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Procédé pour l'épuration biologique des eaux résiduaires.
L'épuration des eaux résiduaires fortement contaminées par des substances organiques, provenant des industries par- tant de la mélasse, telles que fabriques de levure, distille- ries et sucreries, est, comme on le sait, un problème non en- core résolu jusqu'ici. on a déjà essaye de purifier les eaux résiduaires dans des bassins de putréfaction (fosses septiques) ou à l'aide de filtres aérobies (lits de coke) avec ou sans aération st en outre des essais ont aussi été faits par la méthode employant de la "vase activée (activated sludge).
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Tous ces essais ont échoué et ne pouvaient pas réussir avec des eaux résiduaires, dont les impuretés organiques exprimées par la quantité de permanganate de potassium consommée s'élè- vent de 15.000 à 20.000 milligrammes par litre, tandisque le nombre correspondant pour les eaux d'égout de villes est en général de 1000 milligrammes au maximum. En outre, ces essais ne pouvaient réussir parce que les eaux résiduaires de mélas- se contiennent des substances qui ne peuvent être que très difficilement décomposées.
Le traitement de telles eaux ré- siduaires dans des fosses septiques par la putréfaction ne
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pouvait surtout pas dnn:2er des r. ;st?.t,t8 fJ'3.tiflf3..lsuts, ..1''.1.'1q part à cause du fait que les substances qu'elles contiennent à un degré de concentration très élevé (alcaloïdes, bétaine etc) ne sont attaquées que par des bactéries bien déterminées et dans les conditions les plus favorables seulement, et d'autre part parce qu'il se produit en même temps, à cause de la haute teneur en composés sulfuriques, une formation abondante d'acide sulfhydrique et d'autres composés sulfuri-
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ques, organiques aussi bien qu 11n..-organiques, répandant une mauvaise odeur, de sorte que non seulement l'air des environs est Irrespirable @ tant pour les hommes que peur les ani- maux,
mais qu'en outre l'activité biologique dans les fosses septiques ou bassins de putréfaction est aussi entravée. Tous les désavantages connus du procédé de putréfaction seraient multipliés dans le cas où l'on traiterait des eaux résiduai- res de mélasse, du fait que la quantité des impuretés conte- .nues dans les eaux est à peut près vingt fois plus grande que celle des eaux d'égout de villes. Les méthodes d'épuration aérobie ont aussi échoué parceque les impuretés contenues dans
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ces eaux résiduaires sont très difficilement attaquées, et, ce qui n'est pas négligeable, parceque le prix de revient des installations nécessaires et les frais qu'entraîne leur marche sont très élevés.
Tous ces difficultés sont vaincues par la présente in- vention.
Les impuretés se trouvant dans les eaux résiduaires des industries employant de la mélasse comme matière première appartiennent principalement aux groupes biochimiques sui- vantes:
1) substances bétainiques, dont la teneur en azote s'é- lève à 75 environ de la teneur totale des eaux résiduaires en azote,
2) albumine (dans les eaux résiduaires provenant de distilleries et fabriques de levure principalement sous forme de celllules de levure plus ou moins détruites).
3) acides végétaux de nature principalement volatile, en premier lieu l'acide formique,
4) des substances humiques, qui - par elles-même - ne sont pas nuisibles, mais qui sont la cause de la couleur bru- ne des eaux résiduaires, et 5) des composes sulfuriques, en premier lieu des sul- fates.
Conformément à l'invention les substances bétainiques sont éliminées des eaux résiduaires par l'action vitale de microbes aérobies ou anaérobies capable de décomposer la bétaine. Dans ce but, de préférence, une semence de cultures pures de micro-organismes appropriés est propagée, préalable- ment à l'introduction dans les récipients ou bassins de dé- composition, dans une sorte de 'levain- dans les conditions de culture les plus favorables. L'action des microbes ainsi
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cultivés décompose la bétaine ainsi que ses dérivés et pro- duits de transformation en acide carbonique, ammoniac et acide formique.
