EP1838628A1 - Procédé de traitement et reaction pour la dégradation de la matière organique de fluide et/ou de détoxification de fluide chargé en métaux - Google Patents

Procédé de traitement et reaction pour la dégradation de la matière organique de fluide et/ou de détoxification de fluide chargé en métaux

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Publication number
EP1838628A1
EP1838628A1 EP06707676A EP06707676A EP1838628A1 EP 1838628 A1 EP1838628 A1 EP 1838628A1 EP 06707676 A EP06707676 A EP 06707676A EP 06707676 A EP06707676 A EP 06707676A EP 1838628 A1 EP1838628 A1 EP 1838628A1
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EP
European Patent Office
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fluid
bed
biomass
reactor
metals
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06707676A
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German (de)
English (en)
Inventor
Sylvie Fleury
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Societe dAmenagement Urbain et Rural SAUR SAS
Original Assignee
Societe dAmenagement Urbain et Rural SAUR SAS
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Publication date
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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/34—Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations
    • C02F1/36—Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations ultrasonic vibrations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/58—Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds
    • C02F1/62—Heavy metal compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/08—Aerobic processes using moving contact bodies
    • C02F3/085—Fluidized beds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to the general technical field of the treatment of fluids, such as sludge or effluent, especially fluids loaded with metals. More specifically, the present invention is particularly suitable for the treatment of effluents or sludge predominantly urban.
  • the present invention relates to a method of degradation of organic fluid material and / or detoxification of metal loaded fluid comprising treating the fluid on a bed of mycelial biomass fixed on a solid support in a treatment reactor.
  • Mycelial biomass consists of micromycetes that are filamentous fungi that can include molds and yeasts.
  • the method according to the present invention thus makes it possible to treat fluids by using micromycetes in fixed culture, which make it possible to degrade at least a portion of the organic material of the fluids and / or which make it possible to detoxify the fluids polluted by metals.
  • the invention also relates to a degradation plant of the fluid organic material and / or detoxification fluid loaded with metals suitable for the implementation of said method.
  • Metals especially heavy metals of the chromium, cadmium, nickel, copper, zinc, lead or mercury type represent a particularly important source of pollution, both in terms of quantity and in terms of environmental risks, particularly when Sludge is intended for agricultural application or composting.
  • biomasses are based on the capabilities of certain biomasses to fix the metals in solution, thus ensuring a depollution of effluents polluted by metal ions.
  • the present invention fills this need.
  • the Applicant has thus discovered a new process and an installation making it possible to effectively treat and depollute metal-concentrated fluids, such as raw effluents, wastewater before treatment, sewage sludge, sludge or effluent emanating from volume reduction methods; the sludge or effluent at the outlet of the digester or aeration (various charges), in a compact treatment reactor, very simple operation and implementation, and in which is effectively carried out the adsorption and desorption of the metals to be eliminated.
  • metal-concentrated fluids such as raw effluents, wastewater before treatment, sewage sludge, sludge or effluent emanating from volume reduction methods; the sludge or effluent at the outlet of the digester or aeration (various charges), in a compact treatment reactor, very simple operation and implementation, and in which is effectively carried out the adsorption and desorption of the metals to be eliminated.
  • the process which is the subject of the present invention thus makes it possible to degrade a large fraction of the metals in solution with a metal retention efficiency ranging from 20 to 99%, in particular from 30 to 95%, in particular from 45 to 85%, for a wide range. range of metal ions in varying concentrations.
  • the method according to the present invention makes it possible to get rid of a substantial part of the toxic pollutions, while still preserving in the treatment reactor at least a part of the biomass that will then be able to be reused for subsequent processing operations .
  • the process according to the present invention makes it possible to drive a concentrate of toxic pollutions (washing effluents: desorption stage) out of the treatment reactor in a very small volume of fluid, which we will then be able to get rid very easily, for example by incineration, drying or a specific treatment.
  • the process according to the present invention makes it possible to work almost continuously for one to several days, and therefore to treat a large volume of fluid to be detoxified.
  • the process according to the present invention was able to degrade some of the organic matter of the fluids to be treated and to reduce their volume in part.
  • the process according to the present invention is able either to detoxify the fluids loaded with metals, or to degrade a part of the organic matter of the fluids to be treated, or at the same time to carry out the detoxification of the fluids loaded with metals and the degradation of a part of the organic matter of these fluids.
  • the metals trapped in this organic matter are released and solubilized.
  • the metals are made more accessible, and the detoxification of the fluids is then facilitated.
  • the degradation process is intimately related to the detoxification process, and the performances of these two types of processes are thus potentiated, exerting a synergistic action.
  • the process for the degradation of the organic material of fluids according to the present invention which makes it possible to treat the fluids using micromycetes in culture fixed, is particularly advantageous compared to the fluid treatment process using micromycetes in free culture, as described in the patent application WO 03/076351.
  • the degradation method according to the present invention constitutes an improvement over the method of the application WO 03/076351, since the method according to the present invention makes it possible to significantly improve the biological degradation of the organic material by the mycelial route, and reduce the volume of sludge by the same amount.
  • the method which is the subject of the present invention thus makes it possible to degrade a large fraction of the organic material of the fluid in a range of from 20 to 80%, advantageously from 40 to 50%, on average of the amount of dry matter (material
  • Organic and mineral matter such as sludge, and thus generate a high reduction in the volume of sewage sludge.
  • the degradation performances are improved, insofar as the micromycetes which are fixed on a support make it possible to obtain a favorable intimate contact between the fluids to be treated and the mycelial biomass.
  • the growth rate of mycelial species in fixed culture is accelerated compared to the growth rate of mycelial species in free culture.
  • the growth rate ⁇ of the micromycetes in the fixed culture is advantageously between 0.1 and 0.2 ⁇ - 1 according to the mycelial species, whereas the growth rate ⁇ of the micromycetes in free culture (without solid support) is typically of the order of 0.05 j- 1 .
  • the residence time of the sludge or effluent in the treatment reactor is decreased when using micromycetes fixed on a solid support according to the process according to the invention (fixed culture), compared to the processes in which are placed micromycetes in free culture.
  • the residence time is from 10 to
  • the residence time of the sludge or effluents to be treated in the treatment reactor is of the order of 1 to 5 days, typically 3 to 4 days, in the context of the present invention.
  • the method of degradation of the organic material is also advantageous since it makes it possible to minimize the supply of micromycetes into the treatment reactor for renewal purposes.
  • the supply into the reactor of treatment of micromycetes grown in parallel continuously in a bioreactor associated on site, ensuring the in situ bioaugmentation of micromycetes in the treatment reactor, is thus reduced.
  • the micromycetes are in a dynamic fixed culture.
  • the treatment reactor then contains a bed of mycelial biomass fixed on a solid support, and the bed is in the form of a fluidized bed or in the form of a moving bed (MBBR).
  • MBBR moving bed
  • the subject of the present invention is thus a process for the degradation of the organic fluid material and / or the detoxification of metal-laden fluid, comprising the treatment of the fluid by passage over a bed of mycelial biomass fixed on a solid support in a reactor of treatment, the fluid being selected from effluents or sludge treatment plant predominantly urban.
  • the mycelial biomass is produced from micromycetes, or a mixture of micromycetes consisting of molds and yeasts.
  • the micromycetes of the mycelial biomass are selected from the genera Penicillium, Trichoderma, Mucor, Galactomyces, Streptillus, Fusarium, Geotricum, Phoma, Botrytis, Geomyces, Saccharomyces, and mixtures thereof.
  • the micromycetes are chosen from: Penicillium roqueforti,
  • Penicillium chrysogenum Penicillium atramenlosum, Trichoderma viride, Trichoderma reesei, Trichoderma har ⁇ ianum, Mucor hiemalis, Mucor racemosus, Mucor fuscus, Mucor plumheus, Galactomyces geotricum, Aspergillus phoenicis, Aspergillus niger, Geotricum candidum, Phoma glomerata, Botrytis Cinerea, Geomyces pannorum, and their mixtures.
  • a single strain of micromycetes is used. According to another embodiment, several different strains are combined, forming a mycelial mixture, possibly with a synergistic effect.
  • the mycelial yeasts are chosen from the genera Candida, Saccharomyces, Rhodotorula, Aureobasidium, Endomycopsis and Pichia, and their mixtures.
  • Yeasts are typically fungi or filamentous fungi.
  • the yeasts are chosen from: Candida sake, Saccharomyces cerevisiae, Rhodotorula rubra, Aureobasidium pullulans, Endomycopsis capsularis, Pichia membranifaciens, and mixtures thereof.
  • the solid support is an inert support, such as an inert granular support, advantageously made of pozzolana, limestone, sand, pumice, basalt, clay, quartz, anthracite, activated alumina, zeolite, or mixtures thereof, or a plastic support or lining.
  • an inert support such as an inert granular support, advantageously made of pozzolana, limestone, sand, pumice, basalt, clay, quartz, anthracite, activated alumina, zeolite, or mixtures thereof, or a plastic support or lining.
  • the particle size of the solid support is between 1 and 5 mm, more advantageously between 1 and 3 mm.
  • the solid support according to the present invention can also be loose or structured packing, such as plastic packing or the like, or mineral packing.
  • the degradation and / or detoxification process according to the present invention is carried out at least partially aerobically in the treatment reactor.
  • the method can thus be implemented in syncopage mode.
  • the degradation and / or detoxification process according to the present invention is carried out aerobically in the treatment reactor.
  • the micromycetes are grown in parallel continuously in a separate bioreactor.
  • the method further comprises a preliminary step of ultrasonic fluid treatment.
  • Ultrasonic treatment of fluids such as sludge has already been described in various articles, such as: Shimizu et al., Biotechnology and Bioengineering, 1993, Vol. 41, 1082-1091; Yoon et al., Water Research, 2005, 39, 3738-3754; and Vera et al., IWA-Sludge South Africa Conference, 2005.
  • ultrasonic pretreatment aims to disintegrate fluids such as sludge, by transforming particulate organic matter into soluble organic matter.
