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PROCEDE ET DISPOSITIF D' AMELIORATION DE LA
BIOLDEGRADABILITE D'UNE BOUE
La présente invention concerne un procédé
d'amélioration de la biodégradabilité d'une boue
liquide organique.
Par boue organique on entend une boue comportant au
minimum 10% de matière organique.
Elle concerne également un dispositif mettant en
uvre un tel procédé et le produit intermédiaire
obtenu.
Elle trouve une application particulièrement
importante bien que non exclusive dans le domaine de
la méthanisation et plus particulièrement de
l'obtention de biogaz propre à être transformé en
chaleur, en électricité et/ou en carburant pour
véhicules.
On connaît déjà des procédés de désintégration des
boues, par exemple utilisés comme prétraitement avant
une digestion anaérobie.
L'objectif de ces techniques est de solubiliser la
matière organique particulaire et de réduire la taille
des flocs bactériens.
Ces techniques mécaniques ou chimiques présentent
cependant des inconvénients.
Elles donnent notamment des performances
insuffisantes du fait de réactions d'oxydation
générant l'apparition de substances organiques
réfractaires non biodégradables, ce qui amène l'effet
inverse de celui recherché.
On connaît par exemple des techniques de
préparation par action d'ultrasons sur la boue.
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Celles-ci vont cependant engendrer des phénomènes de
cavitation au niveau moléculaire, et donc de très
fortes pressions/températures à l'origine d'oxydation
par production de radicaux libres.
Il existe aussi des techniques d'hydrolyse
thermique. Si celles-ci sont plus puissantes, elles
sont cependant coûteuses en installation et en matière
d'exploitation, et/ou nécessitent de chauffer à fortes
températures (160 à 180 C).
En résumé, toutes ces techniques sont coûteuses et
ont pour inconvénient de produire des substances
organiques réfractaires non biodégradables qui ont
donc l'effet inverse de celui recherché.
Enfin l'efficacité des procédés de préparation des
boues est liée à la charge initiale de ces boues en MS
(Matière solide).
Ainsi dans le cas de techniques de lyse mécanique
à action locale ou chimique telle que celles
mentionnées ci-avant et mettant en uvre les ultrasons
ou une oxydation chimique, la charge maximale
préconisée est de 6 à 8 g par litre de MS, ce qui
entraîne nécessairement une conception d'installation
de préparation de grande taille.
Concernant les techniques d'hydrolyse thermique,
pour laquelle la concentration initiale pour un
traitement optimisé est de l'ordre de 20 g par litre,
toutes concentrations inférieures génèrent par contre
des coûts supplémentaires, ce qui pose ici encore des
problèmes de place, d'homogénéisation et de prix.
La présente invention vise à pallier ces
inconvénients en améliorant notamment les possibilités
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de reconditionnement et/ou de réutilisation des boues
grâce à un traitement répondant mieux que ceux
antérieurement connus aux exigences de la pratique,
notamment en ce qu'il permet de façon étonnante une
amélioration de la biodégradabilité grâce à une
augmentation de la dispersion de la matière organique
dans la masse d'eau, le tout associé à une lyse
importante des bactéries et à une dispersion des EPS
et des colonies bactériennes, de sorte que la
colonisation du milieu s'en trouve facilitée et/ou
accélérée. On observe en même temps une baisse de la
viscosité des boues traitées.
Un tel résultat est obtenu de façon économique par
un dispositif de petite taille.
Dans ce but la présente invention propose notamment
un procédé d'amélioration de la biodégradabilité d'une
boue organique comprenant au moins deux cycles
successifs de traitement, chaque cycle étant de durée
totale comprise entre de l'ordre de 8 s et de l'ordre
de 20 s, par exemple de l'ordre de 10 s, chaque cycle
comprenant une première étape de création d'une
première émulsion de boue hydrolysée dans une première
zone dite zone réduite, par injection d'un gaz dans
ladite zone réduite, une deuxième étape d'expansion
brusque de l'émulsion dans une deuxième zone, dite
zone d'expansion, et une troisième étape de
récupération de l'émulsion via une troisième zone dite
zone de restriction.
Le procédé selon l'invention ne met en uvre aucun
ajout de floculent additionnel.
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En d'autres termes aucun floculant n'est injecté,
seul le traitement par restriction/expansion
successives, sans étape de floculation par ajout de
polymère ou autre, permettant d'obtenir les résultats
exceptionnels comme décrits plus avant ci-après.
Il en ressort des temps de contact plus efficaces
car non perturbés par des matériaux additionnels entre
gaz et boue de durée multiple du temps de base, par
exemple de 10 s (Trois fois 10 s pour trois cycles par
exemple).
