CA2529956C

CA2529956C - Traitement de boues d'epuration

Info

Publication number: CA2529956C
Application number: CA2529956A
Authority: CA
Inventors: Stephanie Edmunds; Paul Douglas Gilbert; Robert Eric Talbot; Manocher Asaadi; Peter Winter
Original assignee: Rhodia UK Ltd
Current assignee: Solvay Solutions UK Ltd
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2010-08-10
Anticipated expiration: 2024-06-21
Also published as: JP2011005491A; WO2004113237A1; RU2006101555A; AU2004249502A1; EP1646586A1; JP4916308B2; AU2004249502B2; CA2529956A1; US20060243674A1; GB0314363D0; US7638056B2; RU2318738C2; JP2007520330A

Abstract

L'invention concerne un procédé permettant de réduire la teneur en agents pathogènes de boues d'épuration. Ce procédé consiste : a) à ajouter aux boues une quantité efficace d'un composé contenant du phosphore ; et b) à maintenir ledit composé contenant du phosphore en contact avec les boues pendant une période suffisante pour réduire la quantité d'agents pathogènes présents des les boues d'épuration selon une quantité équivalente à une réduction logarithmique de 2 ou supérieure.

Description

TRAITEMENT DE BOUES D'EPURATION
Cette invention concerne un procédé de traitement de boues d'épuration et des boues traitées par le procédé susdit.
Le traitement des eaux usées brutes fait appel en général à une étape de filtration (dans laquelle les gros solides et le gravier sont éliminés) suivie d'une étape dans laquelle la phase aqueuse est soumise à une action bactérienne aérobie servant à éliminer les substances biodégradables. Cette dernière étape fait intervenir des "boues activées" qui sont essentiel-lement une masse bactérienne concentrée. I1 faut élimi-ner les substances biodégradables avant de décharger la phase aqueuse dans les cours d'eau, par exemple les rivières, sinon la dégradation bactérienne de ces substances dans la rivière consommerait l'oxygène dissous, conduisant à la mort des poissons, à de mauvaises odeurs et à la dégradation générale de l'environnement. Durant la dégradation des substances biodégradables, il se produit une croissance et une multiplication des bactéries, ce qui se traduit par l'accumulation de boues bactériennes qu'il faut éliminer.
Le cas échéant, l'excès de boues peut être "digéré" dans des conditions anaérobies où, essentiel lement, les bactéries se rééquilibrent dans les nou velles conditions pour produire du méthane et réduire 1a biomasse mais, au final, il reste une masse irré
ductible d'excès de boues qu'il faut éliminer. Il existe un certain nombre de procédés d'élimination, tels que décharge contrôlée et rejet en mer, ces deux procédés étant désapprouvés pour des raisons de pollution. En alternative, l'excès de boues peut être incinéré (coûteux) ou épandu sur des terres agricoles et, dans ce dernier cas, les boues peuvent être employées comme engrais/agent d'amendement du sol, ce qui est un bénéfice.
Malheureusement, ces boues peuvent contenir des

- 2 -concentrations significatives de pathogènes et, dans ce cas, les boues nécessitent d'être désinfectées pour réduire à un niveau environnemental et sanitaire acceptable tout organisme pathogène éventuellement présent, avant l'épandage des boues désinfectées sur les terres. Un organisme indicateur, utilisé pour quantifier le risque pathogène, est E. coli. Pour satisfaire aux dispositions statutaires du Royaume-Uni, pour des boues traitées classiques, le niveau de E.
coli dans les boues doit être réduit de 99~ (c'est-à-dire une baisse logarithmique de 2) et le niveau maximum acceptable de E. coli dans les boues d'épu-ration traitées est de 105 par gramme de boues sèches (gbs). Pour des boues traitées améliorées au Royaume-Uni, il ne faut pas que des espèces Salmonella soient présentes et il faut que le niveau de E. coli soit réduit d'au moins 99,9999% (c'est-à-dire une baisse logarithmique de 6). Le niveau maximum acceptable de E.
coli dans les boues d'épuration traitées améliorées est de 103 par gramme de boues sèches. On s'attend à ce que des exigences statutaires semblables soient adoptées dans l'avenir dans toute l'Europe et aux USA.
Pour effectuer la réduction bactérienne, on peut s'y prendre de différentes manières, notamment par traitement à la chaux (salissant, exige des investis sements significatifs et pose de sérieux problèmes de manipulation), traitement thermique (très coûteux) ou simplement en stockant les boues jusqu'à ce que les niveaux de bactéries passent au-dessous de la limite requise. Dans ce dernier cas, les très grands volumes de boues impliqués dans la plupart des stations d'épuration d'eaux usées ne peuvent habituellement pas être stockés pendant le temps qu'il faut en raison d'une capacité de stockage insuffisante. Soit il n'est pas pratique d'installer une capacité suffisante en raison du manque de place, soit cela implique de gros investissements.
En théorie, un autre procédé de réduction de la teneur en bactéries des boues serait d'appliquer un

