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Procédé de traitement de purin d'élevage d'animaux, en vue de sa valorisation comme engrais
La présente invention concerne un procédé de traitement du purin d'élevages d'animaux.
Les élevages d'animaux constituent aujourd'hui une source très importante de pollution organique, parce que la pratique de l'élevage hors sol entraîne une production de lisiers et fumiers qui ne peut plus être absorbée par les terres de culture. Cette pollution se manifeste par des odeurs nauséabondes lors de l'épandage et par la libération de nitrates qui sont lessivés par les intempéries, et finissent par aboutir dans les cours d'eau et les nappes phréatiques, qu'ils polluent.
Une des causes de la pollution provoquée par ces résidus d'élevage est que ces résidus sont constitués de matière organique non stabilisée, c'est-à-dire susceptible de se dégrader spontanément en libérant des sous-produits malodorants et toxiques.
La dégradation microbienne constitue une voie connue depuis longtemps pour stabiliser ces matières organiques dégradables. Suivant les conditions, elle est le fait de bactéries aérobies ou de bactéries anaérobies. Une dégradation essentiellement aérobie se produit spontanément dans le sol, mais en libérant des toxines qui mettent en danger la germination et le développement des plantes.
On a donc depuis longtemps cherché à opérer ces fermentations de manière contrôlée, soit par voie aérobie (compostage) soit par voie anaérobie (méthanisation). Ces procédés sont largement utilisés sur des résidus solides ou
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liquides.
En particulier, les stations d'épuration des eaux usées recourent à un procédé mixte aérobie/anaérobie, dans lequel les eaux d'égout sont tout d'abord soumises à dégrillage pour en séparer les solides volumineux. La fraction liquide est ensuite aérée par différents moyens (aspersion sur lit de cailloux, aération par brassage ou insufflation d'air, ...), ce qui déclenche une fermentation aérobie avec réduction de la DBO (demande biologique en oxygène) et croissance soutenue de bactéries aérobies, qui constituent ce que l'on appelle les boues de station d'épuration. On procède éventuellement à une clarification de l'eau par ajout de floculants et/ou sédimentation, et la fraction liquide clarifiée est finalement rejetée dans les cours d'eau.
De leur côté, les boues organiques produites par le traitement sont soit épandues soit fermentées dans un digesteur anaérobie, où leur masse est réduite avec production d'un mélange gazeux dont les constituants essentiels sont le CO2 et le CH4, lequel mélange peut être utilisé pour produire une partie de l'énergie nécessaire au traitement. La fraction liquide de l'effluent du digesteur est renvoyée en tête du traitement.
Le but des procédés d'épuration des eaux usées est donc de purifier le liquide pour rejeter, après traitement, de l'eau aussi pure que possible, avec production d'un résidu sous forme de boues, qui contient la plus grande fraction possible des polluants et constituants organiques initialement présents dans les eaux usées.
A la différence, le but de l'invention est non pas de purifier le liquide à forte charge organique, mais bien de le stabiliser en lui faisant subir de manière accélérée un processus de dégradation, ou encore de minéralisation, bactérienne, de manière à produire un liquide fertilisant stable et essentiellement inodore contenant encore la plus grande partie des éléments fertilisants (essentiellement N, P, K) présents dans le purin initial, tandis que la fraction solide inévitablement produite sous forme de boue
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est réduite au minimum.
Un but de l'invention est de fournir un procédé et une installation de traitement de purin d'élevages, en vue de dégrader ou de stabiliser-c'est-à-dire en substance minéraliser-les constituants organiques du purin, pour les transformer en éléments fertilisants (essentiellement N, P, K) directement assimilables, sous une forme liquide.
L'intérêt d'un tel procédé est double, puisqu'il permet d'une part de se débarrasser d'un sous-produit gênant et polluant de l'élevage, et qu'il fournit d'autre part un produit fertilisant liquide, inodore et facile d'emploi.
Un élément important du procédé selon l'invention réside en ce que, par un transvasement lent et progressif des matières traitées dans une succession de cuves de traitement, on modifie progressivement les conditions d'aérobiose/anaérobiose dans les cuves successives de manière à favoriser d'abord la croissance des bactéries aérobies qui sont à l'origine de la première, et quantitativement la plus importante, dégradation des matières putrescibles présentes dans le purin, et ensuite celle des bactéries anaérobies qui termineront la stabilisation en se nourrissant en partie des bactéries aérobies entraînées avec le liquide et qui ne peuvent survivre dans un tel environnement. Le résultat en est un liquide organique stabilisé.
