TRAITEMENT D'EFFLVENTS LIQUIDES ET DE BOUES POUR MARGINES D'HUILE D'OLIV
L'invention concerne un procédé pour le traitement d'effluents liquides
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En effet, les traitements électrolytiques connus tels que celui décrit dans le document WO 95/05347 comprenant des séries d'électrodes métalliques
(fer, aluminium, manganèse) sont des procédés longs et de plus ils sont coûteux en raison de leur importante consommation d'énergie. Des traitements électrolytiques utilisant des électrodes en Titane/Platine, acier inoxydable s'avèrent également trop coûteux (Israilides étal., Bioress. Technol. 61: 163-170, 1997).
De même, des pré-traitements aérobies par boues activées (Marouani
L., CITET, Septembre 2000) ou par des champignons tels que Geotrichum candidum (Martin et al., J. Chem. Tech. Biotechnol. 56:155-162, 1993), Aspergillus niger
(Hamdi et al., Applied Microbiology and Biotechnology; 36: 285-288, 1991) ou Phanerochaete chrysosporum (Labat et al., Final report CEE DGXII-B, Contractor ORSTOM, Project CEE/ORSTOM/CBS, march 1993-sept. 1996, Contract N[deg.] CI1-CT92-
0104, ORSTOM-LOMA, Marseille, 278 pp. 1997) ont été proposés avant un traitement 'de margines d'huile d'olive par digestion anaérobie. Les types de champignonsutilisés dits " à pourriture blanche " peuvent dégrader la fraction de haut poids
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Cependant le coût de tels traitements est très élevé de même que les temps de séjour dans les réacteurs de biométhanisation.
D'autres pré-traitements par oxydation par voie humide tels que l'eau
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également été proposés (Andreozzi et al., Wat.Res. 32: 2357-2364, 1998) mais leur coût est aussi très élevé.-
Pour résoudre ces problèmes, la présente invention propose un procédé pour le traitement d'effluents liquides et/ou de boues, ledit procédé comprenant une étape d'électrolyse des effluents liquides et/ou de boues et une étape de biométhanisation des effluents liquides et/ou des boues ayant subi ladite étape d'électrolyse.
Le fait qu'une étape d'électrolyse précède la biométhanisation permet d'augmenter l'efficacité du procédé tout en raccourcissant la durée de ce procédé, ce qui permet également de diminuer la dépense énergétique.
Un autre avantage de la présente invention est de prévoir une étape préalable d'élimination des polyphénols de haut poids moléculaire (ou " lignine like ") contenus dans les effluents liquides et/ou des -boues. Cette élimination permet d'augmenter de façon significative l'efficacité de l'étape de biométhanisation.
Une étape de séparation des produits issues de la biométhanisation des effluents et/ou des boues ayant subi l'électrolyse est également réalisée, ce qui permet l'utilisation directe en agriculture des produits solides obtenus par la mise en �uvre du procédé de l'invention. En effet, ceux-ci peuvent être directement compostés pour être utilisés comme fertilisants agricoles.
Le liquide résultant du procédé de traitement d'effluents et/ou de boues suivant la présente invention est, quant à lui, conforme aux. normes . européennes concernant le rejet après traitement d'effluents liquides dans les cours d'eau.
Un avantage supplémentaire du procédé selon la présente invention est que la durée de l'étape de biométhanisation est inférieure à une semaine. Cela permet donc de traiter une quantité plus importante d'effluents et/ou de boues dans un laps de temps plus court, le rendement est donc meilleur et les dépenses énergétiques sont moindres qu'avec les procédé connus.
Les effluents liquides et les boues pouvant être traités par le procédé selon la présente invention comprennent des lisiers de toute origine, des amidons traités à haute température, des margines provenant de l'extraction d'huile d'olive ou tout autre produit difficilement biométhanisable.
Un autre avantage de la présente invention est que l'étape d'électrolyse des effluents et/ou boues est réalisée avec des électrodes fabriquées de préférence dans un métal choisi parmi le fer et le magnésium et solubles à des intensités de courant faibles, ce qui permet une économie d'énergie tout en étant très efficace.
Dans le traitement des margines en particulier, le procédé de la présente invention est applicable à des margines issues soit d'un procédé d'extraction en chaîne continue (par centrifugation) de l'huile d'olive, soit par un procédé discontinu par pression dans lequel la pression est appliquée par une presse traditionnelle ou une super-presse. Le procédé de le présente invention est aussi applicable à des margines obtenues par tout autre procédé.