- 3 -désinfectant. Cependant, les désinfectants que l'on a évalués jusqu'à présent se sont révélés prendre relati-vement longtemps pour réduire la teneur en bactéries à
un niveau acceptable, créant ainsi des demandes de stockage au-delà des ressources de la plupart des stations d'épuration d'eaux usées.
On a découvert que l'utilisation d'un composé
phosphoré (notamment d'un sel de phosphonium) sur des boues d'épuration pouvait engendrer une réduction de la teneur en pathogènes des boues équivalant à une baisse logarithmique d'au moins 2.
Par conséquent, la présente invention fournit un procédé de traitement de boues d'épuration pour réduire la teneur en pathogènes desdites boues, le procédé
comprenant les étapes consistant à .
(a) ajouter aux boues une quantité efficace d'un composé phosphoré ; et (b) maintenir le composé phosphoré en contact avec les boues pendant un temps suffisant pour réduire la quantité de pathogènes présente dans les boues d'une quantité équivalant à une baisse logarithmi-que de 2 ou plus.
Dans un mode de réalisation on obtient la baisse logarithmique de 2 ou plus en l'espace de 24 heures.
De préférence, le composé phosphoré est maintenu en contact avec les boues pendant un temps suffisant pour réduire la quantité de pathogènes présente dans les boues afin que la baisse logarithmique soit de 3 ou plus et mieux encore de 4 ou plus.
Les pathogènes peuvent être des bactéries.
De préférence, les boues ont subi une digestion anaérobie, processus connu de l'homme du métier, avant l' étape (a) .
De préférence, le composé phosphoré est un composé
phosphonium, notamment un sel de tétrakis(hydroxy organo)phosphonium ou un composé de formule (I) [RvR" (CHzOH)ZP+]n X- (I) dans laquelle .

- 4 -n est la valence de X ;
R' et R", qui peuvent être identiques ou différents, sont choisis parmi un groupement alkyle, hydroxyalkyle, alcényle ou aryle, et X est un anion.
R' et R" font de préférence entre 1 et 20 atomes de carbone de longueur.
X est de préférence choisi dans 1e groupe constitué par un chlorure, un sulfate, un phosphate, un acétate, un oxalate et un bromure.
Tout particulièrement, le composé phosphonium est le sulfate de tétrakis(hydroxyméthyl)phosphonium.
Dans l'alternative, 1e composé phosphonium peut être, par exemple, le chlorure de tétrakis(hydroxy-méthyl)phosphonium, le bromure de tétrakis(hydroxy-méthyl)phosphonium, le phosphate de tétrakis(hydroxy-méthyl)phosphonium, l'acétate de tétrakis(hydroxy-méthyl)phosphonium ou l'oxalate de tétrakis(hydroxy-méthyl)phosphonium.
Dans l'alternative, le composé phosphoré peut être une phosphine portant un substituant alkyle, par exemple la tris(hydroxyméthyl)phosphine telle que celle représentée par la formule (II) .
( CHZOHR2 ) P ( I I ) dans laquelle .
chacun des radicaux R, qui peuvent être identiques ou différents, est choisi parmi un groupement alkyle, hydroxyalkyle, alcényle ou aryle.
La quantité de composé phosphoré à ajouter aux boues dans l'étape (a) du procédé de la présente invention va convenablement jusqu'à 10 000 mg/1, de préférence de 100-2 500 mg/1, et notamment de 200-1 000 mg/1.
Dans l'alternative, la quantité de composé
phosphoré à ajouter aux boues peut être exprimée par rapport au poids de l'extrait sec. De manière convenable, la quantité à ajouter peut atteindre environ 30~ en poids de l'extrait sec. De préférence, la quantité de composé phosphoré à ajouter peut être de