  • Ultrasound allows lysing fluid cells, and releasing some of the interstitial fluid contained in cell membranes. This allows an ease of accessibility of organic matter (COD rendered soluble), and an acceleration of degradation of organic matter and release of metals.
  • the contact time of the fluid with the bed of mycelial biomass is between 1 and 7 days, advantageously between 1 and 5 days, even more advantageously between 2 and 5 days. and 4 days.
  • the mycelial biomass bed is in the form of a fluidized bed or in the form of a moving bed in the degradation method according to the present invention.
  • the bed of mycelial biomass is in the form of a fluidized bed.
  • the degradation process then advantageously comprises: feeding the fluid to be treated in the lower part of the reactor, the reactor being an upflow treatment reactor containing a bed of mycelial biomass fixed on a solid support, the recirculation of the fluid having passed through the reactor; bed, from the upper part of the reactor to the lower part of the reactor, so as to create an expansion of the bed and maintain an expansion rate sufficient to prevent clogging of the bed, and recovery of the cleaned fluid.
  • the expansion rate of the bed is maintained between 5 and 50%, advantageously between 10 and 40%, even more advantageously between 20 and 30%.
  • the recovery of the depolluted fluid is carried out by overflow or by pumping the decontaminated fluid located in the upper part of the reactor overcoming the bed of mycelial biomass.
  • the bed of mycelial biomass is in the form of a moving bed.
  • MBBR-type reactors have already been described in various articles such as Water Sci Technol 2004; 49 (1): 61-8, or Water Sci Technol. 2003; 47 (12): 155-61.
  • no MBBR of the prior art has implemented a biomass bed of micromycetes in culture fixed on a solid support.
  • the method which is the subject of the present invention aims to degrade the organic matter and / or to detoxify the fluids loaded with metals, whereas the mobile beds conventionally used until now have been used for the treatment of carbon and carbon. nitrogen.
  • the micromycetes are fixed on a plastic lining, advantageously having different specific surfaces.
  • the plastic lining on which the biomass is fixed can be extracted from the reactor for washing.
  • the concentration of MES in the reactor (1) is too high.
  • the concentration is too high when at the outlet of the reactor (1), the concentration is 20 to 50% higher than the initial MES concentration of the fluid to be treated.
  • the washing fluid may be an aqueous solution, such as water, an acid, a base, or mixtures thereof.
  • the washing fluid may for example be treated or purified water, water leaving the purification plant, water upgraded using membrane techniques (superior bacteriological qualities), or water network.
  • the sludge resulting from the washing is then reinjected into the treatment reactor during the degradation of the organic material of the fluids, when the fluids are not loaded with metal pollutants.
  • the method which is the subject of the present invention relates to a method for detoxifying metal-loaded fluid by adsorbing metals by passing on the bed of solid-supported mycelial biomass in the treatment reactor, comprising contacting the fluid to be treated with the bed of mycelial biomass, and the recovery of the fluid detoxified, characterized in that, intermittently, the flow of the fluid is interrupted on the biomass bed and the bed of biomass is washed by circulating a washing fluid in the reactor under hydraulic conditions allowing desorption metals by driving at least a portion of the biomass loaded with metals.
  • the metals are selected from the group consisting of chromium, cadmium, nickel, copper, zinc, lead, mercury, aluminum, arsenic, selenium, cobalt, and mixtures thereof.
  • the washing fluid is an aqueous solution, such as water, an acid, a base, or mixtures thereof.
  • the washing fluid is water.
  • the washing fluid may for example be treated or purified water, water leaving the purification plant, water upgraded using membrane techniques (superior bacteriological qualities), or water network.
  • the bed of biomass is washed after having reached a threshold value of pressure drop in the reactor and / or a threshold value of the ratio of the content of MES of the fluid output by relative to the MES content of the fluid entering the reactor.
  • the hydraulic conditions for desorbing the metals are obtained with a flow rate of the washing fluid which is 5 to 30 times, advantageously 5 to 25 times, in particular 20 to 25 times, greater than the speed of the washing fluid. passage of the fluid on the biomass bed during adsorption.
  • fluid velocity is meant in the sense of the present invention the ratio: hydraulic flow rate of the fluid on the ground surface of the treatment reactor.
  • the hydraulic conditions such as the type of flow (laminar, turbulent, etc.), during the washing operation may advantageously be chosen so as to desorb the metals by driving at least a part of the biomass loaded with metals out of the treatment reactor (1).
  • the bed of mycelial biomass is in the form of a fixed bed, in particular when the fluids to be treated are effluents, and not sludges.
  • Hydraulic conditions for desorbing the metals are obtained with a flow rate of the washing fluid of between 40 and 60 m / h, advantageously of the order of 50 m / h, for a fluid flow rate on the bed of biomass during adsorption of between 2 and 5 m / h, advantageously between 2 and 3 m / h.
  • the bed of mycelial biomass is in the form of a fluidized bed during detoxification.
  • the hydraulic conditions for desorbing the metals are obtained with a bed expansion rate of between 25 and 60%, advantageously between 30 and 50%, during the washing operation, for a rate of expansion. of the bed of between 15 and 35%, advantageously of the order of 20%, during the adsorption of metals, provided that the rate of expansion of the bed during washing is always greater than the rate of expansion of the bed during adsorption.
  • the bed of mycelial biomass is in the form of a moving bed during detoxification.
  • the treatment reactor is then a moving bed reactor (MBBR).
  • MBBR moving bed reactor
  • the micromycetes are fixed on a plastic lining (3), advantageously having different specific surfaces.
  • the plastic lining (3) on which the biomass is fixed can be extracted from the reactor (1) for washing in a washing tank (11).
  • the washing tank (1 1) may be a decanter or a reactor promoting settling.
  • the packings and sludge fluid of the process reactor (1) are pumped (16) to a wash tank (11) by means of pumping means.
  • the floating power of the plastic packings (3) which rise to the surface in the washing tub (11) is used, and the sludge is allowed to settle in the tub (11), which is preferably a decanter.
  • the settling of the sludge is a summary settling
  • a grid (13) is used in the washing tub for retain the packings in the tank (11) during the reintroduction of the fluid from the tank (1 1) to the reactor (1).
  • the objective of the washing operation is to unhook the linings (solid supports) metals or toxic pollutants intimately attached to the micromycetes since fixed in their cell wall.
  • the washing is carried out with stirred water or water at high pressure, or with reagent baths (acid, base).
  • the washing can also be carried out with any disintegration technique such as mechanical shear-type disintegration, or by using ultrasound to disintegrate the material and pick up this fixed biomass on the packings.
  • any disintegration technique such as mechanical shear-type disintegration, or by using ultrasound to disintegrate the material and pick up this fixed biomass on the packings.
  • the settling is advantageously allowed to take place again in the tank (1 1), then the concentrate (the decantate) (17) is withdrawn from the bottom of the tank.
  • the concentrate (17) is a polluted concentrate
  • Floating packings supernatant in the tank (11) are then re-introduced into the reactor using pumps (16) or any other system for conducting these packings to the main treatment reactor (1).
  • the micromycetes are grown in a separate bioreactor (8), in parallel with the treatment reactor (1) and the wash tank (11).
  • the micromycetes are injected from the bioreactor (8) to the washing tub (11). This embodiment is advantageous since the micromycetes injected into the tank (1 1) are then in a medium adapted to mycelial growth, which accelerates and promotes the formation of biomass on the packings (3).
  • the packings (3) are then already re-seeded when they are then reintroduced into the treatment reactor (1).
  • the method further comprises a preliminary step of solubilizing the metals of the fluids to be treated.
  • the subject of the present invention is also a plant for the degradation of the fluid organic material and / or the detoxification of a fluid loaded with metals, comprising at least one treatment reactor (1) containing: injection means (2) for the fluid treating, - a bed of biomass (3) mycelium fixed on a solid support, a gas injection device (4) such as air, extraction means (5) of the treated fluid, optionally means for extraction and reinjection of the solid support, optionally injection means (6) of the washing fluid, and - optionally extraction means (7) of the washing fluid.
  • the treatment reactor (1) further contains means for regulating the temperature, pH and / or oxygenation.
  • the treatment reactor (1) may also comprise means for regulating the flow rates for injection and extraction of the fluid to be treated and / or the washing fluid.
  • This installation is suitable for implementing the method according to the present invention.
  • the plant further comprises, in parallel with the treatment reactor (1), a bioreactor (8) for continuous culture of micromycetes.
  • the micromycete continuous culture bioreactor (8) comprises: means for injecting nutrients, trace elements, diluted substrate and an inoculum to be cultivated; means for homogeneous distribution of the micromycetes in the bioreactor, transfer means (9) of the micromycetes grown to the treatment reactor (1), and filtration of the air circulating in the bioreactor.
  • the transfer means (9) may be of the type of solenoid valves or pumps.
  • the sizing of the bioreactor (8) allows a monthly injection in a range of 1/5 to 2/3 of its reserve capacity.
  • the installation further comprises, upstream of the treatment reactor (1), means for treating the fluid to be treated ultrasonically.
  • the plant further contains, upstream of the treatment reactor (1), means for solubilizing the metals of the fluids to be treated, such as anaerobic reactors, and / or means acidification (14).
  • the plant according to the present invention may contain a single treatment reactor or several associated processing reactors in parallel (flow sharing) or in series, especially in industrial applications. If the plant according to the present invention contains several treatment reactors, it is possible to selectively dimension each of the structures constituting the pathway by selecting a particular bed of mycelial biomass (specific mycelial cocktail), specific treatment conditions (pH, temperature). , and by adjusting the hydraulic and / or rheological operating parameters (climbing speed and useful height of material in particular).
  • the installation can comprise two treatment reactors within each of which is carried out a detoxification of the fluid.
  • the first treatment reactor can then be a roughing work where the majority of the metal pollution is clipped, and the second processing reactor can be a refining work to remove the remaining metals.