Par de l'ordre de on entend +/- 10 % à 20 %.
L'invention propose aussi un procédé d'amélioration
de la biodégradabilité d'une boue liquide organique
comprenant une première étape de création d'une
première émulsion de boue hydrolysée dans une première
zone, dite zone réduite, de première pression relative
Pl, par injection d'air dans ladite zone réduite en
conférant à la boue dans ladite zone réduite une
_
première vitesse V1 20 m/s,
une deuxième étape
d'expansion brusque de l'émulsion ainsi crée dans une
deuxième zone, dite zone d'expansion, de deuxième
pression relative P2 supérieure à 2 bars relatifs et
une troisième étape de récupération de l'émulsion via
une troisième zone, dite zone de restriction, en
conférant à ladite émulsion dans ladite zone de
restriction une seconde vitesse V2 20 m/s.
On sait que les boues organiques sont une suspension
de matière organique non consommée, de cations et de
structures bactériennes organisées en colonies,
agrégats ou bactéries isolées.
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On parle alors d'auto floculation de la suspension. Le
vivant forme en effet des flocons de matières
organiques et minérales difficiles à casser
mécaniquement et difficile à pénétrer par d'autres
5 bactéries vivantes.
Mais aucun ajout de floculant n'est effectué, ce qui
a pour avantage de limiter les coûts et ne pas générer
de pollution supplémentaire.
Le procédé selon l'invention permet donc notamment en
exerçant des contraintes d'ordre mécaniques, à partir
d'un fluide incompressible visqueux constitué par la
boue organique à traiter, la fabrication d'un fluide
compressible comprenant des bactéries et des flocs de
bactéries qu'on peut alors soumettre à des
pression/contre pression relativement peu violentes,
dont on observe d'une part qu'elles détruisent
(lysent) de façon suffisante une partie des bactéries
présentes dans la boue de façon inattendue, et d'autre
part qu'elles cassent la floculation bactérienne et
dispersent la matière organique en autorisant ainsi
une plus grande mise à disposition biologique de celle-
ci par la suite, comme par exemple dans un processus
de digestion qui suit par des bactéries anaérobies.
En d'autres termes le procédé améliore la
biodégradabilité de ces substances en ce qu'il
émiette, disperse, explose la structure bactérienne
livrant un matériau beaucoup plus accessible à de
nouvelles souches.
Avantageusement la première zone, dite réduite, est
un élément de faible diamètre d (d < 50 mm) dans lequel
_ _
la boue passe à une première vitesse élevée V1 ( V1
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20 m/s) et à faible pression pl, élément dans lequel
on injecte le gaz ou l'air à fort débit (par exemple
à un débit q Nm3 10 Q m3,
Q étant le débit de la
boue), pour créer l'émulsion gazeuse, compressible,
qui alimente alors la deuxième zone, ou réacteur, en
aval, de plus grand diamètre D (D > 20 d) que l'élément
dans lequel l'émulsion passe, à une plus forte pression
P2 (P2 > Pl), par exemple P2 > 3 bars, et
avantageusement P2 10 bars et < 20 bars ou 15 bars),
et à une plus faible vitesse v (v < 10 V1), avant de
_ _
subir une perte de charge dans l' organe en aval, par
exemple formé par une vanne à boule ou une vanne
soupape ou une vanne à boisseau, en conférant à ladite
émulsion dans ladite zone de restriction une seconde
vitesse V2 20 m/s.
La taille particulièrement réduite de la zone
d'injection (par exemple 0,001 m3) va autoriser un
excellent mélange boue/air.
Il y a donc en effet à cet endroit une zone de
grande vitesse, entrainant des chocs cinétiques, qui
permettent à la boue d'éclater dans le gaz.
Avantageusement le gaz utilisé est de l'air.
La présence de l'oxygène de l'air améliore encore
la constitution d'une émulsion air/floc bactérien en
amenant un niveau d'oxygène dissout et sous forme de
bulles d'air permettant encore mieux l'accompagnement
de la prolifération bactérienne.
Le développement bactérien en boîte de Pétri prouve
que la boue passée devient hautement biodégradable.
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Avantageusement on réitère l'étape initiale sur
l'émulsion hydrolysée obtenue successivement au moins
N fois avec N 2, par exemple N 3 et/ou N 7 ou 8.
La structure physique de l'émulsion constituée
évolue ainsi au fur et à mesure de son passage
successif (N fois) en pression et décompression et
engendre de ce fait un phénomène favorable à la
biodégradabilité de la boue et à la constitution de
bulles de différentes tailles, à savoir des petites
bulles issues du gaz ou de l'air dissous à la pression
de la deuxième zone, et de plus grosses bulles issues
du grossissement lié à la dépression des bulles
existantes dans la deuxième zone (réacteur).