- 5 -0,1 à 20~, par exemple de 0,1 à 10~, notamment de 0,2 à
5~ ou de 0,4 à 2~, en poids de l'extrait sec.
L'étape (b) du procédé de la présente invention peut être réalisée sur une période de 1 seconde à 14 jours. Par exemple, de 6 à 24 heures, de 1 à 6 heures, de 1 à 60 minutes, de 1 à 60 secondes ou de 1 à 15 secondes.
La vitesse d'addition du composé phosphoré et la vitesse de mélange sont importantes pour rendre maximal le rendement du procédé. Pour rendre maximal le rendement, les deux doivent être aussi courts que le permet la pratique et le temps de contact doit être maximisé. Dans les procédés qui font appel à une sédimentation par gravité naturelle des boues d'épuration, l'étape (b) dure de préférence 6 à 24 heures. Dans les procédés dans lesquels les boues traitées sont, le cas échéant, égouttées, par exemple à
la centrifugeuse ou au filtre-presse, pour produire un "gâteau de boues", l'étape (b) est de préférence réalisée en 15 secondes à 24 heures. Un "gâteau de boues" a une teneur en extrait sec sensiblement plus élevée que des boues liquides. Des adjuvants d'égout-tage tels que des chlorures de polydiallyldiméthyl-ammonium, des polyamines, des polyacrylamides cationisés et des polyacrylamides anioniques peuvent être employés dans la production d'un "gâteau de boues".
Les pathogènes présents dans les boues sont convenablement choisis dans le groupe constitué par .
~ les bactéries, notamment Escherichia coli, l'espèce Salmonelle, l'espèce Shigella, Vibrio cholerae, Bacilles cereus, Listeria monocytogenes, l'espèce Campylobacter et Yersinia pestis ;
~ les virus, notamment les rotavirus, les calcivirus, les adénovirus du groupe F et les astrovirus ;
~ les protozoaires, notamment l'espèce Entamoeba, l'espèce Giardia, Balantidium coli et l'espèce Cryptosporidium ; et