  • each of the reactors may be specific according to a concentration range and the type of metals to be decontaminated.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a fluid treatment reactor (1) which comprises means injecting (2) fluid to be treated, a sand layer (12) surmounted by a fluidized bed of biomass (3) mycelium fixed on a solid support pozzolan type, an air injection device (4) in the form of bubbles of different diameters such as a booster supplying an air diffusion system, means for extracting (5) the detoxified fluid, means for injecting (6) the washing fluid, means for extraction (7) of the washing fluid containing at least a part biomass loaded with metals, and, in parallel with the treatment reactor (1), a continuous micromycete culture bioreactor (8) equipped with transfer means (9) for micromycetes grown to the treatment reactor (1).
  • a fluid treatment reactor (1) which comprises means injecting (2) fluid to be treated, a sand layer (12) surmounted by a fluidized bed of biomass (3) mycelium fixed on a solid support pozzolan type, an air injection device (4) in the form of bubbles of different diameters such as a booster supplying an air diffusion system, means
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of a fluid treatment reactor (1) containing a fixed culture of micromycetes moving bed.
  • the treatment reactor (1) comprises fluid injection means (2) to be treated, a mobile bed of mycelial biomass fixed on a solid support (3) of the plastic packing type, an air injection device (4). ), extraction means (5) of the detoxified fluid, a grid (13) for retaining the packings (solid supports) when extracting the fluid from the reactor.
  • a washing tank (11) containing the packings (3) floating in the tank, a grid (13) for retaining the packings (solid supports) when the fluid of the tank.
  • the washing tub (1 1) also contains means for extracting the concentrates (17) loaded with metals.
  • Recirculation means (15) is used to return fluids such as sludge from the wash tank to the treatment reactor (1).
  • a means (16) for extracting and reintroducing the packings makes it possible to send the packings into the washing tub (11) for the purpose of being washed, and then to reintroduce the packings freed from the majority of the metal pollutions in the reactor. treatment (1).
  • the treatment reactor (1) and the washing tank (1 1) may contain stirring means.
  • FIG. 1 corresponds to an embodiment of the method that is the subject of the present invention, in which the treatment reactor is in fluidized form.
  • the fluid extraction means (5) and the extraction means (7) of the washing fluid containing at least a portion of the metal-loaded biomass may be merged at the outlet of the reactor (1) in the context of the present invention.
  • each of the extracted fluids can then be directed to an extraction circuit of its own, for example using a valve system.
  • the fluid to be treated can be previously stored in a storage tank (10) or supply, before being transferred, for example by means of pumps, to the treatment reactor (1).
  • the fluid to be treated can undergo a pretreatment using acidification means (14) to promote the solubilization of metals.
  • the treatment reactor (1) is advantageously provided with a fluid recirculation circuit to be treated, of the effluent or sludge type, in order to promote fluidization and expansion of the bed of mycelial biomass (3).
  • a recirculation pump is then advantageously installed on a recovery tank (1 1), which is preferably equipped with stirring means to prevent sludge or effluent settling.
  • the recovery tank allows in particular to eliminate the surplus air before the recovery of the fluid to be treated by the recirculation pump.
  • the treated fluids can be recovered overflow from the recovery tank (11), and can be transferred, for example by gravity, into a sludge or effluent extraction tank.
  • the air injection (4) can be carried out directly in the treatment reactor
  • the injection of air (4) into the recirculation pipe makes it possible to promote the dispersion of the air within the fluids to be treated, and to limit the preferential passages that can cause a gas injection at a point in the reactor.
  • the process according to the present invention can effectively treat various types of fluids, such as sludge or raw urban or industrial effluents, concentrated in toxic metals.
  • the method according to the present invention is advantageously used to treat effluents or sludge predominantly urban, including sludge from a biological treatment anacrobic or aerobic, or a so-called primary or physicochemical treatment.
  • the fluids which can be treated in the context of the present invention may be more or less loaded with MES, and may have contents of between 5 and 30 g / l, advantageously between 5 and 15 g / l, in particular between 8 and 10 g / l. g / L.
  • the metals that can be treated by the present invention are of various types, and may be in varying concentrations in the fluid to be treated.
  • the treatment of fluids according to the present invention can be carried out continuously or discontinuously (batch type).
  • the treatment reactor is continuously fed with the fluid to be cleaned and the fluid is extracted partially or completely detoxified.
  • the treatment is simply interrupted for a short period of time during which washing the biomass bed with a washing fluid to entrain at least a portion of the biomass loaded with metals.
  • the treatment reactor (1) is advantageously a cylindrical reactor of vertical axis, with a height generally of between 1 and 5 meters, typically about 2 to 4 meters.
  • a civil engineering design of the treatment reactor (1) By the term “cylindrical” is meant in the sense of the present invention a surface generated by a generator that moves parallel to a fixed direction based on a fixed plane profile perpendicular to the given direction.
  • the perimeter of the base of the treatment reactor (1) can be in various forms, such as the square or rectangular shape.
  • the introduction of fluid to be treated in the treatment reactor (1) can be performed by an injection manifold (2) equipped with orifices of adjusted diameter.
  • the introduction of fluid can also be carried out using a strainer floor, preferably provided with several strainers distributed over the section of the treatment reactor (1).
  • the strainers have orifices preferably between 0.5 and 5 mm, even more preferably between 1 and 2 mm.
  • a layer of sand or a similar material is placed in the treatment reactor (1) under the biomass bed (3) in fixed culture.
  • the floor type strainer advantageously above the injection means of the fluid to be treated, the floor type strainer.
  • the sand may be coarse sand with a particle size of between 4 and 5 mm.
  • the layer of sand or similar granular material used makes it possible to support and maintain the biomass bed (3) in culture fixed in the treatment reactor (1), and to improve the dispersion of sludge or effluent in the biomass bed .
  • the biomass bed (3) according to the present invention can be fixed or mobile.
  • the fluid to be treated is water or an effluent having MES contents of less than 5 g / l
  • a fixed bed is advantageously used.
  • the treatment reactor (1) can be upflow or downflow.
  • the fluid to be treated can thus be introduced in part upper reactor and this fluid is advantageously brought into contact with the bed of mycelial biomass by percolation, over the entire height of the reactor, preferably from one end to the other of the reactor.
  • the detoxified fluid is then advantageously recovered using a recovery device (5), such as a set of crenellated chutes.
  • the treatment reactor (1) is preferably upflow.
  • the biomass bed is then no longer compacted, but is in the expanded state.
  • the support of the biomass bed is an inert granular support such as pozzolan, the bed can not be suspended by mechanical stirring, because of the friable nature of the support material.
  • the bed is then advantageously put in fluidized form by recirculation of the effluents or sludge in the treatment column (1).
  • the recirculation flow rate which is preferably 10 to 100 times greater than the supply flow rate of the fluids to be treated, makes it possible, in addition to the feed rate, to reach within the biomass bed the minimum fluidization speed, the speed beyond which the bed becomes expanded. Once the bed is expanded, suspended solids can pass through it, preventing clogging of the treatment reactor (1).
  • the fluid to be treated is advantageously introduced into the lower part of the reactor, preferably at the base of the reactor.
  • the detoxified fluid is then advantageously recovered in the upper part of the reactor, for example by overflow, with the aid of a recovery device (5), such as a set of crenellated chutes.
  • the detoxified fluid partially or almost completely, may also be recovered from a fluid recirculation line (as shown in Figure 1).
  • the biomass is fixed on an inert solid support allowing to favor its development. The support thus makes it possible to facilitate the concentration of the biomass.
  • the solid support is an inert granular support, with a particle size of between 1 and 3 mm, preferably of the order of 2 mm.
  • the solid support can sieved before being injected into the reactor.
  • the support used is a support based on pozzolan, preferably having a particle size of between 1 and 3 millimeters.
  • Biomass used can be isolated from the ground or various pre-existing ecological systems.
  • Micromycetes for generating mycelial biomass can be of various kinds. Micromycetes are microorganisms particularly adapted for the retention of various metals, and are advantageously used in the context of the present invention in the form of a mycelial consortium.
  • one proceeds to the simultaneous development of a set of synergistic species of micromycetes.
  • the type of micromycetes injected into the treatment reactor is determined according to the nature of the fluids to be treated and the types of metals that are to be fixed.
  • the metals to be eliminated are fixed by adsorption in the cell walls of the fungi, more particularly at the level of the predominant constituents of the cell wall, i.e. in the chitin of the fungi.
  • micromycetes reference is made to microorganisms, as opposed to higher fungi. We understand at the same time the notion of mycelium which is the vegetative apparatus, and the spores (reproductive apparatus). In addition, any lower fungus, used in an amount sufficient to contribute to the detoxification of sludge or effluents, this detoxification is evaluated by techniques appropriate to the scope of the skilled person.
  • the species cited in the context of the present invention are to be considered as non-limiting examples, the invention covering the use of species whose metal retention activity is demonstrated.
  • the term micromycete or mycelium plural mycelia
  • micromycetes particularly suitable are species that can be selected by appropriate selection protocols.
  • This selection of strains then cultured facilitates the production in large quantities of an active mycelial preparation for adsorbing the toxic pollutants of the solutions to be treated.
  • a preparation of at least one of these strains will be administered to the fluids to be treated at the implementation of the installation.
  • the fluid that one wants to detoxify is brought into contact with the biomass over the entire height selected in the core of the treatment reactor, for example by means of iluidization. Recirculation ensures almost permanent contact during the defined residence time.
  • the detoxification of the fluids can be carried out within the aerobic or anaerobic treatment reactor.
  • the treatment reactor (1) thus advantageously contains a device for injecting gas (4) in the form of bubbles, which are advantageously of different diameters.
  • the gas injection device (4) is preferably arranged in the immediate vicinity of the lower part of the reactor, in particular when using a fluidized bed of biomass.
  • the gas injection device (4) is advantageously in the form of a booster, preferably provided with a non-return valve to prevent the rise of sludge or effluent at the booster.
  • the treatment reactor (1) is aerobic.
  • a venturi system can then be used to allow the direct introduction of atmospheric air into the reactor (1).
  • the introduction of air by a compressor or a blower into the flow of the liquid to be treated can also be used with or without venturi.
