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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
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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
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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
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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
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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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