En effet, il est connu de procéder à une méthanisation des margines
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les temps de séjour dans les réacteurs de méthanisation sont très longs et les volumes desdits réacteurs sont très élevés. La fraction phénolique de faible poids moléculaire contient des acides phénoliques simples (syringate, veratrol,
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anthocyanes. Ces composés sont biodégradables mais toxiques quand ils sont présents à fortes concentrations. La fraction phénolique de haut poids moléculaire est formée de "lignine ou acide humique like". Elle n'est pas méthanisable et inhibe la digestion anaérobie (Sayadi et al., Process Biochemistry : 35 : 725-735, 2000).
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Antwerpen 2-6 september 2001, p: 45-52) a montré que le pourcentage de biodégradation anaérobie diminue de manière drastique avec l'augmentation du nombre de noyaux aromatiques dans une molécule. Ainsi, pour une molécule à quatre noyaux aromatiques, le pourcentage de biodégradation en anaérobie ne peut pas dépasser 15%.
Lors d'une application de cette invention au traitement des margines, une expérience d'électrolyse en réacteur en continu de volume 35 litres tels que celui décrit dans le document WO 95/05347 comprenant des séries d'électrodes métalliques est réalisée sur des margines de type chaîne continue à une densité de courant comprise entre 0,2 et 5 A/dm<2>. Le pH initial des margines est compris entre 4,5 et 7,5. Les évolutions de la DCO (Demande Chimique en Oxygène) et de la coloration des margines (Absorbance à 395 nm) diminuent durant l'essai en moyenne de 38% et 60%, respectivement (Figure 1).
Au cours de la réalisation de cette expérience, la concentration des composés phénoliques monomériques (composés toxiques pour les systèmes biologiques) déterminée par la chromatographie liquide haute performance (HPLC) diminue de plus de 70% pendant les 3 premiers jours. Pendant le 4ème jour, la concentration de ces monomères phénoliques commence à augmenter comme le montre la figure 2. Ce phénomène est évitée par le nettoyage des électrodes après
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La conséquence directe de ce prétraitement électrolytique des margines est la stimulation de la biométhanisation. En effet, la biométhanisation des margines non prétraitées et même diluées est bloquée à une charge comprise
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Le digesteur produit plus de 4 fois son volume en biogaz. Cette stimulation de la biométhanisation des margines après électrolyse est observée pour les margines superpresses comme pour les margines issues de la chaîne continue (Figure 3).
L'avantage de cette invention appliquée pour le traitement des margines, par exemple, réside dans son mécanisme d'élimination des composés toxiques, dans ce cas les composés phénoliques. Au faite, l'étape d'électrolyse permet de transformer par polymérisation les monomères phénoliques en polyphénols, les quelles vont atteindre un poids moléculaire assez élevé. Ces polymères précipitent et sont évacués dans les boues d'où la diminution de la coloration observée dans la figure 1 b . Ce mécanisme est bien illustré dans la figure 4 qui montre les profils chromatographiques des polyphénols (réalisés par Gel de Filtration en HPLC) au cours d'une expérience d'électrolyse sur des margines.
Les composés phénoliques simples élués dans les volumes hydrodynamiques du pic A sont transformés transitoirement en composés phénoliques qui sont élués dans les volumes hydrodynamiques plus faibles (poids moléculaire plus grand = 10 - 12 kDa) du pic B puis du pic C (Volume hydrodynamique du Bleu dextran , poids moléculaire > 500 kDa). La concentration de ce type de composés polymériques augmente au temps T2 puis s'atténue au temps T3 après leur coagulation et décantation. Au temps T3, la concentration des composés phénoliques simples (Pic A) est très faible, celle des composés phénoliques de poids moléculaire intermédiaire (pic B) diminue également.
L'autre avantage de cette invention appliquée pour le traitement des margines, par exemple, réside dans la bonne méthanisation de l'effluent liquide provenant de l'électrolyse en utilisant des électrodes soluble en fer. L'électrolyse
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énergétique qui sert pour la transformation des acides gras volatils dont l'acide acétique (réaction qui nécessite beaucoup d'énergie) en CH4.