  • the air injection device (4) makes it possible both to supply the oxygen necessary for the development of the biomass and to suspend the carrier particles of microorganisms when a fluidized bed of biomass is used.
  • the detoxification is carried out with an oxygenation of the order of 0.2 to 2 mg / l of oxygen. dissolved, even more advantageously between 0.5 and 1.5 mg / L, for example of the order of
  • the treatment reactor (1) is anaerobic.
  • a cocktail of fungi developing under strict anaerobic or anaerobic conditions is then advantageously used.
  • the gas injected into the reactor (1) can then be hydrogen or methane. This gas can be recirculated in the reactor (1), especially when using a fluidized bed of biomass.
  • the detoxification can be carried out in temperature ranges ranging from 20 to 50 ° C., advantageously at room temperature.
  • the detoxification of fluids, such as sludge, in the reactor can be carried out at neutral pH, advantageously at a pH of the order of 6 to 8. It can also be carried out at acidic pH, for example at a pH of order of 4 to 6, in order to increase the purification performance of micromycetes.
  • the pH of the treatment reactor can then be regulated using a mineral acid such as sulfuric acid, nitric or hydrochloric acid, or an organic acid of the acetic acid type.
  • a mineral acid such as sulfuric acid, nitric or hydrochloric acid, or an organic acid of the acetic acid type.
  • the MES contents are measured at the inlet and at the outlet of the reactor in order to ensure that the fluids such as the sludge are not retained in the bed of mycelial biomass, and that the biomass is able to exercise its adsorbent power.
  • the measurement of the MES contents at the inlet and the outlet of the reactor is a good indicator of the clogging of the column.
  • the nature and / or the particle size of the solid support, the height of the bed, the speed and the flow rate of the fluid to be treated or recirculated, the rate of expansion of the bed when using a bed of biomass in mobile form, or the contact time of the fluid to be treated in the reactor are chosen so as to exert effective adsorption of metals, preferably of the order of 20 to 99%, in particular 45 to 85% .
  • an effluent or sludge contains, at the inlet, zinc contents of the order of 1000 mg / kg of solids, copper contents of the order of 600 mg / kg of materials. dry matter, and chromium contents of the order of 6180 mg / kg of solids.
  • the effluent or the sludge may contain zinc contents of the order of 150 mg / kg of solids, copper of the order of 96 mg / kg of dry matter, and levels of undetectable chromium.
  • the metal retention rates are then respectively of the order of 85% for zinc, 84% for copper, and about 100% for chromium.
  • the washing operation is a partial wash, aiming at detaching 50 to 80% of the biomass that has developed on the grains.
  • the metallic pollution is recovered as time goes by in the metal pollution concentrate entrained out of the treatment reactor, following the various washes performed.
  • the contact time in the treatment reactor (1) is of the order of a few hours to a few days, preferably 1 to 2 days.
  • the height of the biomass bed at rest can be determined as a function of the contact time and the velocity of the fluid in the treatment reactor.
  • the treatment reactor (1) is filled with 30 to 70%, advantageously 50 to 60%, of granular material of the pozzolan type which will constitute the solid support of the biomass bed.
  • the biomass bed is in fluidized form and the injection of fluid to be treated, as well as the injection of gas such as air, into the reactor lead to an expansion of the material. adsorbent by creating a mobile bed of mycelial biomass.
  • the fluid is recirculated in the treatment reactor (1), preferably with a recirculation rate 10 to 100 times greater than the feed rate of the fluids in the reactor, in order to promote fluidization and expansion of the reactor. bed.
  • the speed of the fluid in the reactor is chosen as a function of the retention rate of the metals that one wishes to obtain, and / or as a function of the contact time.
  • a washing fluid such as water, which is injected into the treatment reactor (1).
  • the nature of the washing fluid used depends on the medium and the selected mycelial species, as well as the operating constraints and the characteristics that one wants to give to the concentrate of metallic pollutions (pH of the concentrate).
  • washing of the bed is carried out every 1 to 3 days.
  • the frequency of the washing depends in particular on the nature and the concentration of the sludge or effluent to be treated, the volume of the treatment reactor and the Montasse bed, the operating constraints and the level of depollution required. Washing frequencies may be periodic, but not necessarily. Periodic washing frequencies are generally used when the process according to the present invention is carried out in an automated manner.
  • the bed washing operations are triggered when a rise in pressure drop in the reactor (1) is observed and / or an increase in the ratio of the content of the MES of the fluid leaving the reactor by relative to the MES content of the reactor inlet fluid (1).
  • an increase in pressure drop in the treatment reactor typically of the order of 20 to 50%, advantageously 40 to 50%, or an increase in the content of
  • MES output fluid typically of the order of 10 to 20%, relative to the initial MES content of the fluid to be treated, are reliable indicators of clogging of the bed, and the obstruction of the passage of fluid in the reactor.
  • the flexibility of the process depends on the concentration and quality of the sludge being treated.
  • the monitoring of the MES content of the fluid entering and leaving the treatment reactor make it possible to determine when the washing bed must be done and how often.
  • digital pressure sensors can be used to determine when the wash should be started.
  • MS dry matter
  • MV Magnetics Volatiles
  • MVS Dry Volatile Matter
  • the bed of biomass is washed after having reached a threshold value of pressure drop in the treatment reactor (1) and / or a threshold value of the ratio of the content of MES of the outlet fluid with respect to the MES content of the fluid entering the reactor (1).
  • the monitoring of the saturation rate of the adsorption sites of the bed and metal content of the input-output fluids can be used as limiting factors to determine when should be triggered bed washing operations.
  • the metal contents of the fluids to be treated are of the order of one hundred mg / L, it is advantageous to use limiting factors for monitoring the content of MES of the fluid entering and leaving the treatment reactor. , as well as the monitoring of the pressure drop in the reactor, to determine when to wash the bed of biomass. Fluid turbidity monitoring can also be used as a limiting factor.
  • the hydraulic conditions of the washing fluid are chosen so as to obtain an effective desorption of the metals by driving at least a portion of the biomass loaded with metals, advantageously by entrainment of at least 50%, still more preferably at least 70%, in particular at least 80%, of the biomass loaded with metals.
  • the washing is carried out under faster flow conditions than during the adsorption phase, in order to unhook at least part of the grain biomass of the support, and to drive out of the reactor a concentrated toxic metal pollution.
  • the detoxification process according to the present invention makes it possible to separate and remove from the treatment reactor (1) a metal pollution concentrate having a very small volume relative to the volume of fluid to be treated at the inlet of the reactor.
  • the process makes it possible to concentrate the metals in a volume of 10 to 1000 times, preferably of the order of 100 times, smaller than the volume of sludge or effluent to be treated.
  • One of the great interests of the process according to the present invention is that the volume of waste to be disposed of can be effectively reduced.
  • the washing according to the present invention makes it possible to unclog the bed of biomass and to continue the treatment of the fluids to be detoxified.
  • the flow rate or the flow rate of the washing fluid in the reactor are chosen so as to return to the end of the washing at the initial conditions of the MES content of the fluids and pressure drop in the reactor. .
  • the washing is carried out until the MES contents of the fluid entering and leaving the reactor do not differ by more than 10%, and / or the pressure drop in the reactor. reactor is not increased by more than 10%.
  • the bed of mycelial biomass is in the form of a fixed bed.
  • the washing can then be carried out countercurrently or co-currently in the treatment reactor (1).
  • the flow rate of the washing fluid is 20 to 25 times greater than the flow rate of the fluid during the adsorption phase.
  • the flow rate of the washing fluid is about 50 m / h during the desorption phase, for a fluid flow rate on the biomass bed of about 2 m / h during the phase of desulfurization. 'adsorption.
  • the bed of mycelial biomass is in the form of an expanded bed.
  • the washing fluid is then injected into the lower part of the reactor.
  • the expansion rate of the bed is of the order of 50% during the washing operation for a sludge having a MES content of the order of 10%, whereas the rate of Expansion of the bed is of the order of 20% during the adsorption phase of the metals.
  • the expansion rate of the bed is of the order of 35% during the washing operation for a water that is slightly loaded with MES, whereas the rate of expansion of the bed is of the order of 15% during the adsorption phase of the metals.
  • the process according to the present invention makes it possible always to leave in the reactor part of the fixed culture mycelial biomass, thus making it possible to reuse the remaining biomass and to renew mycelial biology much more easily for the treatment operations.
  • a partial or partial washing of the bed of mycelial biomass is carried out in the context of the present invention.
  • the Applicant has observed that the more the support was colonized and the more the mycelial biomass had exerted its power of adsorption and metabolization of metals, the easier it was to unhook part of the charged biomass. in metals and the training out of the reactor of a concentrate of toxic pollutions.
  • the simple injection of the washing fluid into the reactor under fast flow conditions makes it possible to unhook part of the biomass concentrated in metals.
  • the washing fluid loaded with metals is recovered, after having circulated on the biomass bed, using an extraction device (7) of the washing fluid. It may for example be collected by overflow in the upper part of the reactor using a recovery device, such as a set of crenellated chutes, when the injection of the washing fluid is in the lower part of the reactor.
  • the metal loaded wash fluid can also be recovered from a fluid recirculation line ( Figure 1).
  • an intermediate tank (1 1) which is located on a recirculation loop between the injection means (6) of the washing fluid and the extraction means (5). fluid.
  • the washing sequence can thus take place as follows.
  • the passage of the fluid to be treated is temporarily interrupted on the bed of biomass, and the intermediate tank (11) is emptied, which is then filled with wash water, for example effluents leaving the outlet. sewage treatment plant that are lightly loaded.
  • the washing water is circulated in the reactor (1) by passing it over the bed of biomass (3), for example at a rate of 350 L / h (40% of the pump) for 15 minutes. .
  • it is proceeded to the emptying of the intermediate tank (11), which is then filled with washing water, and the toxic pollution concentrate is recovered in an auxiliary tank.
  • the washing water is circulated again in the reactor (1) by passing it over the biomass bed (3) at a higher rate than during the first washing sequence, for example at a rate of about 435 L / h (50% of the pump) for 15 minutes.