On observe que cette émulsion stable est très
favorable à la flottation de la masse et peut si
nécessaire produire une flottation de cette dernière.
On observe également une décroissance de la
viscosité au fur et à mesure des passages.
Cette faible viscosité et la présence de bulles de
gaz rémanentes dans la boue (même après dégazage)
permet son pompage aisé nécessaire à une bonne
réitération des cycles.
Par ailleurs, l'invention, d'une part en augmentant
la densité en MS, et d'autre part en préservant une
bonne viscosité va ainsi autoriser un meilleur
brassage et une régularité d'alimentation des étapes
éventuelles de procédé qui suivent en continu ou en
semi-continu.
Par semi continu, on entend par exemple par batches
successifs, que l'on substitue les uns à la suite des
autres à la volée, ou sensiblement sans s'arrêter,
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pour permettre le traitement en continu ou semi
continu, autorisant dès lors une excellente cadence.
En résumé, les actions de pression/dépression
décrites ci-avant améliorent la nature et la structure
de la matière organique mieux dispersée et mieux lysée
pour ce qui concerne les bactéries, ce qui engendre
une meilleure accessibilité et biodégradabilité de la
matière organique en augmentant les possibilités
d'échanges, et donc par exemple dans le cas d'une étape
suivante de méthanisation, le rendement de la réaction
de digestion et dès lors de production de méthane.
Dans des modes de réalisation avantageux on a de
plus et/ou par ailleurs recours à l'une et/ou à l'autre
des dispositions suivantes :
- la première zone étant la partie centrale d'un
venturi allongé autour d'un axe parallèle au sens
d'alimentation de la boue, on injecte l'air dans ledit
venturi de façon oblique par rapport à l'axe du
venturi ;
- La deuxième pression moyenne P2 dans la deuxième
zone est P2>3,5 bars et la troisième pression P3 en
aval de la zone de restriction est la pression
atmosphérique.
- on dégaze fortement l'émulsion après la troisième
zone avant réitération ;
- l'air est injecté dans le sens du flux ou à contre
flux de la boue et/ou injecté avec un angle compris
entre 20 et 90 , par exemple entre 20 et 50 , par
exemple 30 avec la direction du flux de boue ;
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- on extrait le gaz en excès par choc mou de
l'émulsion sur elle-même ou sur un volet absorbant
d'énergie, de freinage de l'émulsion.
Par absorbant d'énergie on entend agencer pour
réduire l'énergie cinétique du fluide d'un facteur au
moins égal à deux.
Il s'agit d'un choc du type liquide/liquide.
Par choc mou on entend un choc ou contact
progressif sans percussion soit sur l'émulsion elle-
même par retombée gravitaire sur elle-même par
exemple, soit sur un volet ou paroi ou disque
d'absorption de l'énergie, par exemple un volet souple
ou de dimension réduite par exemple de quelques cm2,
(par exemple de x X y avec x et y < 10 cm), agencé
pour freiner le flux, sans pour autant constituer un
accident créant une brusque surpression dans le flux.
Par volet ou paroi souple, on entend un élément
élastique ou semi-rigide, par exemple en caoutchouc ou
équivalent, propre à encaisser et/ou à créer une perte
de charge, par freinage, permettant un dégazage par
pression, sans pour autant destruction de l'émulsion.
En d'autres termes un tel système permet le
dégazage de l'air en excès tout en assurant la
continuité de l'émulsion et le respect des vitesses de
passage ou de transfert de l'émulsion pendant le
procédé.
Par ailleurs l'énergie mise en uvre est apportée
par l'énergie cinétique de deux flux, air et boue,
auxquels on fait donc subir plusieurs séquences :
- Chocs à l'entrée d'un organe type venturi,
éjecteur etc ... (première zone dite zone réduite)
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avec différents types d'introduction de l'air à 90 ,
45 , hélice etc ... ;
- mélange dans cet organe ;
- séquence de compression / dépression entre cet
5 organe et le volume du réacteur sous
pression (deuxième zone dite d'expansion);
- perte de charge singulière due à l'organe de
fermeture, de type vanne (troisième zone dite de
restriction) ;
10 et ce, comme on l'a vu, pendant de l'ordre de 10s de
temps de contact, avantageusement renouvelable N fois
avec N 2 voir N 8.
Si nécessaire une oxydation de type ozone, peroxyde
d'hydrogène, persulfate, électrolyse, oxyde métallique
ou diamant peut être de plus utilisée ce qui produit
une lyse encore plus forte des membranes. Mais il
convient alors de contrôler que la prolifération
bactérienne en culture est bien boostée et non bloquée
par ces ajouts.