Celui-ci n'est en effet plus susceptible d'entrer en fermentation, avec production de toxines, lors de son utilisation comme fertilisant, mais contient par contre encore l'essentiel des éléments fertilisants initialement présents, sous une forme directement assimilable par les racines des plantes.
L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation représenté au dessin.
Dans celui-ci, la figure unique représente schématiquement un mode de réalisation d'une installation permettant la mise en oeuvre du traitement selon l'invention.
Essentiellement, le procédé selon l'invention consiste
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à aérer et homogénéiser le purin dans un première cuve, pour le charger en oxygène, pendant un laps de temps suffisant pour obtenir une colonie suffisante de bactéries aérobies pour la suite du processus de dégradation, poursuivre dans une série de cuves successives ouvertes, la dégradation bactérienne aérobie amorcée dans la première cuve, en épuisant progressivement la charge organique et la charge en oxygène du liquide, terminer le processus par dégradation anaérobie dans une deuxième série de cuves successives fermées récupérer à la fin du processus un liquide essentiellement inodore et à forte charge minérale, contenant une grande partie des éléments fertilisants
N, P, K contenus dans le purin initial.
soutirer périodiquement, et suivant les besoins, le dépôt solide qui se forme à la partie inférieure des cuves.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, l'installation permettant le traitement selon l'invention est essentiellement constituée d'une série de cuves 1-7 raccordées en série. La cuve 1 est de préférence une cuve ouverte, équipée d'un système d'aération et d'agitation 8 dont le fonctionnement peut être commandé à volonté, et en particulier suivant des programmes qui seront décrits plus en détail plus loin.
Le but du système d'aération et d'agitation 8 est d'introduire suffisamment d'air-et donc d'oxygène-dans le liquide pour satisfaire la demande des bactéries aérobies (DBO ou demande biologique en oxygène) actives dans la première partie du traitement, dans les cuves 2 à 4.
Dans le schéma de la figure, les cuves 2 à 4 de la première série sont représentées comme des cuves fermées, reliées à l'atmosphère par un évent 9, permettant les échanges gazeux entre le contenu de la cuve et
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l'atmosphère.
Les cuves 2 à 4 pourraient tout aussi bien être des cuves ouvertes, puisque la transformation qui s'y produit est aérobie ; on préfère toutefois, en pratique, qu'elles soient plus ou moins fermées, pour éviter une trop grande déperdition calorifique en hiver, réduire les odeurs, et les isoler des intempéries si elles sont placées à l'extérieur.
Les cuves 5 à 7 de la deuxième série, dans laquelle se produit une transformation anaérobie, sont par contre isolées de l'atmosphère pour éviter l'apport d'oxygène qui nuirait aux bactéries en cause.
La fermentation anaérobie s'accompagne cependant d'une dégagement gazeux (C02 et CH4), et les cuves doivent donc permettre une évacuation des gaz formés. Ceci peut être obtenu par un évent à clapet, ou encore par un évent à siphon, comme représenté en 9'au dessin.
Le fractionnement de chaque étape (aérobie/anaérobie) du traitement dans plusieurs cuves distinctes permet selon l'invention d'obtenir dans chaque cuve un produit sensiblement homogène, ce qui ne serait pas le cas si chaque étape se déroulait dans une seule cuve qui contiendrait alors un mélange de produit frais et de produit déjà plus ou moins dégradé, avec un moins bon contrôle du processus.
Les cuves sont raccordées en cascade par des conduites, désignées respectivement par la référence 10 pour la première série de cuves, et par la référence 11 pour le seconde série de cuves, les deux séries étant reliées entre elles par une conduite 12. Des vannes 13 placées dans les conduites permettent de contrôler le transfert d'une cuve à la suivante, dans l'exemple représenté au moyen de pompes 14.
Voyons maintenant comment se déroulent les phases successives du procédé selon l'invention.
La première étape du procédé consiste à remplir la cuve 1 de purin qui aura été recueilli dans une ou plusieurs
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installations d'élevage. Dès que la cuve 1 a été remplie, le système d'aération 8 est branché. Sa mission est d'incorporer de l'oxygène dans la masse liquide, de manière à favoriser le développement de bactéries aérobies qui assureront la première phase du traitement par fermentation. Cette incorporation d'air, et en particulier d'oxygène, peut s'effectuer de différentes manières : brassage par hélice, comme représenté au dessin, incorporation d'air par barbotage ou tout autre système d'aération disponible dans le commerce. L'aération s'effectuera de préférence de manière intermittente, sous la commande d'une horloge de programmation.