  • the intermediate tank (11) is emptied again, which is then filled with water, and the toxic pollution concentrate is recovered in an auxiliary tank.
  • the micromycetes are cultivated in parallel continuously in a micromycete continuous culture bioreactor (8), separated from the treatment reactor (1), and the micromycetes are injected into the treatment reactor (1). from said bioreactor (8), advantageously using transfer means (9).
  • the injection of the micromycetes into the reactor (1) is preferably carried out by gravity, or by means of valves that are opened and closed with a fixed flow rate or, failing this, the pumping technology makes it possible to preserve the microorganisms injected into a favorable metabolism.
  • the continuous culture of micromycetes in a bioreactor makes it possible to ensure the continuous and permanent renewal of the mycelial biomass by bio-increase in the reactor (1).
  • the treatment reactor (1) and the bioreactor (8) are inoculated as soon as they are put into service.
  • the treatment reactor is inoculated as soon as it is put into service using micromycetes produced under specific conditions.
  • the reactor (1) is inoculated with 0.5 to 15%, advantageously from 3 to 6%, in particular from 4 to 6%, of micromycetes, preferably in the form of a mycelial cocktail, relative to the volume of the mixture.
  • Injections of micromycetes into the treatment reactor (1) from the bioreactor (8) are preferably carried out periodically, for example every 2 months.
  • the biomass in the treatment reactor (1) is thus regularly regenerated.
  • the fluids to be treated are advantageously enriched with nutrients (source of carbon, nitrogen, etc.) or carbonaceous substrates of the molasses type, preferably molasses of the sugar industry, starch, or malt extracts.
  • the nutrients or carbon substrates are advantageously injected into the bioreactor (8), and can also be injected directly into the treatment reactor (1).
  • the amount of micromycetes injected into the treatment reactor from the bioreactor (8) is determined so as to always have a concentration of species sufficient to ensure the retention of metallic pollutions by adsorption. New species are thus regularly injected into the treatment reactor (1) in order to constantly regenerate the mycelia, especially in order to replace fungi which have assimilated too many metals and which are therefore lysed. Indeed, it was discovered that there was a lethal dose of metals for fungi, and that the fungi generally underwent intoxication and lysis after having assimilated a dose in metals higher than this lethal dose.
  • repetitive inputs of biocatalysts may be automatically performed during the process.
  • fluids such as sludge
  • micromycetes application of inoculation to the first day
  • micromycete cultures may not be specific enough (uncontrolled development in the presence of nutrients from non-specific and non-specific flora). repetitive).
  • a mixture of a selected "exogenous” fungi and other "endogenous” amplified and nutrient regulated flora will preferably be used.
  • the process then makes it possible to constantly overdose the "active ingredient” and to maintain the technical performance despite variations in the flow or the composition of the fluids to be detoxified.
  • the bioreactor (8) allowing on-site production and / or continuous injection of microorganisms into the reactor (1), allows permanent and optimal colonization of the sludge. Compared to the definition of the chemostat mode (a culture in a renewed environment) which involves a single inoculation in the first day and then self-sufficiency, this is an additional security.
  • the system is inoculated with a cocktail selected and adapted to the type of fluid to be detoxified. This step allows the start of the installation because it generates the autonomous operation of the whole.
  • the continuous culture of micromycetes in the bioreactor (8) is preferably carried out aerobically.
  • the bioreactor (8) is specially configured for continuous micromycete culture.
  • the bioreactor (8) operates according to the principle similar to the "trickle bed", preferably using a preferably lamellar lined support, or a plastic support in the form of a strip, allowing the development of a mycelial biology.
  • This bioreactor which could be called "mycelial bed” is used to grow aerated mycelial cocktail after being selected for each type of fluid to be treated.
  • the size of the bioreactor (8) is dependent on the flow to be treated, but also on the quality and / or the composition of the effluents to be treated.
  • the bioreactor (8) is generally of small volume relative to the treatment reactor (1).
  • the bioreactor (8) occupies a useful volume 50 to 500 times, advantageously 50 to 100 times, smaller than the main treatment reactor (1).
  • the useful volume of the bioreactor (8) may be of the order of 1 m 3 , for a reactor volume (1) of the order of 50 m 3 .
  • An appropriate amount of mycelial preparation is transferred via line (9) to the treatment reactor (1).
  • the mycelial preparation produced in the bioreactor (8) comprises spores and mycelia.
  • the volume of fluid treated in the treatment reactor corresponds to a determined residence time, and is seeded by spores and mycelium produced in situ.
  • the continuous mycelia production bioreactor (8) must be capable of supplying the biomass it contains and growing there with the amount of oxygen it needs. It involves mixing three phases: an aqueous phase (the culture medium), a gaseous phase (the oxygenation gas of the mycelia, typically air), a biotic phase consisting of the majority of mycelium biomass.
  • the smooth progress of the process is related to the transfer phenomena between the cells (mycelia and spores) and the culture medium. It is first of all a transfer of matter from the external medium to the cell as regards the substrate and the compounds of the culture medium necessary for cell growth, in the opposite direction for the products of the metabolism of the cells in culture. . So that transfers can correctly, the distribution of the cells in the culture medium must be the best possible.
  • aerobic mycelia culture it is the oxygenation gas that creates turbulence and allows the maintenance of cells in homogeneous suspension.
  • the geometry of the bioreactor is designed so that oxygen transfer is as efficient as possible.
  • the supply of nutrients makes it possible to promote the development of micromycetes microorganisms and thus has an influence on the kinetic behavior of the present mycelial population.
  • the bioreactor (8) is designed to allow as good contact as possible between the two biotic and abiotic phases of the system.
  • the bioreactor (8) typically comprises, at the air inlet, an air filtration system, designed to avoid unwanted contamination by microorganisms. This filtration is performed for aerial bacterial microorganisms greater than or equal to 0.22 microns, or microorganisms of the aerial yeast type greater than or equal to 0.44 microns.
  • the rheological and chemical characteristics of the medium change, which leads to changes in operation, the transfers being made in the same way. It is therefore recommended to act on the operating modes to ensure that the mycelial population is at all times in the best conditions and that its kinetic behavior is optimal within the treatment reactor (1): air flow, and / or addition of substrates, or addition of reagents, and / or regulation of the temperature and pH (all these operations being easily automated).
  • the treatment reactor (1) is designed according to the type of process that must take place there.
  • the bioreactor establishes the established regime of the process described.
  • the established regime is reached (expected level of metal adsorption performance)
  • the regular supply of a sufficient quantity of fluids such as sludge (substrate for the flora) makes it possible to maintain the mycelial population to a degree of performance.
  • the bioreactor (8) can be in a variety of forms, such as a cylindrical column, of variable height depending on the sizing flows: air, surface of the contact lining.
  • the central portion contains a structured type of packing or other, to optimize the implantation of the cultivated population, its fixation and development in favorable conditions.
  • This packing can be of different types and different materials, the main thing being to allow the attachment of mycelia.
  • This spraying generated by a recirculation of the liquid allows its runoff on the lining of the tower and thus moistens the mycelia which adsorb the components of the liquid.
  • This bioreactor (8) is preferably surmounted by a roof-type cover allowing free passage of airflow but preventing rain falls.
  • the exchanges are favored by a countercurrent between the air and the concentrated liquid percolating on the lining.
  • a thermoregulation may be necessary in the case where the bioreactor (8) would not be protected from freezing.
  • the bioreactor (8) is heated and insulated.
  • the bioreactor (8) is designed to obtain a very limited consumption of inoculum to be implanted, because of the autonomy of the system which operates in recirculation pe ⁇ nanente, this recirculation ensuring optimal contact for the mycelial population with the constituents promoting its development.
  • a biological punctual analytical follow-up makes it possible to check the growth of the different species of mycelia constituting the selected cocktail.
  • a chemical analytical monitoring existing on the treatment stations with high metal contents, makes it possible to be located on the performances of the system.
  • the detoxification time is predefined according to the initial characteristics, but may vary according to the variations of flow treated upstream. It is a system that adapts perfectly to this kind of fluctuation: the analytical follow-ups make it possible to ensure the good performance of detoxification.
  • the performance of the degradation system of the organic material is quantified by performing analyzes of materials at the inlet and outlet of the treatment reactor: analysis of the MES (suspended matter) or MVS (volatile organic material (at about 555 ° C. )), representative of organic matter.
  • the same flow gap is an accurate reflection of the degradation of organic matter. In this, typically, the performance of the technology is subtracted from the volume of concentrate extracted from the process.
  • the method further comprises a preliminary step of solubilizing the metals of the fluids to be treated.
  • a preliminary step of solubilizing the metals of the fluids to be treated depending on the shape of the metals in the fluids to be treated, it will be necessary to transport these metals to the soluble phase.
  • release of the constitutive metals from the soil in the form of leachate (concentrated soluble phase) is caused in anaerobic media.
  • mycelial species or yeasts usually encountered in digesters can be implanted to target a decontamination of a metal or micro organic pollutant.
  • Such pretreatment can make it possible to dissolve said metal and to treat the dissolved part (more accessible substrate) on the detoxification stage.
  • the implementation of this technology can only be carried out in cases where physico-chemical dephosphatation has been implemented in the water sector. In the case where biological dephosphatation exists on the water chain, this anaerobiosis step can not be implemented without preventing the release of phosphorus.
  • Pozzolan represents 60% of the height of the reactor or "column". This support is configured as a filter between two pierced plates.
  • the system is continuous: feeding and sludge disposal are provided by pumps. The input / output flow rates are set at 2 mL / min. Aeration is provided by bubbling (unquantified aeration).
  • the inoculum consists of 3 micromycetes. These are the genera Mucor and Aspergillus.
  • the sludge is enriched with 5% molasses (molasses at 80 g / L). This sludge is inoculated with 3% of micromycetes (stock). The system then runs in batch mode for 3 days. Afterwards, the continuous system is put in place for 25 hours. This can treat about 3 L of sludge.
