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CA 02510672 2005-06-23
PROCÉDÉ DE TRAITEMENT GLOBAL DES DÉJECTIONS ANIMALES ET
DES ODEURS INTÉGRÉ AU BäTIMENT D'ÉLEVAGE.
DESCRIPTION
Domaine de l'invention
La présente invention se rapporte à un procédé pour le traitement global des
déjections animales et des odeurs intégré au bâtiment d'élevage dans un
concept de
« bâtiment vert ». Plus précisément ce procédé est caractérisé en ce que les
fèces et les
urines de porc ou autres animaux d'élevage sont récupérés séparément, sans les
mélanger,
immédiatement à leur évacuation par les animaux et ensuite elles sont soumises
à des
traitements successifs qui assurent respectivement l'épuration, la
purification et la
réutilisation du liquide ainsi obtenu et la transformation du solide par
stabilisation et
séchage pour générer un biosolide désodorisé et riche en matières
fertilisantes.
Description de l'art antérieur
Il existe une panoplie de techniques de traitement des déjections des porcs ou
autres animaux d'élevage dans le monde. La majorité de ces techniques
utilisent la
récupération des déjections de manière que les ieces, les urines et les eaux
de lavage
soient évacués ensemble du local d'élevage, étant mélangées, pour être
soumises à des
traitements ultérieurs ou utilisés pour stockage et/ou pour épandage ultérieur
sur des
terrains agricoles. Les déjections ainsi récupérées communément appelées
lisier, selon les
techniques de traitement actuelles, imposent généralement l'utilisation d'une
première
étape de séparation liquide-solide, réalisée par des séparateurs à lisier
(presse à vis,
centrifugeuse ou décantation par voie physico-chimique), une deuxième étape
d'épuration
biologique de la partie liquide (aérobie ou anaérobie) et de la stabilisation
de la partie
solide (biologique ou chimique ou thermique) et une dernière étape de
traitement tertiaire
de la partie liquide (chimique, électrochimique, filtration par membranes). La
récupération
des déjections en mélangeant les fèces, les urines et les eaux de lavage dans
le cas des
installations de traitement de petite capacité a un impact négatif sur les
étapes ultérieures
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de traitement en raison des coûts d'opération. Les technologies de traitement
des lisiers
les plus répandues dans le monde en terme de nombres d'installations
opérationnelles sont
celles qui utilisent comme première étape, une séparation mécanique
liquide/solide suivie
d'un traitement biologique aérobie par nitrification-dénitrification (environ
80% des
applications commerciales) ou d'un traitement anaérobie (environ 20% des
applications
commerciales). Ces technologies sont intéressantes sur le plan économique pour
des
installations d'élevage porcin individuelles ou regroupées permettant de
traiter au moins
20 mètres cubes par jour de déjections sous forme de lisier. Pour les élevages
ayant moins
de 20 mètres cubes à traiter par jour et ne pouvant se regrouper, il est
difficile d'appliquer
ces technologies à un coût raisonnable. ).
Le brevet US. No. 6,368,508 B1 propose un procédé et un appareil pour un
traitement biologique du lisier basé sur une phase anaérobie et une phase
anoxie selon un
schéma très complexe et difficile à appliquer.
Une solution environnementale est offerte par les brevets US. No. 5,078,882 et
no. 5,538,529 et le brevet canadien no. 2070246 qui proposent des traitements
aérobies et
anaérobies des lisiers sans éliminer totalement les désavantages des solutions
existantes.
Le brevet US. No. 5,890,454 propose une solution simplifiée pour le contrôle
des odeurs dans les bâtiments d'élevage porcin basée sur un traitement
chimique avec
sulfate d'aluminium, mais son efficacité globale est limitée.
La demande de brevet internationale publiée au no. WO 2004/039734 A1
présente un procédé de traitement du lisier par une méthode de purification de
la partie
liquide par électroflottation, mais une étape de séparation préalable liquide-
solide est
toujours nécessaire.
La demande de brevet canadienne no. 2,228,819 propose une solution de
traitement du lisier basée sur l'ajout d'un matériel cellulosique qui facilite
la séparation
liquide/solide qui est suivie d'une série de traitements pour la partie solide
et la partie
liquide. Une autre solution relativement simple pour le traitement du lisier
est présentée
par le brevet canadien no. 2200164, mai l'étape de séparation primaire
liquide/solide est
toujours nécessaire et en plus l'ajout de substances chimique s'impose
(polymères et
carbonate de calcium).