Un programme d'aération de 5 minutes toutes les 30 minutes s'est avéré convenir dans la pratique, mais cette valeur est indicative et peut varier suivant les saisons. Cette aération sera maintenue pendant une durée qui dépendra de la température ambiante, et qui s'étendra sur environ 4 jours en été, à 8 jours en hiver, en fonction des conditions locales particulières de température été/hiver.
Lorsque cette première phase du traitement est terminée, à savoir après quatre à huit jours suivant la saison et la température ambiante, le contenu de la cuve 1 est transféré dans la cuve 2, et une nouvelle charge de purin est introduite dans la cuve 1.
En pratique, en fonctionnement de régime, après la période transitoire de mise en route, le contenu de la dernière cuve 7 qui contient le liquide stabilisé, est prélevé pour être conditionné, le contenu de la cuve 6 est transféré dans la cuve 7, et ainsi de suite jusqu'à libérer la cuve 2, dans laquelle est transféré le contenu de la cuve 1.
Selon l'invention, on prévoit dans chacune des cuves 2 à 7 un temps de séjour double du temps de séjour dans la cuve d'aération 1 et, pour ce faire, on prévoit des cuves 2 à 7 d'un volume sensiblement double d'une charge de la cuve d'aération 1.
Dans cette perspective, la cuve 2 joue le rôle d'un
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tampon en ce sens qu'elle reçoit deux charges successives de la cuve 1 avant que son contenu soit transféré à la cuve suivante. Comme on l'a déjà dit plus haut, ce fractionnement du liquide traité dans plusieurs cuves, combiné à un transfert discontinu d'une cuve à la suivante, chaque fois préalablement vidée, permet d'obtenir dans chaque cuve un liquide dont la dégradation bactérienne est sensiblement homogène, ce qui ne serait pas le cas si le contenu des cuves était mélangé, et s'accompagnerait d'un moins bon contrôle du processus de stabilisation.
Compte tenu de ce processus, l'intervalle de temps entre chaque vidage de cuve est le même pour chacune des cuves 2 à 7, et est double du temps de séjour dans la cuve 1, ce qui correspondant à un temps de séjour double, si ce n'est dans la cuve 2 dans laquelle les deux lots introduits successivement ne séjournent pas pendant la même période.
Les conditions se modifient peu à peu d'une cuve à la suivante, et l'on passe ainsi progressivement de conditions franchement aérobies dans la cuve 1, à des conditions de moins en moins favorables aux bactéries aérobies, par appauvrissement de la teneur en oxygène consommé par la transformation.
Le déroulement du processus est tel que, lorsque le liquide atteint la cuve 5, les bactéries aérobies ont consommés sensiblement toute la matière organique oxydable, de sorte que le processus peut se poursuivre par fermentation anaérobie. Il n'y a évidemment pas d'hiatus dans le processus, de sorte que l'on passe progressivement de conditions d'aérobiose à des conditions d'anaérobiose, d'une part par consommation de l'oxygène dissous dans le liquide, et d'autre part par l'isolement des trois dernières cuves vis-à-vis de l'atmosphère.
Les substances organiques initialement présentes poursuivent leur minéralisation, avec réduction concomitante des odeurs et de la toxicité du fluide vis-àvis des plantes.
A la partie inférieure de chaque cuve, on a représenté
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au dessin une conduite de soutirage pourvue d'une vanne 15, en vue de prélever périodiquement le dépôt solide qui se forme inévitablement au cours du temps, pour éviter que les cuves ne se comblent progressivement, avec diminution de la capacité.
En aval de l'installation, on peut prévoir une installation d'embouteillage et/ou de conditionnement du liquide traité en vue de sa commercialisation.
De manière particulièrement avantageuse, on peut prévoir une installation de conditionnement en doses uniques, pour le soin des plantes d'appartement.
Le procédé de l'on vient de décrire en référence à l'installation décrite dans les dessins peut être mis en oeuvre dans une large variété d'installations, dont la capacité de traitement, la disposition des cuves et les matériaux qui les constituent sont susceptibles de très larges variations. Pour cette raison, la portée de l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus, mais uniquement par les revendications qui suivent.