CA2070246A1 - Procede et installation de traitement d'epuration de lisiers d'animaux - Google Patents

Abstract

11 PROCEDE ET INSTALLATION DE TRAITEMENT D'EPURATION DE LISIERS D'ANIMAUX Selon l'invention, les résidus bruts dégrillés stockés en cuve (1) sont centrifugés (2) en présence de floculant, avec élimination des résidus solides (4); les produits centrifugés sont soumis ensuite à une épuration biologique en réacteur anoxie (6) puis en réacteur aérobie (7) puis à une clarification (8). Les liqueurs mixtes des réacteurs (6, 7) sont recyclés (9) et les boues (10) de la clarification (8) sont également recirculées. on procède avantageusement à une décoloration complémentaire des liquides par agent approprié. Application au traitement des lisiers porcins. Figure unique

Description

:

2~7~2~6 La présente invention a trait au domaine du traitement des lisiers d'animaux constitués, comme l'on sait, de mélanges de litières et de souillures et déjections solides et liquides jonchant le sol des étables, ~curies et autres lieux d'élevage d'animaux.
Elle concerne tout spécialement un procédé et une installation permettant d'opérer les séparations solides/liquides et d'épurer les fractions liquides jusqu'à obtention de fluides aptes à être rejetés, sans pollution, dans le milieu naturel.
On sait que la production de lisiers animaux, qui est considérable dans les régions à élevages intensifs, pose des problèmes cruciaux dans certains secteurs géographiques, comme c'est le cas, par exemple en France dans la province de Bretagne ou est concentré près de 50% de la production porcine nationale.
Ces lisiers, généralement épandus sur les sols agricoles, de façon plus ou moins contrôlée, portent des atteintes graves à l'environnement, par pollution des eaux de surface et des eaux souterraines, outre ~videmment les nuisances olfactives. ~es excédents de lisiers doivent être traités pour éliminer ou fortement diminuer les polluants carbon~s, azotés et phosphorés, sources de nombreuses nuisances dont les principales sont l'eutrophisation des cours d'eau et des littoraux ainsi que l'augmentation des teneurs en nitrates des eaux souterraines.
Parmi les procédés de traitement déjà connus, hormis les processus physico-chimiques qui entrainent des coûts d'investissement et de fonctionnement élevés et souvent prohibitifs, on signalera le traitement biologique, dont notamment la méthanisation c'est-à-dire une fermen~ation anaerobie contrôlée.
Ce processus, qui permet d~éliminer une partie de .. ~
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la matière organique, n'a pratiquement pas d'effet sur les pollutions azotées et phosphorées pour lesquelles il faut envisager un post-traitement anaérobie par des boues activées "à faible char~e" et, souvent, une coprécipitation physico-chimique des composés du phosphore. Jusqu'à ce jour, les résultats obtenus par de tels traitements ne sont encore suffisants pour pouvoir considérer que les effluents sont aptes à être envoyés, sans risque, dans le milieu naturel.
Partant de ces considérations et à la suite de series d'essais ayant pour but d'optimiser des s~ries de processus de traitement, en particulier par usage de la voie biologique, 1'invention a pour but de proposer un procédé d'ensemble et une installation adaptée, permettant, au d~part de lisiers bruts de diverses origines - et en particulier de lisiers porcins d'obtenir des flux de rejets dont les teneurs en produits polluants sont suffisamment minimes pour pouvoir supprimer tout risque dans l'environnement.
Selon le processus général du procédé de l'invention, on combine les étapes successives suivantes :
a) stockage en cuve de lisiers bruts dégrillés;
b) séparation liquide-solide par centrifugation avec ajout d'agent floculant, les residus solides étant récupérés comme engrais agricoles;
c~ épuration biologique des liquides issus de la centrifugation par traitement selon une phase anoxie puis selon une phase a~robie, suivie d'une clarification avec recirculation de la liqueur mixte de la seconde phase à la première et recyclage des boues décantées depuis la clarification jusqu'à la phase anoxie, les boues en excès de la clarification étant éliminées;
d) éventuellement, décoloration complémentaire de l'effluent issu de la clarification.