Ensuite dans une deuxième phase du procédé, les acides végétaux, particulièrement l'acide formique, sont éliminés des eaux résiduaires d'une façon analogue par dé- composition bactériologique. Les substances humiques, causant en premier lieu la couleur foncée des eaux résiduaires, peu- vent y rester sans être décomposées si la couleur de l'eau dans le bassin d'écoulement n'a aucune importance au point de vue esthétique ou d'a'tures points de vue. Mais pour des teintureries, lavoirs, blanchisseries et entreprises analo- gues ces eaux résiduaires ne conviendraient pas. Si, en même temps qu'on l'épure, il faut aussi décolorer l'eau, cela peut se faire en détruisant complètement les substances humi- ques par des microbes appropriée.
Comme ces microbes s'accor- dent bien avec les micro-organismes décomposant la bétaine ainsi qu'avec ceux décomposant l'acide formique, la destruc- tion des substances humiques peut être combinée en une seule opération soit avec la décomposition de la bétaine soit avec celle des formiates.
La quantité de substances albumineuses contenue dans la mélasse est, à la dondition que la fabrication soit conduite d'une manière correcte, si faible qu'elle peut très souvent être négligée. Mais si la minéralisation des substances albumineuses est désirable, elle doit être effectuée par des micro-organismes décomposant l'albumine, par exemple par le bacillus micoides, bacillus putrificus, bacillus mesente- ricus ou bacillus vulgatis, avant toutes les autres opéra- tions.
Comme les substances albumineuses sont présentes dans les eaux résiduaires des industries de fermentation presque exclusivement sous forme de cellules de levure, il est pré- férable d'écarter ces cellules de ces eaux résiduaires dès le début par une séparation mécanique, par exemple à l'aide
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d'un petit filtre monté dans la conduite de sortie d'eau principale. Ensuite les cellules sont mortifiées de la manière connue, par exemple par plasmolyse ou chauffage, et finalement minéralisées à l'aide de microbes provenant de préférence de cultures pures.
Les composés sulfuriques consistant pour 90 en sul- fates. Si la dilution est suffisante, ils ne sont pas parti- culièrement dangereux dans le bassin d'écoulement, mais ils causent un grave dommage dans le système d'épuration lui-même. s'ils y sont réduits en acide sulfhydrique par des bactéries.
Conformément à l'invention on évite cela en empêohant la dé- composition des sulphates en acide sulfhydrique par le choix de cultures pures appropriées et par des opérations effectuées dans des conditions strictement stériles. Comme l'action dé- composante des bactéries sur des substances sulfuriques est sans aucun doute propre à certains microbes tels que par exemple microspira desulfuricans, microspira aestuari), il n'est pas bien difficile de réaliser ces conditions.
Mais si les conditions dans le bassin d'écoulement sont exceptionnel- lement défavorables, il est préférable d'écarter .déjà les sulfates de la mélasse elle-même et d'éviter l'emploi de subs- tances auxiliaires contenant des composés sulfuriques inorga- niques pendant tout le cours de la fabrication, de manière que des sulphates ne puissent passer dans les eaux résiduai- res. On peut aussi précipiter les sulfates se trouvant dans les eaux résiduaires sous forme de sels insolubles avant l'é- puration biologique.
La décomposition de la bétaine peut, comme on l'a déjà mentionné, être effectuée à l'aide de microbes aérobies aussi ien qu'anaérobies. Les micro-organismes appropriés peuvent
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par exemple être isolés de telle manière qu'une solution concentrée d'un sel bétainique soit ensemencée avec des poi- rées (betteraves) putréfiées ou avec une mélasse en état de décomposition, une culture pure naturelle étant ainsi obte- nue, de laquelle les espèces appropriées sont sélectionnées par les méthodes connues de propagation dans un milieu con- tenant de la bétaine, Suivant les conditions maintenues pen- dant ces opérations (anaérobies ou aérobies) il se développe des espèces anaérobies ou aérobies de microbes décomposants la bétaine.