  • An installation according to the present invention contains a treatment reactor (1) of the order of 60 L, having a height of 1.60 m for 150 mm in diameter, comprising a floor strainer provided with 3 strainers distributed over the entire section of the reactor, the strainers having orifices of the order of 1 mm.
  • the strainer floor is surmounted by a layer of sand having a particle size of the order of 5 mm, surmounted by a bed of biomass in culture fixed on pozzolan of particle size of the order of 2 mm.
  • the pozzolan height in the reactor is about 1 m at rest.
  • Micromycetes of genus Mucor and Geotricum and Candida yeasts are injected into the reactor.
  • the treatment column is provided with a recirculation circuit for expanding and fluidizing the biomass bed.
  • the recirculation pump operates in a range between 0 and 700 L / h, and advantageously operates at a rate of about 300 L / h.
  • the feed pump which feeds the sludge to be treated in the column, operates in a range between 0 and 100 L / h.
  • the sludge to be treated which has MES contents of 8 to 10 g / L, is first admitted to a stirred feed tank, preferably having an acidic pH, and is then fed to the treatment reactor via the feed pump. Sludge is enriched with malt extracts. For 20 liters of pozzolan, a feed rate of the order of 20 L / day can be used.
  • the residence time is then about 24 hours in the treatment reactor.
  • the pump runs a few minutes (about 5 minutes) every 3-4 hours.
  • the installation is equipped with a booster (range 4 to 6 m 3 / h) to inject into the air recirculation line necessary for the biological functioning of the aerobic cocktail of micromycetes.
  • the treated sludge can be recovered by overflow, at the upper end of the treatment reactor, or overflow from a recovery tank placed on the recirculation loop.
  • the biomass bed is in fluidized form.
  • the expansion rate of the bed is of the order of 35% during the treatment of sludge by adsorption of metals. After a certain time, the passage of the sludge on the bed of biomass is interrupted and the bed is washed with water, with a bed expansion rate of the order of 50%.
  • the retention efficiencies are of the order of 73% for cadmium, 72% for nickel and 77% for chromium.
  • the following example is an example of continuous degradation of the urban sludge wastewater treatment plant organic matter.
  • a mycelial cocktail is injected into a treatment reactor to form a bed of mycelial biomass fixed on a solid support.
  • the residence time of the sludge with the bed of mycelial biomass is between 4 and 5 days.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de dégradation de la matière organique de fluide et/ou de détoxification de fluide chargé en métaux comprenant le traitement du fluide par passage sur un lit de biomasse mycélienne fixée sur un support solide dans un réacteur de traitement. Avantageusement, le lit de biomasse est sous forme fluidisée ou sous forme de lit mobile. De préférence, les micromycètes sont cultivés en parallèle de façon continue dans un bioréacteur séparé. L'invention a également pour objet une installation de dégradation de la matière organique de fluide et/ou de détoxification de fluide chargé en métaux, convenant à la mise en œuvre dudit procédé.

Description

PROCÉDÉ DE TRAITEMENT ET RÉACTEUR POUR LA DÉGRADATION DE LA MATIÈRE ORGANIQUE DE FLUIDE ET/OU DE DÉTOXIFICATION DE FLUIDE CHARGÉ EN MÉTAUX
5 La présente invention concerne le domaine technique général du traitement de fluides, tels que des boues ou des effluents, notamment les fluides chargés en métaux. Plus spécifiquement, la présente invention est particulièrement adaptée pour le traitement des effluents ou des boues à dominante urbaine.
En particulier, la présente invention concerne un procédé de dégradation de la 10 matière organique de fluide et/ou de détoxification de fluide chargé en métaux comprenant le traitement du fluide sur un lit de biomasse mycélienne fixée sur un support solide dans un réacteur de traitement. La biomasse mycélienne est constituée de micromycètes qui sont des champignons filamenteux pouvant inclure moisissures et levures. Le procédé selon la présente invention permet ainsi de traiter des fluides en 15 utilisant des micromycètes en culture fixée, qui permettent de dégrader au moins une partie de la matière organique des fluides et/ou qui permettent de détoxifier les fluides pollués par des métaux. L'invention a également pour objet une installation de dégradation de la matière organique de fluide et/ou de détoxification de fluide chargé en métaux convenant à la mise en œuvre dudit procédé.
20 Les métaux, notamment les métaux lourds du type chrome, cadmium, nickel, cuivre, zinc, plomb, ou mercure représentent une source de pollution particulièrement importante, tant en tenue de quantité, qu'en terme de risques environnementaux, en particulier lorsque les boues sont destinées à l'épandage agricole ou au compostage.
Afin de diminuer les concentrations métalliques en solution sous les normes en 25 vigueur, divers procédés ont été mis au point. Au côté de procédés physico-chimiques du type précipitation basique, adsorption sur résine et désorption, et techniques membranaires du type ultrafiltration ou nano filtration, puis des procédés électrochimiques tels que la cémentation, l'électrolyse, ou l'électrodialyse, des procédés biologiques ont été mis au point.
30 Ces derniers reposent sur les capacités que présentent certaines biomasses de fixer les métaux en solution, assurant ainsi une dépollution des effluents pollués par des ions métalliques. La diversité du monde biologique, liée à une importante activité de recherche, conduit à de très larges possibilités. Les biomasses étudiées proviennent de diverses origines : maritimes (algues), fongiques (champignons), végétales (feuilles, écorces, sciures...), et bactériennes.
Néanmoins, les procédés visant à réduire les concentrations métalliques d'effluents ou de boues développés jusqu'à présent ne présentent pas de rendements de dépollution satisfaisants dans des conditions économiques recevables, et ne permettent pas en général d'agir sur différents types de métaux présentant des disparités de concentrations. De plus, de tels procédés s'avèrent particulièrement limités, lorsqu'il s'agit de traiter de forts débits d'effluents faiblement concentrés. En outre, les traitements de l'art antérieur visant à dépolluer des effluents concentrés en métaux à l'aide de biomasses de diverses natures nécessitent souvent une régénération complète et permanente de la biomasse, notamment par le recours à des inoculations régulières d'additifs biologiques ou chimiques, afin de pouvoir fixer efficacement les métaux toxiques, et le recours à des techniques telles que la séparation solide/liquide (centrifugation, décantation) afin de séparer les métaux du fluide traité.
Par ailleurs, certaines techniques de l'art antérieur tels que les procédés physico-chimiques dénaturent les boues ou effluents à traiter, tandis que d'autres procédés tels que les filtrations membranaires ont des coûts d'exploitation particulièrement élevés. Par conséquent, il existait ainsi un besoin de mettre au point un procédé et une installation pour le traitement de fluides, tels que des effluents ou des boues, ne présentant pas les inconvénients des procédés et dispositifs de l'art antérieur, et permettant notamment de réaliser une dépollution efficace de fluides au sein d'un seul ouvrage de traitement par adsorption/désorption des métaux, en s 'affranchissant notamment de la nécessité de régénérer totalement et en permanence la biomasse se trouvant au sein du réacteur.
La présente invention vient combler ce besoin. La Demanderesse a ainsi découvert un nouveau procédé et une installation permettant de traiter et de dépolluer efficacement les fluides concentrés en métaux, tels que les effluents bruts, les eaux usées avant traitement, les boues de stations d'épuration, les boues ou effluents émanant de procédés de réduction de volume ; les boues ou effluents en sortie de digesteur ou d'aération (diverses charges), dans un réacteur de traitement, compact, très simple d'exploitation et de mise en œuvre, et au sein duquel est réalisée de manière efficace l'adsorption et la désorption des métaux à éliminer.
Le procédé objet de la présente invention permet ainsi de dégrader une fraction importante des métaux en solution avec un rendement de rétention des métaux allant de 20 à 99 %, notamment de 30 à 95 %, en particulier de 45 à 85 %, pour un large éventail d'ions métalliques en concentrations variables.
Par ailleurs, le procédé selon la présente invention permet de se débarrasser d'une part substantielle des pollutions toxiques, tout en conservant toujours dans le réacteur de traitement au moins une partie de la biomasse qui va pouvoir alors être réutilisée pour des opérations de traitement ultérieures. En outre, lors de la détoxifïcation de fluides chargés en métaux, le procédé selon la présente invention permet d'entraîner hors du réacteur de traitement un concentré de pollutions toxiques (effluents de lavage : étape de désorption) dans un volume de fluide très faible, dont on va pouvoir alors se débarrasser très facilement, par exemple par incinération, par séchage ou par un traitement spécifique. Enfin, le procédé selon la présente invention permet de travailler quasi en continu pendant un à plusieurs jours, et de traiter par conséquent un volume important de fluide à détoxifier.
En outre, la Demanderesse a constaté que, outre le fait de détoxifier les fluides chargés en métaux, le procédé selon la présente invention était en mesure de dégrader une partie de la matière organique des fluides à traiter et de réduire en partie leur volume. Ainsi, le procédé selon la présente invention est en mesure soit de détoxifier les fluides chargés en métaux, soit de dégrader une partie de la matière organique des fluides à traiter, soit de réaliser en même temps la détoxifîcation des fluides chargés en métaux et la dégradation d'une partie de la matière organique de ces fluides. Lors de la dégradation de la matière organique des fluides, les métaux piégés dans cette matière organique sont libérés et solubilisés. Ainsi, de part cette dégradation, on rend les métaux plus accessibles, et la détoxifîcation des fluides en est alors facilitée. Ainsi, le procédé de dégradation est intimement lié au procédé de détoxification, et les performances de ces deux types de procédés sont ainsi potentialisées, en exerçant une action synergique.
Le procédé de dégradation de la matière organique de fluides selon la présente invention, qui permet de traiter les fluides en utilisant des micromycètes en culture fixée, est particulièrement avantageux par rapport au procédé de traitement de fluide mettant en oeuvre des micromycètes en culture libre, tel que décrit dans la demande de brevet WO 03/076351.
En effet, le procédé de dégradation selon la présente invention constitue un perfectionnement par rapport au procédé de la demande WO 03/076351, puisque le procédé selon la présente invention permet d'améliorer significativement la dégradation biologique de la matière organique par voie mycéliennc, et de réduire d'autant le volume des boues.