- 6 -~ les helminthes et leurs veufs, notamment les nématodes, par exemple, Ascaris Iumbricoides (ascaris), Trichuris trichiura (trichocéphale), Ancylostoma duodenale (ankylostome), Strongyloides stercorales (anguillule) ~ les trématodes, par exemple, l'espèce Schistosoma ; et les cestodes, par exemple, Taenia saginata (ténia du bceuf) et Taenia solum (ténia du porc ) .
De préférence, le procédé selon la présente invention permet d'obtenir une baisse logarithmique de deux à six des pathogènes présents dans les boues.
Une baisse logarithmique de deux est définie par l'élimination de 99% des pathogènes présents dans les boues. Les boues traitées de cette façon sont appelées "boues traitées traditionnellement". Une baisse logarithmique de six est définie par l'élimination de 99,9999% des pathogènes présents dans les boues. Les boues traitées de cette façon sont appelées "boues traitées améliorées".
La présente invention fournit en outre des boues d'épuration qui ont été traitées selon le procédé
décrit ci-dessus.
La présente invention va être illustrée au moyen des exemples suivants.
Dans les exemples, le composé phosphoré employé
pour traiter les boues d'épuration était à 75~ en poids du sulfate de tétrakis(hydroxyméthyl)phosphonium, disponible auprès de Rhodia Consumer Specialties Limited. Pour les besoins de ce mémoire descriptif, le produit sera appelé dans la suite "sel de phosphonium".
A titre de comparaison, les boues d'épuration ont été traitées avec un composé désinfectant classique, le dibromonitrilopropionamide (DBNPA).
Dans chaque exemple, 1a bactérie observée était E.
vole.
1.1 MÉTHODOLOGIE
La méthodologie adoptée pour évaluer la performance biocide a été l'essai de suspension quantitatif (ESQ) employant comme milieu ESQ des boues _ 7 _ de digesteur anaérobie stériles, inoculées en retour avec des cultures de E. soli préalablement isolées des boues. De cette façon, on a pu utiliser un environ-nement chimique cohérent (boues stériles) en conjonction avec une provocation bactérienne définie.
Cela permet d'obtenir une cohérence entre les essais.
1.2 EVALUATIONS MICROBIOLOGIQUES
On a préparé des boues stériles à partir d'échantillons de boues brutes en les passant à
l'autoclave à 121°C pendant 20 minutes. Les souches de E. soli employées dans l'ESQ avaient été isolées d'échantillons de boues brutes.
L'ESQ a été réalisé de la manière suivante .
~ Les boues stériles (19 ml) ont été placées dans des flacons universels en matière plastique stériles, à
bouchon à vis, de capacité nominale 30 ml.
~ On a ajouté à chaque échantillon 0,5 ml d'une suspension cellulaire de E. coli lavée, préparée à
partir d'une culture de 16 heures incubée à 44°C dans du bouillon de tryptose soja, qui avait été centrifugée (à 14 500 tours/min pendant 10 min) et remise en suspension dans du tampon phosphate stérile (0,2M à pH

7,2). Un inoculum de 0,5 ml a été suffisant pour fournir une concentration cellulaire finale d'environ 10g par ml dans 20 ml de milieu ESQ.
~ On a préparé des solutions titrées fraîches des produits chimiques de traitement étudiés dans du tampon phosphate stérile (0,2M à pH 7,2) à des concentrations telles que, en ajoutant 0,5 ml au milieu ESQ (volume final de 20 ml), on obtienne la concentration finale de biocide voulue.
~ On a bien mélangé le milieu ESQ et on l'a maintenu à 22°C pendant la durée de l'essai.
~ A intervalles de temps pendant l'essai, on a bien mélangé les boues et on a prélevé des échantillons (1,0 ml) dans le milieu ESQ que l'on a inoculés dans le premier tube de dilutions successives contenant du bouillon de MacConkey enrichi avec du thiosulfate de sodium (5,0 g/1), pour inactiver tout biocide résiduel g _ ventuellement entran dans les dilutions successives.

Cette opration a t ralise en double exemplaire.

Le reste des dilutions successives (par tapes de 1/10) a t ralis dans du bouillon de MacConkey seul et les tubes incubs pendant heures.
Le virage a t marqu comme tant la dilution la plus leve de la srie prsentant un changement de couleur du pourpre au jaune et ayant fait apparatre un trouble.

On a choisi du bouillon de MacConkey car ce milieu contient l'indicateur de pH
pourpre de bromocrsol qui vire du pourpre au jaune lorsque le milieu devient acide.
Il s'agit d'un indicateur indirect utile de la croissance microbienne (production d'acide organique) lorsque celle-ci ne peut pas tre value par l'appa-rition d'un trouble dans un milieu limpide l'origine.

tant donn que les boues contiennent des solides en suspension, les premiers tubes de la srie de dilutions font apparatre instantanment un trouble ds l'instant o l'on ajoute des boues.
Cela fait qu'on ne peut pas utiliser un trouble seul comme indicateur de la croissance microbienne.

Les biocides utiliss dans les valuations sont prsents dans le tableau qui suit.

TYPE DE BIOCIDE PRINCIPE ACTIF POURCENTAGE DE pa (pa) Sel de THPS 75 hos honium EXEMPLES 1 à 3 La performance du sel de phosphonium dans l'intervalle de concentrations de 250 à 1 000 mg/1 est illustrée sur la figure 1 des dessins annexés. Des concentrations de 250 et 500 mg/1 ont donné des résultats semblables, avec une courbe de destruction en fonction du temps bien plate pendant les 6 premières heures de contact, suivie d'une baisse des nombres jusqu'à la destruction totale en l'espace de 48 heures.

