"Procédé d'épuration d'effluents organiques liquides".
PROCEDE D'EPURATION D'EFFLUENTS '-.ORGANIQUES LIQUIDES.
L'invention concerne un procédé d'épuration d'effluents liquides organiques, particulièrement riches en matières organiques d'origine biologique, en les utilisant comme milieu de culture de plantes supportant la présence de polluants. L'effluent s'écoule dans une ou plusieurs gaines sous forme d'une couche liquide d'épaisseur variable suivant les exigences de croissance des plantes choisies.
Le premier but de la présente invention est d'épurer différents effluents organiques liquides, le second but
de l'invention est de rendre cette épuration moins onéreuse par la production de végétaux ayant une certaine utilité.
Dans certains cas, la production végétale peut devenir l'intérêt essentiel de l'invention.
Le premier but de l'invention est atteint actuellement
par divers systèmes: lits bactériens, plateaux absorbants, lagunages par microphytes et macrophytes, plantes aquatiques dans des bassins de décantation; méthanisation. Le second peut être réalisé par épandage sur les champs ou
sur les parcelles de cultures maraîchères.
Les systèmes qui rencontrent le premier but de l'invention sont coûteux tant du point de vue investissement qu'en frais de fonctionnement:
-les lits bactériens,en plus de leur coût élevé de construction et d'entretien, nécessitent une épuration ultérieure pour enlever les phosphates et les nitrates. Celleci peut être réalisée par un traitement au chlorure ferrique.
Mais cette technique n'est utilisée que sporadiquement car elle est trop onéreuse.
-les plateaux absorbants, qui utilisent l'évapo-transpiration d'arbustes adultes requièrent également de grandes surfaces et ne sont utilisées qu'à des endroits où le gel et la neige ne sont pas à craindre.
-le lagunage, tant par microphytes que par macrophytes, est lent, requiert de grandes surfaces, risque de provoquer la pollution par les nitrates des nappes phréatiques et dégagent occasionnellement de mauvaises odeurs, ce qui exclut leur utilisation à proximité d'activités touristiques.
-les plantes aquatiques épurantes dans des bassins de décantation d'eaux usées s'avèrent peu efficaces pour la réduction des teneurs en nitrates et en phosphates.
-la méthanisation diminue sensiblement la charge organique des effluents, elle réduit les mauvaises odeurs mais elle ne modifie pas sensiblement la teneur en nitrates et en phosphates.
Les méthodes d'épandage pour enrichir les sols répondent
au second but de l'invention mais elles soulèvent plusieurs problèmes:
-du point de vue hygiène, on constate la dispersion dans l'air de germes pathogènes
-au point de vue du sol, on ne peut recourir à cette pratique que d'une manière limitée - phénomène d'asphyxie, augmentation des nitrates, pollution des nappes phréatiques.
-enfin, l'utilisation d'eaux usées n'est possible que sur des sols de bonne structure, ce qui est souvent loin d'être le cas dans certains pays d'Outremer.
Le procédé faisant l'objet de la présente invention a pour objet de remédier à ces divers inconvénients et permet d'épurer les effluents organiques liquides d'une manière simple en les utilisant comme milieu de culture de plantes supportant la présence de polluants.
Le procédé faisant l'objet de la présente invention est caractérisé par l'écoulement dans une ou plusieurs gaines sous forme d'une couche liquide, de l'effluent dans lequel on cultive des plantes supportant des charges décroissantes en polluant, d'amont en aval.
Par effluent organique liquide, on comprend notamment des liquides riches en matières organiques d'origine biologique comme les lisiers méthanisés ou non, les purins, les eaux
de stations d'épuration, les vinasses.
Suivant l'invention, l'effluent s'écoule de préférence par gravité sous forme d'une couche liquide. Par couche liquide, on entend une épaisseur d'effluent d'au moins 5 mm et ne dépassant pas 200 mm au maximum dans le cas d'une culture
en écoulement permanent désignée par N.E.P. et au maximum
de 5 mm dans le cas de la culture en film nutritif désigné par N.F.T.
La vitesse d'écoulement de l'effluent peut être quelconque mais de préférence rapide.
Dans le cas du N.E.P. la vitesse d'écoulement est essentiellement assurée par.:un débit suffisant. Par exemple dans le cas d'une gaine de 10 mètres de longueur, de 60 centimètres de largeur et de 12 centimètres de profondeur, le débit est de 1 m /heure.
Dans le cas du N.F.T. cette vitesse d'écoulement est assurée, en général, par une pente d'au moins 2 %.
La couche liquide s'écoule dans une gaine de section quelconque par exemple rectangulaire, de 20 à 22 cm de large
et de 6 à 8 cm de haut dans le cas du N.F.T. et de 15 cm de haut environ dans le cas du N.E.P.