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Il y a aussi des procédés de traitements de lisiers qui utilisent diverses
étapes de
traitement selon de schéma très complexes et qui sont caractérisés par une
grande
consommation d'énergie et par des coûts importants reliés la réalisation et à
l'exploitation,
comme décrit dans les brevets U.S. no. 6,692,642, no 6,569,332 B2, no.
6,497,741 B2, no.
6,470,828 no 6,846,343 B2, les demandes de brevets no. 2003/0201225 A1 no.
2001/0013497 A1 et 2003/0075501 A1, et demande de brevet internationales
publiée au
no. WO 2004/011,393 A1.
Les méthodes de récupération des fèces et des urines des déjections animales
on
toujours été sujets à étude et développement, mais dans l'état actuel de la
technique, elles
comportent plusieurs inconvénients qui expliquent qu'elles soient très peu
commercialisées dans le monde. Plusieurs éleveurs l'ont laissé en raison du
fait que cette
technique, selon les solutions actuelles, exige beaucoup de main d'oeuvre et
d'entretien.
Également ces méthodes augmentent les risques de contamination sanitaire en
raison de la
prolifération des insectes volants et de bactéries pathogènes dans les dalots
et les parois de
l' installation.
II a déjà été mis au point un système de récupération les fèces et des urines
basé
sur une méthode utilisant des grattes dans un dalot en forme de «V», et
comportant une
canalisation au centre pour l'isolation des urines. Le système donne certains
résultats sur
le plan de la séparation des feces et des urines mais les inconvénients
suivants ne sont pas
résolus : l'accumulation de matières sèches compactées sur les bases inclinées
des dalots
qui nuisent au grattage; le contenu en eau encore élevé de la partie solide
qui est difficile à
stabiliser et/ou sécher en raison du compactage réalisé lors du grattage; le
traitement de la
partie liquide et le contrôle des odeurs de la partie solide sont réalisés
avec des solutions
coûteuses. Il est connu aussi dans l'art un autre système de récupération les
fèces et des
urines selon une méthode d'égouttement sur convoyeur. Ce système comporte
l'avantage
de réduire une partie des inconvénients présentés plus haut, sans toutefois
empêcher
l'accumulation de solides sous les convoyeurs de transports de solides, la
génération
d'odeurs et la prolifération de mouches. De plus, le pré-séchage sur le
convoyeur implique
des coûts supplémentaires élevés pour la manutention et la stabilisation des
solides.
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Compte tenu le (état de la technique décrite ci-dessus, les besoins en
systèmes
et procédés pour le traitement des déjections de productions animales
demeurent encore
pour rejoindre le concept d'un « bâtiment vert), soit un bâtiment d'élevage
qui respecte les
critères environnementaux les plus sévères. En plus d'apporter des solutions
économiques
aux problèmes décrits précédemment, le procédé proposé par la présente
invention dispose
de plusieurs autres avantages technologiques qui seront discutés en détail
plus bas dans la
description détaillée de l'invention.
SOMMAIRE DE L'INVENTION
Selon un premier aspect de l'invention, le procédé pour le traitement des
déjections animales est caractérisé en ce que les fèces et les urines de porc
ou autres
animaux d'élevage, sont récupérës séparément, sans les mélanger, immédiatement
à la
sortie des déjections et ensuite elles sont soumises à des traitements
successifs qui assurent
respectivement la purification et la réutilisation du liquide ainsi obtenu et
la transformation
du solide par séchage et stabilisation pour générer un biosolide désodorisé et
riche en
matières fertilisantes.
Selon un autre aspect principal de l'invention le procédé est réalisé selon
les
étapes successives comme suit
a) récupération primaire, soit récupérer séparément les fèces et les urines
immédiatement à la sortie des déjections sous les lattes selon différentes
méthodes,
comme par exemple, mais non limitativement, la technique de gratte en V, ou
l'utilisation de convoyeurs ou de racleurs tels que connus dans l'art de la
présente
invention;
b) traiter Ia partie Liquide récupérée à l'étape a) par un traitement
biologique
aérobie, préférentiellement par filtre à lit ruisselant sur support à
bactéries fixées,
permettant de traiter simultanément les liquides, dont l'urine, et l'air vicié
généré, suivi
d'un traitement de purification électrochimique permettant de désinfecter et
de
désodoriser complètement la partie liquide et obtenir ainsi un liquide épuré;
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c) rinçage des dalots sous les lattes avec une partie du liquide épuré à
l'étape b)
et alternativement disposer en continue la partie liquide épurée résiduelle au
milieu
naturel sans stockage de la partie liquide ou encore l'entreposer pour fin
d'irrigation ;
d) réaliser le pré-séchage de la matière solide des fèces, comme par exemple,
mais non limitativement, sur un convoyeur d'évacuation des solides suivi de la
stabilisation et le séchage par voie biologique (compostage) des feces
évacuées du
bâtiment d'élevage, et alternativement d'un séchage thermique finale pour
obtenir un
produit sec à la siccité désirée.