On observe que Le procédé selon l'invention conduit
à une amélioration de la lyse de quelques dizaines de
pour cent des bactéries du milieu, soit 10%, 20% voire
davantage.
Cette amélioration de la lyse, qui s'effectue grâce
aux conditions macroscopiques du milieu dans lequel
sont les bactéries se fait dans des conditions
d'énergie locale assez faibles, ce qui permet d'éviter
la production non souhaitée de molécules organiques
réfractaires, souvent observée avec les techniques de
l'art antérieur.
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La biodégradabilité des boues se mesure notamment
par exemple en analysant et en comparant la capacité
de prolifération bactérienne en culture sur gélose,
par exemple en boîte de petri.
L'invention propose aussi un dispositif mettant en
uvre les procédés tels que décrits ci-dessus.
Elle propose également un dispositif d'amélioration
de la biodégradabilité d'une boue organique comprenant
un récipient, ou réacteur, en ligne pressurisé, des
moyens d'alimentation du récipient par la boue en
continu comprenant un venturi de passage de la boue,
allongé autour d'un axe, au moins un piquage
d'injection en air dans le rétrécissement dudit
venturi, pour injection en biais par rapport à l'axe
agencé pour créer une émulsion dans le récipient et
des moyens d'évacuation de l'émulsion dudit récipient
via un organe générant une perte de charge, et des
moyens de mise en circulation en boucle dans le
récipient de ladite émulsion par les moyens
d'alimentation en boue, en amont de l'injection d'air.
Avantageusement le dispositif compte deux piquages
d'injection en air dans le venturi en biais avec un
angle compris entre 20 et 90 par rapport à l'axe
dudit venturi.
L'invention propose aussi une soupe ou émulsion de
boue organique obtenue après N passages par
recirculation dans le réacteur décrit ci-avant, avec
N 2, avantageusement 3, ou encore supérieur à 7.
Avantageusement la soupe de boue organique comprend
au moins 80% de bactéries Lysées. Un tel résultat, qui
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dépend de l'état initial qui peut déjà être de 20 à 30
% de lyse, n'a jamais été atteint jusqu'à présent.
Par bactérie lysée, il faut entendre une bactérie
dont la membrane de la cellule a été détruite,
provoquant la mort de celle-ci.
On observe de plus qu'au cours du premier cycle de
traitement des boues, l'introduction de gaz dans la
boue associée à un temps faible de séjour du mélange
dans le réacteur (quelques secondes), provoque
l'extraction des molécules de petites taille, telles
que H2S et NH3 (molécules toxiques), ce qui favorise
l'accroissement de la biodégradabilité lors des cycles
suivants.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la
description qui suit de modes de réalisation donnés
ci-après à titre d'exemples non limitatifs. La
description se réfère aux dessins qui l'accompagnent
dans lesquels :
La figure 1 est un schéma de principe montrant les
étapes principales itératives du procédé selon le mode
de réalisation de l'invention plus précisément décrit
ici.
La figure 2 est un schéma illustrant un mode de
réalisation d'un dispositif mettant en uvre le
procédé selon l'invention dans ses deux configurations
de réitérations.
La figure 2A montre en coupe un mode de réalisation
d'un éjecteur utilisable avec l'invention.
Les figures 2B à 2F montrent d'autres modes de
réalisation d'éjecteurs utilisables selon l'invention.
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La figure 3 illustre schématiquement en coupe le
dégazeur du dispositif selon un mode de réalisation de
l'invention.
Les figures 3A et 3B sont des vues de face et en
coupe selon IIIA-IIIA d'un mode de réalisation du
dégazeur du type décrit en référence à la figure 3.
Les figures 4 et 4A sont des vues de dessus et en
coupe selon IVA - IVA d'un autre mode de réalisation
du dégazeur avec paroi de freinage.
La figure 4B est une vue en coupe schématique d'un
autre mode de réalisation du dégazeur avec paroi de
freinage.
La figure 5 illustre la dispersion du matériau
organique dont l'analyse (dispersion, distribution,
éclatement) permet de constater l'augmentation de la
biodégradabilité dudit matériau organique, sans mise
en uvre du procédé selon l'invention, et après
circulation, une, huit et dix fois selon l'invention,
sur une boue liquide.
La figure 6 illustre la porosité, la taille et la
géométrie des structures bactérienne (agrégats) et la
lyse obtenue après aucune, une et huit réitérations du
cycle selon le mode de réalisation de l'invention plus
particulièrement décrit ici sur une boue liquide.
Les figures 7 et 8 illustrent respectivement un
groupe de bactéries en cours de destruction grossies
à 0,5 micron, et de bactéries complètement lysées à
0,2 micron, respectivement après huit réitérations.