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L'opération classique de dégrillage consiste, comme on le sait, en la séparation grossière des plus gros éléments solides, dans le cas présent des grandes pailles ou autres tiges de céréales, d'avec la fraction liguide et les particules solides de faible diamètre. Le stockage en cuve constitue un passage obligé dans tout procédé de traitement et il permet de recueillir périodiquement divers mélanges de lisiers prélevés dans les préfosses d'élevage d'animaux. Genéralement on trouve dans ces cuves des lisiers dit "frais" dont l'âge est inférieur à une semaine, et des lisiers "âgés" qui peuvent avoir plusieurs semaines, voire plusieurs mois.
Dans le cas, par exemple, de lisiers bruts issus de l'élevage de porcs, les valeurs moyennes des différents paramètres représentatifs sur un nombre de 37 échantillons de lisiers frais et de 9 échantillons de lisiers agés, sont résumés dans le tableau 1 ci-dessous où:
. TAC est le titre alcalimétrique complet . MES est la concentration de matières en suspension . DCO correspond à la Demande Chimique en Oxygène . NTK la teneur totale en Azote (Kjehldahl) . N-NH4 la teneur en azote issu de 1'ammoniac . P la teneur en phosphore (total ou issu de phosphore) TABLEAU n 1 pH TAC Extrait MeSDCONTK N-IIH4P total P-P04 sec gCaO/I g/l g/l 9/lg/l g/l g/l y/l 30 lisiers "frais" 7.73 11.4876.55 68.91 103.6 9.28 3.8 1.94 1.34 lisiers "âgés"8.17 11.3861.93 58.37 96.079.47 1.67 Conformément à la première phase opérationnelle du procéde de l'invention on procède à une centrifugation 2~7~2~

des lisiers bruts avec addition d'un agent floculant afin d'optimiser les taux de capture des fractions particulaires. Parmi les floculants utilisables on peut citer avantageusement des polyélectrolytes comme par exemple des polymères cationiques; ceci bien entendu à
titre non limitatif. La quantité de floculants varie, bien entendu, selon les cas d'espèces mais elle est généralement comprise entre 3 et 7 kg par tonne d'extrait sec. Les conditions de la centrifugation (vitesse, temps de séjour, etc) sont evidemment adaptées aux cas d'espèce et du domaine de l'homme de l'art.
Après l'opération précitée, les rendements d'élimination ou abattements des paramètres descriptifs du tableau 1 précité sont déjà très significatifs puisque de l'ordre de 77% pour l'extrait sec; 95% pour MES; 72% pour la DCO; 65~ pour NTK; 32% pour l'azote de NH4; 93% pour le phosphore total et 91% pour P de P04.
Quant aux résidus solides ou lies de centrifugation, ils peuvent être avantageusement utilisés comme engrais agricoles.
Conformément à une réalisation avantageuse, on procède lors de la centrifugation et/ou lors de la mise en service de l'installation, à une dilution initiale des lisiers par une eau de surface ou eau résiduaire présentant une conc0ntration faible, voire nulle en azote ammoniacal. On peut alors pallier, de cette façon, les effets inhibiteurs des fortes concentrations en ammonia~ue des lisiers centrifugés sur 1'ensemencement et le développement de la biomasse épuratrice lors de la phase ultérieure de traitement biologique.
Selon la deuxième étape du procédé, on effectue un traitement biologique des lisiers centrifugés en deux phases successives, la première en milieu anoxie où les lisiers sont utilisés comme source de carbone et où a ~7~