En revanche, la réponse donnée par la courbe de destruction en fonction du temps à 1 000 mg/1 était bien plus rapide. La courbe de destruction en fonction du temps durant les 6 premières heures de contact était plus progressive et on a obtenu une destruction totale en l'espace de 24 heures.
A titre de comparaison, les niveaux de E. coli.
dans les boues non traitées baissent naturellement lentement, sur une durée indiquée sur la figure 2. Même en partant d'un bas niveau de E, coli de 104 cfu/gbs, il a fallu 6 jours pour arriver à une destruction totale.
En partant d'un niveau plus élevé de 10$'5 cfu/gbs, le niveau ne s'est abaissé qu'à 104 cfu/gbs au bout de 8 j ours . Le bénéfice du traitement au sel de phosphonium (figure 1) se manifeste donc pleinement.
L'YL'MDT L' /1 La performance du sel de phosphonium comparée à
celle du DBNPA est illustrée sur la figure 3 des dessins annexés. On a étudié les deux biocides à
concentration égale de principe actif de 500 mg/1. Le DBNPA présente une performance anti-microbienne étonnamment mauvaise, n'atteignant qu'une baisse logarithmique de 2,5 en nombre au bout de 48 heures.
Les exemples qui précèdent mettent en évidence les caractéristiques suivantes de la présente invention .
(a) Augmenter la concentration du sel de phosphonium utilisée dans le traitement de 500 à 1 000 mg/1 apporte une amélioration significative de la performance.
(b) Dans tous les traitements évalués, on a obtenu une destruction totale.
(c) Comparée avec la performance du DBNPA, la performance du sel de phosphonium était meilleure.

Claims

1. Procédé de traitement de boues d'épuration pour réduire la teneur en pathogènes desdites boues, le procédé comprenant les étapes consistant à :
(a) ajouter aux boues une quantité efficace d'un composé phosphoré dans lequel le composé
phosphoré est un composé phosphonium, ledit composé phosphonium étant soit (i) un sel de tétrakis(hydroxyorgano) phosphonium ou (ii) un composé de formule (I) [R'R"(CH2OH)2P+]n X- (I) dans laquelle:
n est la valence de X ;
R' et R", qui peuvent être identiques ou différents, sont choisis parmi un groupement alkyle, hydroxyalkyle, alcényle ou aryle, et X est un anion ;
au le composé phosphoré est une phosphine portant un substituant alkyle telle que représentée par la formule (II) :
(CH2OHR2)P(II) dans laquelle :
chacun des radicaux R, qui peuvent être identiques ou différents, est choisi parmi un groupement alkyle, hydro-xyalkyle, alcényle ou aryle ; et (b) maintenir le composé phosphoré en contact avec les boues pendant un temps suffisant pour réduire la quantité de pathogènes présente dans les boues d'une quantité équivalant à une baisse logarithmique de 2 ou plus.

2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la baisse logarithmique de 2 ou plus s'obtient sur une période de 24 heures.

3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le composé phosphoré est maintenu en contact avec les boues pendant un temps suffisant pour réduire la quantité de pathogènes présente dans les boues d'une valeur représentant une baisse logarithmique de 3 ou plus.

4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel le composé phosphoré est maintenu en contact avec les boues pendant un temps suffisant pour réduire la quantité de pathogènes présente dans les boues d'une valeur représentant une baisse logarithmique de 4 ou plus.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendica-tions précédentes dans lequel les pathogènes sont des bactéries.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendica-tions précédentes dans lequel les boues ont subi une digestion anaérobie avant l'étape (a).