La figure 1 illustre schématiquement un dispositif
mettant en uvre le procédé d'augmentation de la
biodégradabilité d'une boue, selon le mode de
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réalisation de l'invention plus particulièrement
décrit ici.
A partir d'une boue organique 1, par exemple pompée
en continu dans un bac de décantation (non représenté)
et introduite dans une canalisation 2, on crée une
première émulsion de boue hydrolysée dans une première
zone 3 (dite zone réduite) de la canalisation, par
injection d'un gaz 4 dans la zone réduite, en conférant
à la boue émulsionnée dans ladite zone une grande
vitesse V1 (V1 10 m/s) et avantageusement V1 20
m/s.
La zone réduite 3 est donc une zone de faible
pression P1 (par exemple P1 0,5 bar
relatif) et de
grande vitesse permettant un excellent mélange
gaz/boues.
La première émulsion est ensuite introduite dans
une deuxième zone 5, dite zone d'expansion ou réacteur,
de plus grand volume, conférant à la première émulsion
une vitesse basse V2 1 m/s)
mais sous une forte
pression P2 (P2 5 bars).
La zone 5 (ou réacteur) débouche ensuite en continu
sur une troisième zone 6 dite de restriction, par
exemple formée par une vanne 7 de régulation,
d'évacuation de la première émulsion, de faible
pression P3 (P3 0,05 bar) et de forte vitesse V3
20 m/s dans laquelle se forme une deuxième émulsion
qui va être recyclée (flèche 8) au moins une fois, ou
encore N fois avec N 2, par exemple 3 fois ou 7 fois,
via une canalisation 9 de dérivation et une pompe 10
de recirculation située en amont 11 de la première
zone réduite 3.
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Cette recirculation peut se faire via un piquage 12
situé en amont d'un dégazeur 13 de la deuxième
émulsion, ou en aval 14 dudit dégazeur, de façon
commandée par un automate 15 en fonction du nombre N
5 de cycles choisi.
Chaque cycle de circulation de l'émulsion entre la
zone réduite 3 et la zone de restriction 6 est
équivalent à un temps de passage (et donc de contact
bulles de gaz/boues), notamment dans le réacteur, de
10 quelques secondes, par exemple un temps t 10s.
On fait ainsi passer l'émulsion, enrichie en
gaz/air à chaque passage) par des phases successives
de décompression/pression/décompression ou encore
d'accélération/décélération/accélération de
15 l'émulsion d'en même temps t, conférant ainsi à ladite
émulsion un traitement de longueurs t + N x t.
On remarque de plus que le procédé selon
l'invention permet un épaississement de la boue
obtenue in fine après décantation (quand on laisse
reposer l'émulsion pour traitement ultérieur par
exemple en vue d'une méthanisation) et ce tout en
maintenant une forte disponibilité des substrats. On
observe qu'il engendre par ailleurs une faible
viscosité tout ou permettant une lyse partielle des
bactéries aérobies en réalisant notamment ainsi
l'objet de l'invention, c'est-à-dire en augmentant la
biodégradabilité des boues, comme cela résulte d'une
analyse de type développement bactérien en boite de
Petri (cf Tableau I ci-dessous) donnée à titre
d'exemple et obtenue avec une boue de composition
suivante :
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MV (Matière Volatile) % de la matière sèche: 60%
AVG Acide Gras Volatil 185 mg/1
AGC/TAC: 0,4
PH: 6,8
Tableau I
Échantillon E. Colis Flore
(UFC/g) totale (UFC/g)
Boue 31 000 41 000 000
Sans passage
Boue 79 000 89 000 000
2 passages (20
sec)
Boue 170 000 730 000 000
8 passages (80
sec)
Échantillon E. Colis Flore
(UFC/g) totale (UFC/g)
Boue 25 000 14000000
Sans passage
Boue 220 000 120000000
2 passages (20
sec)
Boue 330 000 320000000
8 passages (80
sec)
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Échantillon E. Colis Flore
(UFC/g) totale (UFC/g)
Boue 79 000 16000000
Sans passage
Boue 320 000 130000000
2 passages (20
sec)
Boue 410 000 310000000
8 passages (80
sec)
Échantillon E. Colis Flore
(UFC/g) totale (UFC/g)
Boue 36 000 32000000
Sans passage
Boue 84 000 110000000
2 passages (20
sec)
Boue 140 000 130000000
8 passages (80
sec)
UFC = Unité Faisant Colonies
La figure 2 montre un mode de réalisation d'un
dispositif 16 selon l'invention.