Cette gaine est posée horizontalement dans le sens transversal et sa partie supérieure est à ciel ouvert, toutefois, dans le cas du N.F.T., un recouvrement de la partie supérieure de la gaine peut être réalisé entre les plantes pour empêcher la lumière d'atteindre les racines.
Dans le sens longitudinal, la gaine dont la longueur peut aller de quelques mètres à 10 à 12 m est posée en déclivité
-pente de 2 à 3 %- dans le cas du N.F.T. ou horizontalement dans le cas du N.E.P.
La gaine est ouverte à l'extrémité inférieure dans le cas du N.F.T., mais fermée dans le cas du N.E.P., toutefois, dans
ce dernier cas, le côté aval est muni d'un déversoir de hauteur réglable qui permet de moduler la hauteur de la couche dans la gaine.
Dans certains cas, les gaines peuvent être simplement constituées de rigoles creusées en terre et recouvertes d'un matériau imperméable.
Suivant une variante du procédé de la présente invention,
le procédé est caractérisé par l'écoulement dans une ou plusieurs gaines, sous forme d'une couche liquide, de l'effluent dans lequel on cultive successivement d'amont en
aval une ou plusieurs plantes supportant des charges polluantes élevées et ensuite des charges polluantes moins élevées. Les plantes supportant des charges polluantes élevées sont choisies entre autres parmi les espèces Cyperus alternifolius, Cyperus papyrus, Helianthus annuus, Iris pseudacorus, Nasturtium officinale, Nicotiana tabacum, Solanum lycopersicum. Cette énumération n'est pas limitative et le spécialiste pourra faire choix de la plante notamment suivant le type d'effluent utilisé, le climat, les besoins locaux en végétaux de nature très diverse.
Les plantes supportant des charges polluantes moins élevées sont choisies notamment parmi les espèces Chrysanthemum hortorum, Cucurbita pepo, Fragaria hortorum, Phaseolus vulgaris, Rosa hortorum, Solanum pseudocapsicum, Zantedeschia aethiopica. Comme pour les plantes citées précédemment, la liste n'est pas limitative et l'homme de métier fera choix
de la plante en tenant compte des divers facteurs de croissance, climatique, économique et industriel à prendre en considération.
L'effluent à traiter,qui peut subir une filtration et une décantation préalable,est dilué ou non dans les proportions convenables suivant sa nature. Il peut être partiellement épuré avant d'être utilisé comme milieu de culture.
Dans certains cas, l'effluent peut passer d'abord dans des gaines sans plante mais dans lesquelles se trouvent des matières filamenteuses possédant un développement superficiel considérable et sur lesquelles peut se développer une population bactérienne qui joue un rôle plus ou moins semblable à celui joué par les microorganismes de la rhizosphère.
Ces matières filamenteuses peuvent être des fibres, des filaments continus, des produits tissés ou non tissés ou tout autre texture textile de nature quelconque, naturel, artificiel ou synthétique.
Dans certains cas, des additifs minéraux et/ou organiques peuvent être ajoutés soit à l'entrée de l'effluent dans le dispositif de gaines soit en cours d'écoulement en fonction de la nature des plantes utilisées ou du but recherché.
Par exemple en cas de déficit en fer lors d'utilisation de lisier de porc, il est utile d'apporter un complément en fer.
<EMI ID=1.1>
duits phytosanitaires systémiques ou non.
De l'eau claire peut également être ajoutée pour compenser les pertes par évaporation.
Le dispositif de traitement peut comporter un nombre plus ou moins grand de gaines successives, la longueur totale dépendant des caractéristiques de l'effluent à traiter. L'effluent passe d'une gaine à l'autre par simple gravité quand la disposition des lieux permet d'installer les gaines successives à des niveaux de plus en plus bas ou par pompages successifs. Dans ce dernier cas, l'effluent est récolté dans un récipient à l'extrémité de chaque gaine ou groupe de gaines.
Le procédé consiste essentiellement à combiner d'amont en aval diverses plantes supportant des charges décroissantes en polluant pour arriver à une épuration satisfaisante.
Pour chacun des niveaux de pollution, on peut utiliser une ou plusieurs espèces de plantes. Par exemple, des espèces de plantes basses peuvent servir d'ombrage aux racines des plantes plus élevées.
Toutes les combinaisons de plantes peuvent être envisagées en fonction de la nature du polluant, du climat, de l'intérêt économique local de l'une ou l'autre production. Suivant le procédé de la présente invention, l'épuration est réalisée par trois mécanismes biologiques distincts.
Le premier, la dégradation de la matière organique est due essentiellement à l'activité de la flore microbienne se trouvant dans la rhizosphère. L'originalité du procédé réside dans l'utilisation de la surface immense et toujours renouvelée des racines et des poils radiculaires pour fixer une flore bactérienne importante et active qui dégrade les matières organiques.