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel R' et R" font entre 1 et 20 atomes de carbone de longueur.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel X est choisi dans le groupe constitué par un chlorure, un sulfate, un phosphate, un acétate, un oxalate et un bromure.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendica-tions précédentes dans lequel le composé phosphonium est le sulfate de tétrakis(hydroxyméthyl)phosphonium.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendica-tions précédentes dans lequel le composé phosphonium est choisi parmi le chlorure de tétrakis(hydroxy-méthyl)phosphonium, le bromure de tétrakis(hydroxy-méthyl)phosphonium, le phosphate de tétrakis(hydroxy-méthyl)phosphonium, l'acétate de tétrakis (hydroxy-méthyl)phosphonium ou l'oxalate de tétrakis (hydroxy-méthyl)phosphonium.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendica-tions précédentes dans lequel la quantité de composé
phosphoré G ajouter aux boues dans l'étape (a) du procédé de la présente invention peut atteindre 10 000 mg/l.

12. Procédé selon la revendication 11 dans lequel la quantité de composé phosphoré à ajouter aux boues dans l'étape (a) du procédé de la présente invention est de 100-2 500 mg/l.

13. Procédé selon la revendication 12 dans lequel la quantité de composé phosphoré à ajouter aux boues dans l'étape (a) du procédé de la présente invention est de 200-1 000 mg/l.

14. Procédé selon l'une quelconque des revendica-tions 1 à 10 dans lequel la quantité de composé
phosphoré à ajouter aux boues est exprimée par rapport au poids de l'extrait sec et la quantité à ajouter peut atteindre environ 30% en poids de l'extrait sec.

15. Procédé selon la revendication 14 dans lequel la quantité de composé phosphoré à ajouter est de 0,1 à
20% en poids de l'extrait sec.

16. Procédé selon la revendication 15 dans lequel la quantité de composé phosphoré à ajouter est de 0,1 à
10% en poids de l'extrait sec.

17. Procédé selon la revendication 14 dans lequel la quantité de compose phosphoré à ajouter est de 0,2 à
5% en poids de l'extrait sec.

18. Procédé selon la revendication 14 dans lequel la quantité de composé phosphoré à ajouter est de 0,4 à
2% en poids de l'extrait sec.

19. Procédé selon l'une quelconque des revendica-tions précédentes dans lequel l'étape (b) du procédé de la présente invention est réalisée sur une période de 1 seconde à 14 jours.

20. Procédé selon la revendication 19 dans lequel l'étape (b) du procédé de la présente invention est réalisée sur une période 6 à 24 heures.

21. Procédé selon la revendication 19 dans lequel l'étape (b) du procédé de la présente invention peut être réalisée sur une période de 15 secondes à 24 heures.

22. Procédé selon l'une quelconque des revendica-tions 1 à 4 et des revendications 6 à 21 dans lequel les pathogènes présents dans les boues sont choisis dans 1e groupe constitué par les bactéries, les virus, les protozoaires et les helminthes.

23. Procédé selon les revendications 5 et 22 dans lequel les bactéries sont choisies dans le groupe constitué par Escherichia coli, l'espèce Salmonelle, l'espèce Shigella, Vibrio cholerae, Bacillus cereus, Listaria mcnocytogenrs, l'espèce Campylobacter et Yersinia pestis.

24. Procédé selon la revendication 22 dans lequel les virus sont choisis dans le groupe constitué par les rotavirus, les calcivirus, les adénovirus du groupe F
et les astrovirus.

25. Procédé selon la revendication 22 dans lequel les protozoaires sont choisis dans le groupe constitué
par l'espèce Entamoeba, l'espèce Giardia, Balantidium coli et l'espèce Cryptosporidium.

26. Precédé selon la revendication 22 dans lequel les helminthes sont choisis dans le groupe constitué
per Ascaris lumbricoides (ascaris), Trichuris trichiura (trichocéphale), Ancylostoma duodenale (ankylostome), Strongyloides stercorales (anguillule), l'espèce Schistosoma, Taenia saginata (ténia du boeuf), Taenia solum (ténia du porc) et leurs oeufs.

27. Boues d'épuration qui ont été traitées par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à
26.

28. Procédé de traitement de boues d'épuration essentiellement tel que décrit ici à l'aide des exemples et des figures annexées.

29. Boues traitées essentiellement comme décrit ici à l'aide des exemples et des figures annexées.