Les boues organiques liquides 17 sont introduites
via une pompe d'alimentation 18 et une tuyauterie 19
vers une restriction 20 par exemple formée par un
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venturi dans une enceinte tubulaire 21 par exemple de
hauteur 1 m et de diamètre 50 cm.
Un compresseur 22 alimente en air comprimé 23
l'intérieur du venturi 20, en biais par exemple avec
un angle de 450 dans le sens du fluide, pour former
une émulsion 24 ou mélange triphasique boue/air/eau.
L'enceinte tubulaire est par exemple maintenue à
une pression de l'ordre de 3 bars à 5 bars relatifs.
Ceci peut se faire par l'intermédiaire d'une vanne
régulée 25 en fonction de la pression interne de
l'enceinte. Cette vanne 25 constitue une restriction.
En aval de la vanne 25, l'émulsion alimente le
dégazeur 26 selon le mode de réalisation de l'invention
plus particulièrement décrit ici.
Le dégazeur de l'émulsion est ouvert à la pression
atmosphérique en 27 et comprend un tube vertical 28
d'alimentation en fontaine de l'émulsion permettant un
choc mou de l'émulsion sur elle-même, ce qui permet un
dégazage doux et non destructeur de l'émulsion, comme
cela sera décrit plus précisément ci-après en
référence aux figures 3 à 3B.
Le gaz obtenu peut ou non être réutilisé (circuit
29) pour être recyclé via le compresseur 22, dans la
zone de restriction 20.
La boue reste pendant un temps déterminé à
l'intérieur du dégazeur, par exemple de l'ordre de 1
à 5 minutes, puis est évacuée gravitairement via une
tuyauterie 30 vers un traitement ultérieur 31.
Selon le mode de réalisation de l'invention, plus
particulièrement décrit, on va recirculer plusieurs
fois dans l'enceinte tubulaire 21 avant dégazage
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(circuit interrompu 32), ou après dégazage (circuit
trait mixte 33) via les pompes de recirculation
respectivement 34 et35.
On a représenté sur la figure 2A un mode de
réalisation de la restriction 20 dans laquelle se
réalise l'émulsion boue/gaz.
La restriction est formée par un venturi 36
comprenant un corps creux 37 comprenant une arrivée de
boue (flux F) formée par un alésage tronconique 38
débouchant sur une portion d'alésage cylindrique 39 de
petit diamètre, dans laquelle deux piquages
symétriques 40, formant un angle compris entre 20 et
90 , par exemple 30 avec la direction axiale 41 du
venturi, permettent l'alimentation en gaz dans le sens
du flux de boue F.
L'émulsion boue/gaz s'effectue dans cette portion
d'alézage cylindrique par exemple de volume 1 litre,
pour un débit de boue de 50 m3/h et de gaz injecté,
avantageusement de l'air, de 250 Nm3/h.
La portion d'alésage cylindrique débouche sur une
portion tronconique inverse 42 d'évacuation de
l'émulsion vers l'enceinte/réacteur 21.
La configuration de ce venturi et des piquages
permet des vitesses de l'émulsion supérieures à 20
m/s.
Les figures 2B à 2F montrent des modes de
réalisation de venturi avec injection de gaz au centre
du venturi, avec un piquage à contre flux de boue par
exemple avec un angle de 45 (figure 2B), un piquage
perpendiculaire au sens du flux (figure 2C), un seul
piquage dans le sens du flux, par exemple avec un angle
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de 45 (figure 2D), deux piquages symétriques
perpendiculaires au sens du flux (figure 2E), ou deux
piquages symétriques à contre flux (figure 2F) par
exemple avec un angle de 45 .
5 La Figure 3
montre schématiquement en coupe le
dégazeur 26 selon un mode de réalisation de
l'invention.
Le dégazeur comporte un récipient 43 par exemple
cylindrique, de hauteur sensiblement égale à 1 m.
10 Le diamètre
du récipient est par exemple compris
entre 200 et 300 millimètres.
La boue est alimentée en 44 par une tuyauterie par
exemple de diamètre 80 mm qui pénètre en partie basse
45 du récipient puis présente un coude U à 90 et une
15 partie verticale cylindrique 46 par exemple de
diamètre 100.
La partie verticale cylindrique 46 se termine par
un col 47 de sortie de la boue en fontaine.
Le récipient définit un volume interne V dans lequel
20 débouche la tuyauterie cylindrique 46.
Le volume présente un fond 48 muni d'une tuyauterie
49 de sortie de diamètre identique à la tuyauterie
d'entrée de l'émulsion.
Avantageusement un piquage 50 de dégazage
complémentaire de l'émulsion après passage dans le
récipient, en partie haute 51 de la tuyauterie
d'évacuation, est prévu, ladite partie haute 51 étant
à une hauteur inférieure au niveau de boue dans le
récipient.