Le procédé objet de la présente invention permet ainsi de dégrader une fraction importante de la matière organique du fluide dans une gamme allant de 20 à 80 %, avantageusement de 40 à 50 %, en moyenne de la quantité de Matière Sèche (Matière
Organique et Matière Minérale) des fluides tels que les boues, et d'engendrer ainsi une réduction élevée du volume de boues de stations d'épuration.
Les performances de dégradation sont améliorées, dans la mesure où les micromycètes qui sont fixés sur un support permettent l'obtention d'un contact intime favorisé entre les fluides à traiter et la biomasse mycélienne. Par ailleurs, le taux de croissance des espèces mycéliennes en culture fixée est accéléré par rapport au taux de croissance des espèces mycéliennes en culture libre. Ainsi, le taux de croissance μ des micromycètes en culture fixée est avantageusement compris entre 0,1 et 0,2 j"1 selon les espèces mycéliennes, alors que le taux de croissance μ des micromycètes en culture libre (sans support solide) est typiquement de l'ordre de 0,05 j"1. En outre, le temps de séjour des boues ou effluents dans le réacteur de traitement est diminué lors de l'utilisation de micromycètes fixés sur un support solide conformément au procédé selon l'invention (culture fixée), par rapport aux procédés dans lesquels sont mis en oeuvre des micromycètes en culture libre. Typiquement, le temps de séjour est de 10 à
20 jours en culture libre. Avantageusement, le temps de séjour des boues ou effluents à traiter dans le réacteur de traitement est de l'ordre de 1 à 5 jours, typiquement de 3 à 4 jours, dans le cadre de la présente invention.
Le procédé de dégradation de la matière organique est également avantageux puisqu'il permet de minimiser l'apport de micromycètes dans le réacteur de traitement à des fins de renouvellement. Avantageusement, l'apport dans le réacteur de traitement de micromycètes cultivés en parallèle de manière continue au sein d'un bioréacteur associé sur site, assurant la bioaugmentation in situ des micromycètes dans le réacteur de traitement, est ainsi minoré.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux selon la présente invention, les micromycètes sont en culture fixée dynamique. Le réacteur de traitement contient alors un lit de biomasse mycélienne fixée sur un support solide, et le lit est sous forme de lit fluidisé ou sous forme de lit mobile (MBBR).
La présente invention a ainsi pour objet un procédé de dégradation de la matière organique de fluide et/ou de détoxifï cation de fluide chargé en métaux comprenant le traitement du fluide par passage sur un lit de biomasse mycélienne fixée sur un support solide dans un réacteur de traitement, le fluide étant choisi parmi les effluents ou les boues de station d'épuration à dominante urbaine.
Avantageusement selon la présente invention, la biomasse mycélienne est produite à partir de micromycètes, ou d'un mélange de micromycètes constitués de moisissures et de levures.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, les micromycètes de la biomasse mycélienne sont choisis paπni les genres Pénicillium, Trichoderma, Mucor, Galactomyces, Λspergillus, Fusarium, Geotricum, Phoma, Botrytis, Geomyces, Saccharomyces, et leurs mélanges. En particulier, les micromycètes sont choisis parmi : Pénicillium roqueforti,
Pénicillium chrysogenum, Pénicillium atramenlosum, Trichoderma viride, Trichoderma reesei, Trichoderma har∑ianum, Mucor hiemalis, Mucor racemosus, Mucor fuscus, Mucor plumheus, Galactomyces geotricum, Aspergillus phoenicis, Aspergillus niger, Geotricum candidum, Phoma glomerata, Botrytis Cinerea, Geomyces pannorum, et leurs mélanges.
Selon une réalisation, on utilise une seule souche de micromycètes. Selon une autre réalisation, on associe plusieurs souches différentes, formant un mélange mycélien, éventuellement à effet synergique.
Selon une caractéristique particulière de la présente invention, les levures mycéliennes sont choisies parmi les genres Candida, Saccharomyces, Rhodotorula, Aureobasidium, Endomycopsis, Pichia, et leurs mélanges. Les levures sont typiquement des mycètes ou des champignons filamenteux. En particulier, les levures sont choisies parmi : Candida sake, Saccharomyces cerevisiae, Rhodotorula rubra, Aureobasidium pullulans, Endomycopsis capsularis, Pichia membranifàciens, et leurs mélanges.
Dans un exemple de réalisation particulier de la présente invention, le support solide est un support inerte, tel qu'un support granulaire inerte, avantageusement constitué de pouzzolane, de calcaire, de sable, de pierre ponce, de basalte, d'argile, de quartz, d'anthracite, d'alumine activée, de zéolite, ou leurs mélanges, ou un support ou un garnissage plastique.
Avantageusement selon la présente invention, la granulométrie du support solide est comprise entre 1 et 5 mm, encore plus avantageusement entre 1 et 3 mm.
Le support solide selon la présente invention peut également un garnissage en vrac ou structuré, tel qu'un garnissage en plastique ou similaire, ou un garnissage minéral.
Avantageusement, le procédé de dégradation et/ou de détoxification selon la présente invention est réalisé au moins partiellement en aérobie dans le réacteur de traitement. Le procédé peut ainsi être mis en œuvre en mode syncopage. Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, le procédé de dégradation et/ou de détoxification selon la présente invention est réalisé en aérobie dans le réacteur de traitement. Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, les micromycètes sont cultivés en parallèle de façon continue dans un bioréacteur séparé.
Dans un exemple de réalisation particulier de la présente invention, le procédé comprend en outre une étape préalable de traitement des fluides par ultrasons. Le traitement par ultrasons de fluides tels que la boue a déjà été décrit dans divers articles, tels que : Shimizu et al., Biotechnology and Bioengineering, 1993, Vol. 41, 1082- 1091 ; Yoon et al., Water Research, 2005, 39, 3738-3754 ; et Vera et al., IWA-Sludge Conférence South Africa, 2005.
Le traitement des fluides par ultrasons, en amont du traitement biologique par les micromycètes en culture fixée, est particulièrement avantageux selon la présente invention, puisqu'il permet d'atteindre des rendements de dégradation majorés, et des possibilités de dissolution des métaux, et donc de rétention des métaux, plus importantes. En effet, le prétraitement par ultrasons vise à désintégrer les fluides tels que les boues, en transformant la matière organique particulaire en matière organique soluble. Les ultrasons permettent de lyser les cellules des fluides, et de libérer une partie du liquide interstitiel contenu dans les membranes des cellules. Ceci permet une facilité d'accessibilité de la matière organique (DCO rendue soluble), et une accélération de la dégradation de la matière organique et de libération des métaux.
Avantageusement, dans le procédé de dégradation de la matière organique de fluide selon la présente invention, le temps de contact du fluide avec le lit de biomasse mycélienne est compris entre 1 et 7 jours, avantageusement entre 1 et 5 jours, encore plus avantageusement entre 2 et 4 jours.
Dans un mode de réalisation particulier, le lit de biomasse mycélienne est sous forme de lit fluidisé ou sous forme de lit mobile dans le procédé de dégradation selon la présente invention. Dans un exemple de réalisation de la présente invention, le lit de biomasse mycélienne est sous forme de lit fluidisé. Le procédé de dégradation comprend alors avantageusement : l'alimentation du fluide à traiter en partie inférieure du réacteur, le réacteur étant un réacteur de traitement à flux ascendant contenant un lit de biomasse mycélienne fixée sur un support solide, la recirculation du fluide ayant traversé le lit, de la partie supérieure du réacteur vers la partie inférieure du réacteur, de manière à créer une expansion du lit et à maintenir un taux d'expansion suffisant pour éviter le colmatage du lit, et la récupération du fluide dépollué. Avantageusement selon la présente invention, le taux d'expansion du lit est maintenu entre 5 et 50%, avantageusement entre 10 et 40%, encore plus avantageusement entre 20 et 30%.
Selon une caractéristique particulière, la récupération du fluide dépollué est réalisée par surverse ou par pompage du fluide dépollué situé en partie supérieure du réacteur surmontant le lit de biomasse mycélienne.
Dans un autre exemple de réalisation de la présente invention, le lit de biomasse mycélienne est sous forme de lit mobile. Le réacteur de traitement est alors un réacteur à lit mobile (Moving Bed Bioreactor : MBBR = Bioréacteur à lit mobile). Les réacteurs du type MBBR ont déjà été décrits dans divers articles tels que Water Sci Technol 2004;49(l):61-8, ou Water Sci Technol. 2003;47(12):155-61. Mais, aucun MBBR de l'art antérieur n'a mis en œuvre un lit de biomasse de micromycètes en culture fixée sur un support solide. En outre, le procédé objet de la présente invention vise à dégrader la matière organique et/ou détoxifier les fluides chargés en métaux, alors que les lits mobiles classiquement utilisés jusqu'alors ont été mis en œuvre pour le traitement du carbone et de l'azote.
Dans ce mode de réalisation de la présente invention, les micromycètes sont fixés sur un garnissage plastique, présentant avantageusement différentes surfaces spécifiques. Les garnissages plastiques sur lesquels se fixe la biomasse peuvent être extraits du réacteur afin de les laver.
Lors de la dégradation de matière, on peut procéder à un lavage du réacteur de traitement par injection d'un fluide de lavage tel que l'eau, lorsque le lit de biomasse se colmate. Ce colmatage peut être détecté si la concentration en MES dans le réacteur (1) est trop élevée. Typiquement, la concentration est trop élevée lorsqu'en sortie du réacteur (1), la concentration est supérieure de 20 à 50% par rapport à la concentration en MES initiale du fluide à traiter.
Le fluide de lavage peut être une solution aqueuse, telle que de l'eau, un acide, une base, ou leurs mélanges. Le fluide de lavage peut par exemple être de l'eau traitée ou épurée, de l'eau en sortie de station d'épuration, de l'eau revalorisée au moyen de techniques membranaires (qualités bactériologiques supérieures), ou encore de l'eau du réseau.
Avantageusement, on réinjecte alors les boues issues du lavage dans le réacteur de traitement, lors de la dégradation de la matière organique des fluides, lorsque les fluides ne sont pas chargés en pollutions métalliques.