Dans certains cas, il est avantageux d'épurer préalablement et partiellement l'effluent avant de l'utiliser comme milieu de culture.
Pour cette épuration, on peut utiliser tout moyen connu. Il s'est avéré intéressant, dans la réalisation de la présente invention, d'effectuer l'écoulement de l'effluent dans une ou plusieurs gaines contenant des matières filamenteuses similaires à des racines.
Le second, la fixation de bactéries pathogènes, est lié au premier. On constate que les bactéries pathogènes pour l'homme sont retenues et fixées au niveau de la gaine bactérienne de la rhizosphère. Cette observation présente une très grande importance puisqu'elle montre que le procédé peut être utilisé pour un assainissement sanitaire des effluents.
Le troisième, la réduction de la matière minérale, soit préexistante dans l'effluent à traiter, soit provenant de l'activité métabolique des microorganismes de la rhizosphère
<EMI ID=2.1> les nitrates et les phosphates par les plantes cultivées dans la gaine. En choisissant des plantes de moins en moins exigeantes au niveau de la nutrition minérale, ou en combinants des plantes ayant des exigences différentes, on peut arriver à éliminer dans des proportions considérables la charge en éléments nutritifs de l'effluent.
La technique dont le présent brevet fait l'objet présente de nombreux avantages:
1. Sa grande souplesse: elle peut être envisagée comme technique d'épuration unique réalisant ainsi simultanément l'épuration secondaire ou tertiaire; elle peut être également utilisée en aval d'installations existantes pour compléter l'épuration et servir ainsi à l'épuration tertiaire souvent déficiente.
2. Les investissements sont sensiblement moins élevés que
pour toutes les autres techniques, le coût de fonctionnement également.
3. Certains produits des cultures peuvent être valorisés,
par exemple des fruits (fraise) des légumes (tomate, poivron) des fleurs (rose) mais aussi les matières cellulosiques qui en dérivent. Ces dernières peuvent servir d'apport énergétique ou de matières premières pour l'industrie.
4. Dans les pays à pression démographique élevée, elle permet de réaliser des productions sur des sols de mauvaise qualité ou inapte à la culture.
5. Dans les pays où l'eau est rare, elle permet de valoriser
au maximum cette ressource coûteuse.
5'.Dans les pays où les engrais sont coûteux, elle permet
d'utiliser des éléments qui sont souvent gaspillés en grande partie pour l'épandage ou perdus définitivement.
6. Sur le plan de l'hygiène, elle contribue de manière fort
importante à retenir les bactéries pathogènes pour l'homme.
Cette caractéristique est d'une importance capitale
dans de nombreux pays où la pollution microbienne des eaux est un des problèmes majeurs de santé.
7. Les racines et les matières fixées par celles-ci peuvent
encore être méthanisées à haute température permettant une production supplémentaire d'énergie et un assainissement presque total du résidu.
La présente invention sera mieux comprise à l'aide de ' l'exemple non limitatif suivant.
Le matériel utilisé comprend:
-Un bac de tête muni d'une vanne à passage direct qui permet un réglage du débit à traiter.
Ce bac reçoit -l'effluent à épurer, c'est-à-dire pour les
essais dont les résultats figurent dans le tableau II ci-après:
a) soit de l'eau polluée sortant du lit bactérien d'une station d'épuration; b) soit la partie liquide de lisier de porc méthanisé obtenue par la décantation naturelle qui élimine les poils mélangés à des déchêts d'aliments non consommés.
-de l'eau de dilution pour amener , dans le cas du lisier, la concentration de l'effluent à une DCO de + 1000 mg 02/litre.
-En amont, deux gaines successives équipées pour la nutrition en écoulement permanent (N.E.P.) qui mesurent, chacune,
20 mètres de longueur, 40 centimètres de largeur et ont une profondeur du liquide de 12 centimètres.
-En aval, deux gaines parallèles équipées pour la nutrition par couche mince (N.F.T.) qui mesurent, chacune, 20 mètres de longueur, 22 centimètres de largeur et ont une profondeur du liquide de 3 millimètres.
Au départ du bac de tête, le liquide, dont le débit est de 1 m<3>/heure, s'écoule par gravité successivement dans la 1ère gaine N.E.P., la seconde gaine N.E.P. et enfin dans les gaines N.F.T.
-Des plantes dont le nom figure dans le tableau I ci-après.
Tableau I.
<EMI ID=3.1>
Tableau II.
<EMI ID=4.1>
Revendications
1. Procédé d'épuration d'effluents organiques liquides,
caractérisé par l'écoulement,dans une ou plusieurs gaines,sous forme d'une couche liquide, de l'effluent dans lequel on cultive des plantes supportant des charges décroissantes en polluant, d'amont en aval.
2. Procédé d'épuration d'effluents organiques liquides,