De cette manière on a isolé par exemple une bac- térie anaérobie, décomposant la bétaine et se présentant sous forme de petits . bâtonnets avec des cornes arrondies.
Une culture ensemencée dans de l'eau résiduaire de mélasse gélatinisée, en piquant la gélatine solide, développe des colonies de cellules perlées réunies par chaîne et pourvues de protubérances aciformes. La culture n'a pas de propriétés liquéfiantes et ne produit dans de la gélatine normalement préparée avec du moût clair que très peu ou pas du tout d'a- cide carbonique, mais provoque un très fort développement de gaz dans une gélatine contenant de la bétaine. Une bactérie aérobie se présente sous forme de bâtonnets très fins et minces, souvent réunis à l'un des bouts et disposés en étoile.
Elle produit des spores et parait se rapprocher - excepté en ce qui concerne la forme - du groupe du bacillus subtilise A l'aide des bactéries aérobies, la décomposition de la bé- taine peut être accomplie plus rapidement. Particulièrement pour des eaux résiduaires peu concentrées, telles que les eaux résiduaires de fabriques de levure l'emploi des bactéries aérobies est préférable à celui des bactéries anaérobies. Les conditions d'opération sont en général les mêmes, seulement
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quand on emploie des bactéries aérobies il faut insuffler de l'air dans le bassin de décomposition.
Les bactéries aérobies peuvent être régénérées par aération dans de l'eau pure, con- tenant en solution des sels fournissant de l'oxygène, ou en insufflant de l'oxygène ou des gaz contenant de l'oxygène, mais l'usage réitéré des mêmes microbes ne peut être recomman- dé que s'ils sont parfaitement sains.
Les microbes décomposant l'humine peuvent être obtenue de la meilleure faco en inoculant de la terre de foret ou de jardin à une solution concentrée d'un humate préparé à l'aide d'aoldum huminicum Merck. De la culture pure naturelle qui s'y développe les espèces appropriées sont, par des méthodes connues en elles-mêmes, isolées sur des milieux solides conte- nant de l'humine. De cette manière on propage une culture pure croissant sous forme de bâtonnets relativement larges avec des cornes arrondies, produisant des spores et décolo- rant les solutions de l'humine jusqu'à une nuance jaunâtre.
Pour décomposer les acides végétaux, particulièrement l'acide formique, on emploie l'un des micro-organismes connus, par exemple le bactérium formicicum décrit par Omelianski.
La décomposition des substances humiques et des formiates se fait dans des conditions anaérobies.
L'action décomposante des microbes peut, dans tous les cas sus-mentionnés, être activée en employant exclusivement ou partiellement des microbes se trouvant dans l'état d'une zooglée, ou en employant en même temps que d'autres espèces, des espèces tendant à la formation zoogléenne. En outre l'ac- tion des microbes peut être amorcée et renforcée par ce que, dans les eaux résiduaires en état de fermentation, des préci- pitations volumineuses sont provoquées ou que des précipités
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volumineux ou d'autres corps poreux inertes, par exemple de la sciure, sont introduits dans le bassin de décomposition.
Ci-après un mode d'exécution du procédé va être décrit - à titre d'exemple - à l'aide du dessin représentant schéma- tiquement un système d'épuration qui peut être employé confor- mément à l'invention. Les eaux résiduaires, libérées par fil- tration ou décantation des substances solides qui s'y trouvent, sont neutralisées par du lait de chaux et introduites dans le bassin de décomposition I. Ce bassin doit, si c'est possible, être enfoncé dans le sol, fermé complètement pour assurer la stérilité parfaite et pourvu d'un tube d'échappement des gaz.
