substances minérales; ledit premier filtre à couches différenciées comprend une première couche supérieure (23) composée de sable quartzifère, dont la granulométrie est comprise entre 0,7 et 1,2 mm; une deuxième couche (24), sous-jacente à la première, se composant de grenaille, dont la granulométrie est comprise entre 1 et 3 mm; une troisième couche (25), sous-jacente à la deuxième couche, se composant de grenaille, dont la granulométrie est comprise entre 3 et 5 mm; une quatrième couche (26), sous-jacente à la troisième couche, se composant de grenaille, dont la granulométrie est comprise entre 5 et 10 mm; un deuxième filtre (30), à charbons actifs, placé en cascade par rapport audit premier filtre; ledit deuxième filtre, à charbons actifs comprend une première couche supérieure (33) composée de charbon actif, dont la granulométrie est comprise entre 8 et 30 mesh; une deuxième couche (34), sous-jacente à la première couche, se composant de grenaille, dont la granulométrie est comprise entre 1 et 3 mm; une troisième couche (35), sous-jacente à la deuxième, se composant de grenaille, dont la granulométrie est comprise entre 3 et 5 mm; un troisième filtre, d'ultrafiltration, placé en cascade par rapport audit deuxième filtre; ledit troisième filtre d'ultrafiltration comprend un filtre à membranes, pourvues de pores de 0,02 micron environ; un quatrième filtre au moyen du procédé d'osmose inverse. 2. Système conformément à la revendication 2, caractérisé en ce que ladite fraction liquide est mélangée à des épaississants, avant d'entrer dans ledit système de flottaison. 3. Système conformément à la revendication 1, caractérisé en ce que ladite fraction liquide est mélangée à un floculant (12), avant d'entrer dans lesdits dispositifs, pour séparer ledit produit solide en suspension dans un liquide en une fraction solide et une fraction liquide. 4. Système conformément à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système est placé à l'intérieur d'un container.