lieu la réduction des nitrates en azote gazeux, la seconde en milieu aéré pour assurer la nitrification.
Selon une variante operatoire, on peut éventuellement faire précéder la phase anoxie d'une phase anaérobie pour provoquer une déphosphatation biologique accrue.
La charge volumique, appliquée sur l'ensemble des capacités anoxie et aérobie et exprimée en terme de DBOs, est généralement comprise entre 0,3 et 0,65 kg/m3/jour.
Lors de la phase aérobie le mode d'oxygenation avantageusem~nt adopté, par insufflation d'air dans le réacteur, permet d'éviter les chutes de températures de la liqueur mixte, phénomène ccnstaté lorsqu'on met en oeuvre des appareils d'aération de surface selon les techniques connues, lesquels conduisent à des chutes de rendement d'épuration. Én pratique, selon l'invention, on utilise avantageusement des aérateurs profonds de type "oxytubes" qui permettent de procéder au séquençage de l'insu~flation de l'air sans provoquer de colmatage sur les diffuseurs d'air. Ce séquençage de l'aération permet d'améliorer l'alimentation des nitrates recirculés par mise en anoxie partielle de la zone normalement aérée. Ce séquençage peut également être régulé par une mesure en continue du potentiel redox de la liqueur mixte.
Grâce à la recirculation des boues décantées et de la liqueur mixte, on peut prélever la quasi totalité des nitrates à d~nitrifier ~ la sortie de la cuve aérobie et du clarificateur pour la ramener, par les recyclages, dans la zone anoxie disposée en tête du traitement. Dans certains cas, il peut être nécessaire d'ajouter certains r~actifs lors de cette ~tape de traitement bio]ogique comme par exemple de la chaux pour accélérer le 2~7~2~

processus de nitrification ou encore de chlorure ferrique pour faciliter la coprécipitation du phosphore.
Toutefois, il s'est avéré qu'en général, lors des expérimentations faites sur des lisiers porcins, les concentrations résiduelles des effluents biologiques en phosphore total et phosphore soluble n'étaient généralement pas supérieures à 20 25 mgl et 10 à
15 mg/l.
Les boues produites lors du traitement biologique, qui peuvent par exemple correspondre à 0,4 kg par Kg de DB05 éliminé ou encore 600 à 700 litres par m3 de lisiers traités, sont traités par centrifugation, les produits centrifugés étank envoyés sur l'étape biologique alors que les refus sont mélangés aux solides issus de la première etape de centrifugation pour donner des engrais comme expliqué ci-avant.
Selon une étape finale particulièrement intéressante à mettre en oeuvre dans le procédé de l'invention, on peut procéder ~ l'élimination ou au moins l'att~nuation de la couleur brune intense des effluents, imputable à la pr~sence de pigments biliaires oxyd~s non biodégradables dans les déjections des animaux. Après l'expérimentation de plusieurs méthodes et d'un assez grand nombre de réactifs il a été trouvé
que l'addition aux lisiers traités de produits choisis dans le groupe constitué par : le charbon actif pulvérulent, l'hypochlorite de sodium et le chlorure ferrique, permettait d'obtenir les meilleurs résultats.
En particulier, le FeC13 permet non seulement d'assurer la décoloration des lisiers traités mais de procurer un affinage important de la quantité des effluents.
Le procédé selon l'invention peut etre mis en oeuvre dans une installation gén~rale de traitement dont 207~2~6 les phases ou dispositifs sont illustrés sur le schéma-bloc de la figure unique du dessin annexé qui permettra simultanément de d~crire un exemple de réalisation, correspondant à la moyenne des résultats obtenus sur six mois d'expérimentations dans une unité
de traitement de lisiers porcins.
Un ansemble de traitement conforme à l'invention comporte essentiellement : une cuve 1 de récupération et stockage des lisiers bruts; une centrifugeuse 2, où l'on additionne avantageusement au moins un agent floculant 3 et d'où l'on décharge en 4 les lies ou gâteaux de solides qui peuvent être utilisés comme matériaux d'épandage au sol, à titre d'engrais; éventuellement, une cuve de stockage 5 des lisiers centrifugés; un ensemble d'épuration biologique comprenant un réacteur en anoxie 6, le réacteur en aérobie 7 et un clarificateur 8.
En fonctionnement normal et comme dit ci-avant, on effectue des recyclages, selon 9, de la liqueur mixte des réacteurs, alors que les boues retirées du clarificateur 8 sont en partie envoyées selon 10 dans le réacteur en anoxie et en partie recyclées, selon 11 dans le système de centrifugation 2; elles viennent ensuite grossir la partie semi-solide ou lie 4 que l'on évacue de la centrifugeuse.
Selon une ~ise en oeuvre pr~férentielle, l'effluent 12 issu du clarificateur est soumis à une décoloration pour atténuer, voire supprimer, la couleur brun foncé
difficilement acceptable lors du rejet sur le site.
L'addition, avantageusement, de chlorure ferrique à
des doses de 3 a 5 g/l, entraine rapidement 1'insolubilisation des pigments biliaires oxydés non biodégradables. Les précipités obtenus ne sédimentent pas mais flottent en surface.