La hauteur de la partie haute 51 est agencée pour
être égale ou légèrement inférieure à celle du col 47,
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par rapport au fond du volume V, pour permettre un
temps de séjour dans le dégazeur, déterminé, par
exemple 20 s.
Le volume V se termine en partie haute par une
ouverture 52 de sortie à l'atmosphère avantageusement
protégée par un becquet 53 de blocage des projections
de boue. Dans le mode de réalisation tel que décrit et
avec les dimensions d'entrée/sortie des différentes
tuyauteries d'alimentation de DN 80mm, la hauteur H de
l'émulsion de boue, c'est-à-dire entre le fond du
récipient et la périphérie du col de la partie
verticale cylindrique 46, est par exemple compris
entre 400 et 600 mm par exemple 500 mm.
Dans la suite de la description on utilisera des
numéros de référence identiques pour désigner des
éléments identiques ou similaires.
On a représenté sur les figures 3A et 3B un autre
mode de réalisation de dégazeur selon l'invention
permettant le dégazage de l'émulsion par chocs mous de
l'émulsion sur elle-même.
Il peut s'inscrire dans un parallélépipède de 1,50
mX1mX 600 mm, pour le traitement de boues alimentées
en continu à un débit de 20 m3 et ce en utilisant des
tuyauteries et/ou des tôles en matière plastique ou en
acier du commerce, ce qui présente un grand intérêt.
En effet, par rapport à un simple dégazage par mise
à l'atmosphère, ou encore en comparaison avec un
dégazeur utilisant un brassage mécanique pour détacher
l'air en surplus de l'émulsion, on obtient une
amélioration du dégazage pouvant atteindre 20% voire
50%.
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Ainsi et par exemple, avec un dispositif du type
décrit en référence à la figure 3, de 641 de volume
utile max. (base carrée de 400 mm x 400 mm), un coude
d'arrivée en DN 120 mm et un fonctionnement entre 5 à
12 m3/h (avec un débit d'air à 30 Nm3/h), on obtient
un meilleur dégazage, et ce beaucoup plus rapidement
qu'avec l'art antérieur. Cela ressort notamment du
tableau II ci-après, précisant également les
conditions de hauteur de chute de la fontaine H
(conditionnant le choc mou).
Tableau II
Débit Volume utile (1) Elévation de la
M3/h et Temps de fontaine par
séjour utile (s) rapport au fond
(H)
5 58 / 42 35 à 40
5 58 / 42 35 à 40
5 58 / 42 35 à 40
10 60 / 22 40 à 45
10 60 / 22 40 à 45
10 60 / 22 40 à 45
12 62 / 19 45 à 50
12 62 / 19 45 à 50
12 62 / 19 45 à 50
Les figures 4 et 4A montrent en vue de dessus et en
coupe selon IVA - IVA, un exemple de dégazeur 60 selon
un autre mode de réalisation de l'invention,
comprenant une enceinte E par exemple de forme
parallélépipédique avec des coins coupés C, disposée
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horizontalement par rapport à l'arrivée du flux de
boue F, par exemple de dimension LX1XH : 300 X 400
X 300 pour un débit de traitement de 10-13 M3/h, un MS
de 8 à 10 g/1 et un Veff de 30 litres.
Le Veff : (Volume efficace) est un volume de
boue/eau à l'entrée du dégazeur permettant d'absorber
l'énergie nécessaire à un bon dégazage de l'émulsion.
Ce volume varie en fonction des différents
dimensionnements.
Il est d'environ et par exemple de 30-40 litres.
L'enceinte E comprend une entrée du flux qui
débouche dans une chambre 61 de passage, par exemple
cylindrique, présentant une portion de cylindre 62
ouverte en partie basse, sur toute la longueur de la
chambre (par exemple de 200 mm dans l'exemple numérique
ci-dessus) et munie à son extrémité dans le sens
horizontal d'une paroi 63, propre à freiner l'émulsion
ou lorsque la paroi est souple à s'écarter vers
l'intérieur 63' sous la pression douce de l'émulsion
F1.
L'enceinte comporte vers le haut un tube T,
d'évacuation de l'air du dégazeur, et un orifice de
sortie S à l'autre extrémité. L'enceinte E peut, ou
non, présenter par exemple au 2/3 de sa longueur, une
paroi intermédiaire P, de répartition permettant
l'évacuation de l'émulsion en partie basse, par une
fente élargie Z.
Une telle paroi permet soit directement le freinage
de l'émulsion, soit renforce encore l'homogénéité de
l'émulsion.