Le bassin doit avoir une capacité égale à un quart de la quan- tité entière des eaux à traiter pendant une journée. A ce pre- mier bassin de décomposition est joint un bassin de clarifica- tion la.plus petit et plat, dont le fond a la forme d'un en- tonnoire avec un orifice par lequel les microbes déposés s'é- coulent. En sortant de ce bassin, les eaux résiduaires sont amenées à un deuxième bassin de décomposition II avec un deu- xième bassin de clarification 11a s'y rattachant. Aux eaux ré- siduaires se trouvant dans le bassin -on ajoute, suivant les besoins, par exemple une fois par semaine, un levain de mi- crobes décomposant la bétaine, qui a été propagé d'une cultu- re pure dans une cuve III placée en amont du bassin I.
La ca- pacité de cette cuve de levain doit être à peu près un sixième de celle du bassin de décomposition. Si la température est maintenue constante au point le plus favorable, c'est-à-dire à 36 C. et si en outre la concentration des eaux résiduaires est aussi élevée que possible et la réaction neutre ou, le cas échéant, faiblement alcaline, il se produira rapidement une fermentation dans le liquide. Les eaux à épurer sont
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amenées aux bassins continuellement. La bétaine sera parfai- tement décomposée, dans un espace de temps de 2 à 8 heures, en acide carbonique, ammoniac et acide formique. La masse de bactéries déposées en la est ramenée par une pompe au premier quart du bassin de décomposition I.
Le liquide débarrassée de la plupart des bactéries s'écoule maintenant dans le bassin II et y est mêlé par exemple avec une culture pure de bacté- rium formicicum Omelianski, propagée dans une cuve de levain IV. Dans le bassin II la température peut être maintenue un peu plus basse que dans le bassin I, les autres conditions sont les mêmes. Quand une nouvelle culture pure est introduite, 11 est avantageux de stimuler pendant quelque temps les bac- téries par aération. Par l'addition de phosphates la décompo- sition ayant lieu dans ce bassin peut aussi être activé. Les formiates sont parfaitement décomposés et il s'écoule de ce bassin une solution de carbonates et de sels ammoniacaux, qui peut être conduite dans le bassin d'écoulement sans être traitée davantage.
SI les conditions dans le bassin d'écoule- ment sont très mauvaises, par exemple à cause du manque d'eau, un court traitement supplémentaire des eaux s'écoulant du système d'épuration biologique dans un vivier devant au moins contenir une quantité d'eau cinq fois plus grande que celle des eaux résiduaires traitées par jour, sera avantageux, mais pas Indispensable. S'il est désirable que l'eau soit décolo- rée,.des microbes décomposant l'humine peuvent être ajoutés dans le premier ou le deuxième bassin de décomposition, puis- que ces bactéries ne dérangent pas l'action des microbes dé- composant la bétaine ni celle des microbes décomposant les formiates.
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Pour les opérations avec des cultures pures, il est' bien entendu essentiel que les eaux résiduaires arrivent dans le système d'épuration aussi exemptes de germes que pos- sible. Pour les eaux résiduaires de distilleries et fabriques de levure, cette tâche est simplifiée du fait que la majorité des eaux résiduaires s'écoule de l'appareil de distillation à l'état stérile. Il suffit donc d'avoir soin que les conduites soient maintenues aussi propres que possible.
Dans d'autres cas, il pourrait être recommandable de stériliser les eaux résiduaires avant leur introduction dans le système d'épura- tion biologique, ce qui peut être effectué sans frais consi- dérables par un traitement avec de la chlorine et un desem- poisonnement subséquent par un antichlorine. Des eaux résidu- aires concentrées, par exemple celles de distilleries, peu- vent donner de l'ammoniac à des conditions économiques.
Il avait déjà été proposé, dans le but d'obtenir un en- grais se conservant bien, disséminable et non hygroscopique, de soumettre un mélange de tourbe et de vinasse de mélasse à une fermentation par des bactéries décomposant la bétaine jusqu'à ce que la décomposition biologique des bases d'azote en composés non hygrosoopiques soit accomplie. Pour l'épura- tion biologique des eaux résiduaires des industries partant de la mélasse on n'a pas profite*, de cette proposition jusqu'ici.
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