Selon un autre aspect de l'invention, le procédé peut être réalisé par
traitement
simultané des urines et l'air vicié du bâtiment, ou seulement par traitement
de
purification électrochimique permettant de désinfecter et de désodoriser la
partie liquide
et obtenir ainsi un liquide épuré.
Selon un autre aspect de l'invention, la récupération primaire est réalisée
par un
système d'évacuation des solides sous les lattes, comme par exemple, mais non
limitativement, des grattes actionnées par des câbles ou des convoyeurs à
tapis égouttant,
et par un système d'évacuation du liquide muni d'un dispositif de rinçage des
dalots,
comme par exemple, mais non limitativement un réservoir tampon de vidange par
gravité
ou un système de pompage directe.
Selon un autre aspect de l'invention, l'étape de traitement électrochimique
peut
être remplacée par une méthode de traitement par osmose.
Un autre objet de l'invention est d'utiliser une partie de liquide ainsi épuré
pour
réaliser le rinçage des dalots sous les lattes. Le traitement de la partie
liquide permet
d'obtenir une eau de rinçage des dalots en toute sécurité sanitaire tout en
réduisant les
odeurs dues à l'azote ammoniacal. Cette eau de rinçage étant propre et
désinfectée permet
de réaliser l'élevage avec les plus hauts standards sanitaires et d'ambiances
intérieures, ce
qui améliore le confort des animaux et des travailleurs.
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Selon un autre aspect de l'invention le traitement électrochimique du liquide
permet d'obtenir une eau épurée rencontrant les normes de rejet du milieu
récepteur ou
pouvant être recyclé pour d'autres usages.
Selon un autre aspect de l'invention, le traitement de la partie solide qui
comprend une étape de traitement de pré-séchage des feces, préférentiellement
sur un
convoyeur d'évacuation des solides intégré au bâtiment d'élevage, suivie d'une
étape de
stabilisation (thermique, biologique ou autre) des feces, permet de générer un
biosolide
désodorisé et riche en matières fertilisantes.
L'application du procédé permet de réduire les volumes d'effluent (fèces,
urines
et eaux de lavage) à disposer de 80 % par rapport à une gestion par épandage
des lisiers sur
des terres, en cultures et de produire une eau épurée réutilisable pour le
lavage des
bâtiments et de générer un biosolide séché, désodorisé et riche en matières
fertilisantes.
Tel qu'utilisé ici, le terme « évacuation » signifie l'action de rejet ou de
déjection d'un résidu solide ou liquide par un animal, constituant l'urine ou
les feces.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Fig. 1 est une vue schématique du procédé selon une des réalisations de la
présente invention.
DESCRIPTION DE RÉALISATIONS PRÉFÉRENTIELLES
La présente invention sera maintenant décrite dans son entier avec références
à
des documents scientifiques ou à des figures, à partir desquelles les
réalisations
préférentielles de la présente invention sont démontrées. Cette invention peut
cependant,
inclure différentes variantes ou formes qui ne devraient pas être interprétées
comme étant
limitées aux réalisations telles que présentées ici. Les différentes
réalisations sont
présentées dans la description suivante pour illustrer la portée de la
présente invention à la
personne de l'art.
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Tous les brevets, demandes de brevets, articles ou publication mentionnés ici,
supra et infra, sont incorporés par référence seulement.
En concordance avec la Fig. 1, les feces et les urines sont récupérées
séparément immédiatement à la sortie des déjections, préférablement
directement à
l'endroit où l'animal produit les déjections, dans la le local d'élevage. La
récupération des
feces et des urines séparément dans le domaine de l'élevage du porc, génère
des effluents
ayant les caractéristiques illustrées dans la Table 1.
Table 1
Caractéristiques des effluents après traitement de déjections de porc.
N-totalN-NH4 P-totalK DBO MES M.S.
Fces 15-30 5-15 5-15 8-20 --- --- 250-500
/k
Urines 2-6 2-6 0,05- 0.5-4 1-20 1-10 5-50
1 0.2
Selon la figure 1, le précédé 10 de la présente invention est réalisé par les
étapes
suivantes. Lorsque l'animal produit des déjections, la partie liquide est
traiter séparément
de la fraction solide, et par exemple, tel qu'illustré ici, coule sur un dalot
12 (qui a une
légère pente) et est dirigée vers un réservoir 14 (pré-fosse) par l'intermède
d'un tuyau 16.