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On a représenté sur la figure 4B une variante du
dégazeur 60' selon un autre mode de réalisation de
l'invention, en longitudinal.
La paroi interne destinée à amortir le choc du
mélange peut avantageusement être en caoutchouc ou
autre matière molle. Mais on peut également utiliser
par exemple une paroi plus rigide, par exemple de forme
plus ou moins convexe.
Plus précisément, la variante de la figure 4B montre
une arrivée A de l'émulsion et du gaz en excès dans
une zone B de l'enceinte 60' remplie de boue X en
partie basse et de gaz en partie haute.
La zone B est fermée par une paroi L amortissant
l'énergie du flux, paroi souple ou dure
(avantageusement convexe).
Le gaz en excès est extrait du ciel gazeux par une
mise à l'air/évent D.
L'extraction du flux liquide sous versé par la paroi
L s'effectue par la zone G qui propose un écoulement
_
calme, laminaire.
Pour 20 à 23 m3/h de boue chargée entre 10 et 30
g/1 et jusqu'à 100 Nm3/h d'air ajouté pour former
l'émulsion, l'enceinte est par exemple de dimensions
LX1XH= 500 X 200 X 250 avec une pénétration dans
l'enceinte du tube de sortie de 130 mm et une hauteur
de paroi absorbante de 160 cm.
Avec l'invention (confère photographies de la
figure 5) on observe une dispersion de la matière qui
s'améliore au fur et à mesure des passages, en
comparaison à une absence de traitement selon
l'invention.
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Plus précisément les colonnes 70, 71, 72 et 73
montrent la dispersion du matériau organique 74
respectivement après zéro passage, un passage, huit
passages et dix passages. On constate que le matériau
5 est de plus en plus dispersé au fur et à mesure des
passages (jusqu'à ne plus trop changer à partir de 7.8
passages), ce qui permet donc une meilleure mise à
disposition des bactéries pour la suite d'un procédé,
par exemple, pour être dirigées vers un digesteur.
10 En plus de leur dispersion on constate, une
destruction des parois des bactéries de façon
particulièrement favorable (destruction des parois
membranaires) (voir figure 6), ce qui rend leur contenu
accessible et consommable par d'autres bactéries,
15 entrainant ainsi et globalement avec leur dispersion
une meilleure biodégradabilité.
Sans passage (colonne 75), les bactéries 76 sont
vivantes. Après un ou deux passages (77) le taux de
lyse des bactéries 76 est déjà supérieur à 30% (voir
20 destruction des membranes 78).
Après huit passages le taux de destruction (lyse)
est supérieur ou égal à 80%.
Les photographies des figures 7 et 8 montrent
respectivement à l'échelle de 0.5 micron et de 0.2
25 micron, la destruction des membranes 79 des bactéries
80, donnant accès à leur contenu, et montrant ainsi
leur biodégradabilité, après 8 passages.
On va maintenant décrire en référence à la figure
2, la mise en uvre du procédé selon le mode de
réalisation de l'invention plus particulièrement
décrit ici.
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La boue 17 est alimentée en débit continu par
pompage à un débit Q, par exemple de 20m3/h, dans un
tuyau par exemple de diamètre DN50 et de longueur L
égale à quelques mètres. On injecte simultanément en
continu un important débit d'air par exemple 60Nm3/h
dans le venturi 20 ce qui crée l'émulsion triphasique,
qui pénètre alors dans l'enceinte 21 en suppression.
L'émulsion passe ensuite par la restriction 25, par
exemple une vanne/soupape entrainant un nouveau choc
de pression/dépression.
Par le biais de l'automate, on recycle l'émulsion
en amont du dégazeur N fois (Circuit 32).
L'émulsion débouche ensuite en pluie dans le
dégazeur 26.
Le choc mou de l'émulsion sur elle-même permet un
bon dégazage en douceur qui reste, compte tenu des
dimensions du tube coudé, du volume V et des débits,
uniquement de quelques secondes (à quelques minutes)
dans le récipient avant d'être évacué, avec une
biodégradabilité accrue.
On peut ensuite recycler en aval du dégazeur, par
exemple en réutilisant l'air en surplus dégazé.
L'émulsion est ensuite transférée par exemple
gravitairement ou par pompage (elle est très peu
visqueuse) pour traitement ultérieur.
Comme il va de soi et comme il résulte également de
ce qui précède, la présente invention n'est pas limitée
aux modes de réalisation plus particulièrement
décrits. Elle en embrasse au contraire toutes les
variantes et notamment celles où l'ensemble du
dispositif est mobile, par exemple en étant monté sur
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une remorque de camion, compte tenu de sa très grande
compacité. Cela permet de le véhiculer d'un site à
l'autre en fonction des besoins.