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En opérant dans une installation du type précité
pour le traitement de lisiers porcins pendant une dur~e de 6 mois ~ raison de 0,5 m3 de lisiers/jour, on a obtenu les résultats consignés dans le tableau n 2 S ci-dessous :
TARLEAU n~ 2 TACExtrait MES DCO NTK N(NH4) P total ~en C~0) sec lisiers bruts ~g/l) 11.4876.5568.9103.60 9.28 3.80 1.94 lisiers centrifugés ~g/l) 7.33 17.603.9929.703.282.60 0.15 effluent du cl~rificateur ~g/l)1.708.30 0.432.110.14 0.03 0.03 15 rendement d'~puration ~%) 84.2088.4399.3397.83 98.39 99.24 98.57 Lors de la centrifugation on a utilisé comme floculant le polymère cationique type F0 4290 (Floerger) au taux de 5 ~ 7 kg par tonne de MES. Dans le traitement biologique, on utilisait des charges volumiques correspondant ~ 0, 5 kg de DBO par m3 et par jour et des charges massiques de 0,1 kg DBO/kg de MES et par jour.
Les productions de boues et la consommation d'oxygène, dans l'étape de traitement biologique, étaient 25respectivement ~gales à 0,43 kg et 1,51 kg par kg de DBO
élimine.
Comme on peut le constater d'apr~s le tableau 2, les taux d'abattement des diverses pollutions étaient tout ~ fait satisfaisants, les effluents obtenus étant aptes à être rejetés en rivière, notamment après décoloration.

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Claims (9)

1. Procédé de traitement de lisiers d'animaux, en particulier de lisiers porcins en vue d'éliminer les différentes formes de pollution et d'obtenir un effluent liquide de qualité compatible avec un rejet dans le milieu naturel, caractérisé en ce que l'on opère selon la combinaison des étapes successives suivantes :
a) stockage en cuve de lisiers bruts dégrillés;
b) séparation liquide-solide par centrifugation avec ajout d'agent floculant, les résidus solides étant récupérés comme engrais agricoles;
c) épuration biologique des liquides issus de la centrifugation par traitement selon une phase anoxie puis selon une phase aérobie, suivie d'une clarification, avec recirculation de la liqueur mixte de la seconde phase à la première et recyclage des boues décantées depuis la clarification jusqu'à la phase anoxie, les boues en excès de la clarification étant éliminées;
d) éventuellement, décoloration complémentaire, de l'effluent issu de la clarification.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que une phase de traitement en anaérobie précède la phase anoxie.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, lors de la centrifugation, les lisiers sont dilués par une eau de surface ou une eau résiduaire à faible teneur en azote ammoniacal.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisa en ce que, lors de la phase aérobie, l'insufflation de l'air est faite de façon séquencée.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une partie des boues issues de la clarification est recyclée à la centrifugation.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la décoloration de l'effluent traité est effectuée par le charbon actif, l'hypochlorite de sodium ou, avantageusement, le chlorure ferrique.

7. Installation pour le traitement de lisiers selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte :
l'une conteneur (1) de réception et stockage des lisiers bruts; une centrifugeuse (2) d'où les résidus solides ou lies (4) sont éliminés: éventuellement, une cuve de stockage (5) des lisiers liquides centrifugés; un ensemble d'épuration biologique combinant un réacteur en anoxie (6) suivi d'un réacteur en aérobie (7), et un clarificateur (8).

8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle est munie de moyens pour le recyclage (9) des liqueurs mixtes des réacteurs (6, 7) de traitement biologique, ainsi par des moyens pour l'envoi d'une partie (10) des boues de clarification (8) dans le réacteur en anoxie et d'une partie (11) de ces boues dans la centrifugeuse (2).

9. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que le réacteur en aérobie (7) est muni de moyens pour l'insufflation d'air en profondeur et de manière séquencée.