Préférablement, le dalot 12 est placé directement sous des lattes 18 qui
servent de plancher
aux animaux. Périodiquement un rinçage du dalot 12 est réalisé avec une
fraction du
liquide provenant d'un réservoir 20 dans le but de nettoyer et faciliter
l'évacuation de la
partie liquide des déjections et contrôler les odeurs. A partir du réservoir
14 une série de
traitements est réalisée selon les étapes suivantes
- premièrement, un traitement biologique aérobie par filtre à lit ruisselant
sur
support à bactéries fixées dans une biotour 22 permettant de traiter
simultanément les
urines et l'air vicié du bâtiment. Ce traitement permet de réduire les odeurs
de l'effluent
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final par nitrification-dénitrification et stabilisation de la fraction
organique de l'effluent.
Le traitement biologique aérobie permet de traiter simultanément la partie
liquide (les
urines) et l'air vicié du bâtiment qui est aspiré sous les lattes et envoyé
dans la biotour 22
par un tuyau 24. Ce principe contribue également à pré-sécher les feces
retenues pendant
leur évacuation.
- deuxièmement, un traitement tertiaire électrochimique permettant de
désinfecter et de désodoriser complètement la partie liquide et d'obtenir
ainsi un liquide
épuré. Un appareil de traitement 26 muni d'un réacteur électrochimique permet
de réaliser
l'épuration du liquide pollué par des matières organiques et inorganiques
dissoutes ou en
suspension, pour l'élimination du phosphore et des métaux lourds, de l'azote
(TKN), pour
la réduction de la demande chimique en oxygène (DCO et DBOS) et pour la
destruction
des microorganismes selon l'art connu.
- troisièmement, une partie du liquide épuré est dirigé vers le réservoir 20
pour
être utilisée comme liquide de rinçage des dalots sous les lattesl8, pendant
qu'une autre
partie peut être récupérée pour d'autres utilisations (lavage, irrigation,
etc.)
La partie solide (les feces) est transportée par un systéme d'évacuation des
solides 28, pouvant être par exemple de type convoyeur, racleur, ou dalot en
V, installé
sous des lattes 18. Le système d'évacuation des solides 28 permet la
récupération des feces
séparément des urines dans un réservoir 30. Un système de ventilation 32 muni
préférablement d'un système de récupération de chaleur 34 assure l'entrée
d'air frais
extérieur et relativement sec dans le local d'élevage A pour réduire les
odeurs, améliorer le
confort des animaux et pour réaliser le pré-séchage des fèces pendant leur
évacuation vers
le réservoir 30. Le système de récupération de chaleur 34 peut ëtre de type
échangeur de
chaleur ou pompe à chaleur et réalise le transfert de la chaleur disponible
dans le bâtiment
(chaleur dégagée par les animaux par exemple) vers l'air frais introduit de
l'extérieur. Les
solides accumulés dans le réservoir 30 sont ensuit dirigés vers un système de
stabilisation
36 (thermique, biologique ou autre) ce qui permet de générer un biosolide
séché,
désodorisé et riche en matières fertilisantes. Le système de stabilisation
utilise comme par
exemple, mais non limitativement, les technïques de piles statiques, d'andains
retournés
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mécaniquement, de silo couloirs (automatisés ou non), de tambours rotatifs, de
séchage
thermique, etc..
La présente invention apporte une solution nouvelle pour les fermes de petite
envergure ne disposant pas de système de traitement des effluents adaptés à
leur échelle
pour régler leur problèmes environnementaux associés à la gestion des
déjections animales
dans un concept de « bâtiment vert ». Les producteurs qui privilégient les
méthodes de
récupération séparée des fèces et des urines pourront donc bénéficier d'une
telle solution
grâce à cette invention. En effet, bien que connue depuis longtemps, cette
approche de
séparer à la source les fractions solides et liquides des déjections ne
réglaient pas les
problèmes environnementaux et représente des coûts élevés parce qu'elle ne
réduit pas
assez les volumes à gérer. L'invention proposée permet cette forte réduction
des volumes
qui réduit les coûts par l'épuration avancée de la fraction liquide et règle
l'ensemble des
problèmes environnementaux par l'élimination des pathogènes et des odeurs et
par la
concentration de la quasi-totalité des éléments nutritifs dans la fraction
solide.
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