Une autre application de cette invention est le traitement effluents riches en amidon. Les amidons traités à chaud produisent des hexosanes complexes, difficilement assimilables par voie biologique. Par électrolyse des dextrines sont formés à partir de ces hexosanes et les dextrines sont ensuite décomposés directement en maltose et en glucose qui sont ensuite aisément métabolisés par des bactéries méthanogènes au cours de l'étape de biométhanisation.
L'étape d'électrolyse permet d'éliminer une grande partie de l'azote ammoniacal et des phosphates présent dans l'effluent et/ou les boues, cette réaction aboutissant à la formation de struvite (MgNH4P04).
L'électrolyse est dans ce procédé, utilisée comme une étape de prétraitement avant de procéder à une digestion anaérobie qui permet d'éliminer les composés toxiques tels que les antibiotiques et en particulier l'amoxicilline, présente dans bon nombre de lisiers ou d'autres composés toxiques ou non biodégradables tels que, les PCBs, les cyanides, les nitrites, phénols ou les tensioactifs présents dans d'autres effluents industriels.
De plus, le fait de prévoir une électrolyse avant la digestion anaérobie ou biométhanisation permet également d'améliorer la biodégradabilité en diminuant
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biologique en oxygène après cinq jours) et d'utiliser une partie de la chaleur produite par l'électrolyse pour maintenir la température nécessaire pour que les réactions se produisent dans des conditions optimales à l'intérieur du réacteur biologique. L'autre partie de l'énergie produite au cours de l'électrolyse est sous forme d'électricité qui sera utilisée pour alimenter la cellule, d'électrolyse.
La diminution maximale de la DCO lors de la réaction d'électrolyse est d'environ 40%, ce qui permet effectivement de produire une quantité suffisante d'énergie pour qu'une partie de cette énergie soit utilisée pour alimenter le réacteur.
L'élimination de métaux lourds tels que le cuivre et/ou le zinc par exemple, ou de composés tels que l'arsenic, ainsi que la diminution des anions sulfure par précipitation sous forme de sulfure de fer sont également réalisées au cours du traitement selon la présente invention. De cette façon, le gaz méthane produit ultérieurement est exempt d'hydrogène sulfuré dont l'odeur est particulièrement incommodante et qui conduit à un phénomène de corrosion dans les moteurs à gaz brûlant le biométhane.
De préférence, au cours de l'étape d'électrolyse, un régime d'écoulement en continu avec des électrodes montées de façon bipolaire est prévu, tel que décrit dans le document EP 1 084 993.
L'effluent ayant subi l'étape d'électrolyse selon le procédé de l'invention présente un pH légèrement alcalin, de préférence compris entre 8,5 et 9, ce qui permet de ne pas devoir ajuster le pH au cours de l'étape de biométhanisation.
Dans un mode de réalisation préféré, des lisiers en particulier sont séparés par une vis centrifuge afin d'éliminer au maximum la partie fibreuse constituée de lignine qui dont la présence diminue fortement le rendement de l'étape de biométhanisation. Après séparation, l'effluent s'écoule par gravité dans la cellule d'électrolyse dans laquelle s'effectue la réaction d'électrolyse. L'effluent après électrolyse est alors séparé dans un décanteur du type conique par exemple et il est déchargé de façon séquentielle. Les lisiers ainsi traités sont introduits dans un méthaniseur (lit de boues ou agité ou filtre anaérobie) dans des conditions de réaction thermophile, en particulier aux alentours d'une température d'au moins
55[deg.]C avec un temps de séjour de 5 jours maximum.
Ces charges organiques peuvent dépasser 10 kg de DCO/m� de réacteur et par jour, sans dilution. Les composés solides qui sont produits par le méthaniseur rejoignent les composés provenant des décanteurs et le mélange desdits composés est destiné au compostage. L'énergie nécessaire pour chauffer le dispositif de digestion est récupérée grâce aux calories produites par la cellule d'électrolyse. L'énergie électrique obtenue par co-génération est donc utilisée pour faire fonctionner soit l'implantation, soit pour faire fonctionner la cellule d'électrolyse.
REVENDICATIONS
1. Procédé pour le traitement d'effluents liquides et/ou de boues, caractérisé en ce que ledit procédé comprend une étape d'électrolyse des effluents liquides et/ou de boues et une étape de biométhanisation des effluents liquides et/ou des boues ayant subi ladite étape d'électrolyse.