Selon une caractéristique particulière de la présente invention, le procédé objet de la présente invention concerne un procédé de détoxification de fluide chargé en métaux par adsoiption des métaux par passage sur le lit de biomasse mycélienne fixée sur un support solide dans le réacteur de traitement, comprenant la mise en contact du fluide à traiter avec le lit de biomasse mycélienne, et la récupération du fluide détoxifié, caractérisé en ce que, par intermittence, on interrompt le passage du fluide sur le lit de biomasse et on procède au lavage du lit de biomasse par mise en circulation dans le réacteur d'un fluide de lavage dans des conditions hydrauliques permettant de désorber les métaux par entraînement d'au moins une partie de la biomasse chargée en métaux.
Typiquement, les métaux sont choisis dans le groupe constitué par le chrome, le cadmium, le nickel, le cuivre, le zinc, le plomb, le mercure, l'aluminium, l'arsenic, le sélénium, le cobalt, et leurs mélanges.
Avantageusement selon la présente invention, le fluide de lavage est une solution aqueuse, telle que de l'eau, un acide, une base, ou leurs mélanges. De manière particulièrement avantageuse, le fluide de lavage est de l'eau. Le fluide de lavage peut par exemple être de l'eau traitée ou épurée, de l'eau en sortie de station d'épuration, de l'eau revalorisée au moyen de techniques membranaires (qualités bactériologiques supérieures), ou encore de l'eau du réseau. Avantageusement selon la présente invention, lors de la détoxification, on procède au lavage du lit de biomasse après avoir atteint une valeur seuil de perte de charge dans le réacteur et/ou une valeur seuil du ratio de la teneur en MES du fluide en sortie par rapport à la teneur en MES du fluide en entrée du réacteur.
Avantageusement selon la présente invention, les conditions hydrauliques permettant de désorber les métaux sont obtenues avec une vitesse d'écoulement du fluide de lavage qui est 5 à 30 fois, avantageusement 5 à 25 fois, notamment 20 à 25 fois, supérieure à la vitesse de passage du fluide sur le lit de biomasse lors de l'adsorption.
Par le terme de "vitesse du fluide", on entend au sens de la présente invention le rapport : débit hydraulique du fluide sur la surface au sol du réacteur de traitement.
Par ailleurs, les conditions hydrauliques, telles que le type de flux (laminaire, turbulent,...), lors de l'opération de lavage peuvent avantageusement être choisies de manière à désorber les métaux par entraînement d'au moins une partie de la biomasse chargée en métaux hors du réacteur de traitement (1). Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, le lit de biomasse mycélienne est sous forme de lit fixe, en particulier lorsque les fluides à traiter sont des effluents, et non des boues. Avantageusement dans ce cas, les conditions hydrauliques permettant de désorber les métaux sont obtenues avec une vitesse d'écoulement du fluide de lavage comprise entre 40 et 60 m/h, avantageusement de l'ordre de 50 m/h, pour une vitesse de passage du fluide sur le lit de biomasse lors de Padsorption comprise entre 2 et 5 m/h, avantageusement entre 2 et 3 m/h.
Dans un autre mode de réalisation particulier de la présente invention, le lit de biomasse mycélienne est sous forme de lit fluidisé, lors de la détoxification. Avantageusement dans ce cas, les conditions hydrauliques permettant de désorber les métaux sont obtenues avec un taux d'expansion du lit compris entre 25 et 60 %, avantageusement entre 30 et 50 %, durant l'opération de lavage, pour un taux d'expansion du lit compris entre 15 et 35 %, avantageusement de l'ordre de 20%, lors de l'adsorption des métaux, à la condition que le taux d'expansion du lit lors du lavage soit toujours supérieur au taux d'expansion du lit lors de l'adsorption.
Dans un autre mode de réalisation particulier de la présente invention, le lit de biomasse mycélienne est sous forme de lit mobile, lors de la détoxification. Le réacteur de traitement est alors un réacteur à lit mobile (MBBR).
Dans ce mode de réalisation de la présente invention, les micromycètes sont fixés sur un garnissage plastique (3), présentant avantageusement différentes surfaces spécifiques. Les garnissages plastiques (3) sur lesquels se fixe la biomasse peuvent être extraits du réacteur (1) afin de les laver dans une cuve de lavage (11). Avantageusement, la cuve de lavage (1 1) peut être un décanteur ou un réacteur favorisant la décantation.
Le lavage s'opère avantageusement comme suit :
On pompe (16) les garnissages et le fluide du type boue du réacteur de traitement (1) vers une cuve de lavage (11) à l'aide de moyens de pompage. On utilise le pouvoir flottant des garnissages plastiques (3) qui montent en surface dans la cuve de lavage (11), et on laisse décanter la boue dans la cuve (11) qui est de préférence un décanteur. De préférence, la décantation de la boue est une décantation sommaire
(c'est-à-dire qu'il reste toujours un peu de boue et d'effluents chargés dans la cuve (11) qui n'ont pas décanté). On soutire ensuite la boue en fond de cuve (11) à l'aide de moyens de recirculation (15), pour la réintroduire dans le réacteur principal de traitement (1). On utilise avantageusement une grille (13) dans la cuve de lavage pour retenir les garnissages dans la cuve (11) lors de la réintroduction du fluide depuis la cuve (1 1) vers le réacteur (1).
On opère ensuite l'opération de lavage des garnissages dans la cuve (11).
L'objectif de l'opération de lavage est de décrocher des garnissages (supports solides) les métaux ou pollutions toxiques accrochés intimement aux micromycètes puisque fixés dans leur paroi cellulaire. Avantageusement, le lavage est réalisé avec de l'eau agitée ou de l'eau à forte pression, ou encore avec des bains de réactifs (acide, base).
Le lavage peut également être réalisé avec toute technique de désintégration telle que la désintégration mécanique du type cisaillement, ou en utilisant des ultrasons afin de désintégrer la matière et de décrocher cette biomasse fixée sur les garnissages.
A la fin du lavage, on laisse avantageusement la décantation s'opérer à nouveau dans la cuve (1 1), puis on soutire le concentrât (le décantât) (17) du fond de la cuve
(11) à l'aide de moyens de pompage. Le concentrât (17) est un concentré pollué
(chargé en métaux et pollutions toxiques, et chargé en matières dissoutes et organiques), que l'on entraîne hors de la cuve (11).
Les garnissages flottants surnageant dans la cuve (11) sont alors ré-introduits dans le réacteur à l'aide de pompes (16) ou tout autre système permettant de conduire ces garnissages vers le réacteur principal de traitement (1).
De manière particulièrement avantageuse selon la présente invention, on peut procéder à un ensemencement des supports ou garnissages (3) en fin d'étape de lavage dans la cuve (1 1 ) à l'aide de micromycètes. Typiquement, les micromycètes sont cultivés dans un bioréacteur séparé (8), en parallèle du réacteur de traitement (1) et de la cuve de lavage (11). Avantageusement, on injecte les micromycètes depuis le bioréacteur (8) vers la cuve de lavage (11). Ce mode de réalisation est avantageux puisque les micromycètes injectés dans la cuve (1 1) sont alors dans un milieu adapté à la croissance mycélienne, ce qui accélère et favorise la formation de biomasse sur les garnissages (3). Les garnissages (3) sont alors déjà ré-ensemencés lorsqu'ils sont ensuite réintroduits dans le réacteur de traitement (1).
Dans un exemple de réalisation particulier de la présente invention, le procédé comprend en outre une étape préalable de solubilisation des métaux des fluides à traiter. La présente invention a également pour objet une installation de dégradation de la matière organique de fluide et/ou de détoxification de fluide chargé en métaux comprenant au moins un réacteur de traitement (1) contenant : des moyens d'injection (2) du fluide à traiter, - un lit de biomasse (3) mycélienne fixée sur un support solide, un dispositif d'injection de gaz (4) tel que l'air, des moyens d'extraction (5) du fluide traité, éventuellement des moyens d'extraction et de réinjection du support solide, éventuellement des moyens d'injection (6) du fluide de lavage, et - éventuellement des moyens d'extraction (7) du fluide de lavage.
Avantageusement selon la présente invention, le réacteur de traitement (1) contient en outre des moyens de régulation de la température, du pH et/ou d'oxygénation. Le réacteur de traitement (1) peut également comprendre des moyens de régulation des débits d'injection et d'extraction du fluide à traiter et/ou du fluide de lavage.
Cette installation convient à la mise en œuvre du procédé selon la présente invention.
Avantageusement selon la présente invention, l'installation comprend en outre, en parallèle du réacteur de traitement (1), un bioréacteur (8) de culture en continu des micromycètes.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, le bioréacteur (8) de culture en continu des micromycètes comprend : des moyens d'injection de nutriments, d'oligo-éléments, de substrat dilué et d'un inoculum à cultiver, - des moyens de répartition homogène des micromycètes dans le bioréacteur, des moyens de transfert (9) des micromycètes cultivés vers le réacteur de traitement (1), et une filtration de l'air circulant dans le bioréacteur.
Les moyens de transfert (9) peuvent être du type électrovannes ou pompes. Le dimensionnement du bioréacteur (8) permet de réaliser une injection mensuelle dans une gamme de 1/5 à 2/3 de ses capacités de réserve. Avantageusement selon la présente invention, l'installation comprend en outre, en amont du réacteur de traitement (1), des moyens de traitement du fluide à traiter par ultrasons.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, l'installation contient en outre, en amont du réacteur de traitement (1), des moyens de solubilisation des métaux des fluides à traiter, du type réacteurs en anaérobie, et/ou des moyens d'acidification (14).
L'installation selon la présente invention peut contenir un seul réacteur de traitement ou plusieurs réacteurs de traitement associés en parallèle (partage du débit) ou en série, notamment dans des applications industrielles. Si l'installation selon la présente invention contient plusieurs réacteurs de traitement, il est possible de dimensionner sélectivement chacun des ouvrages constituant la filière en sélectionnant un lit de biomasse mycélienne particulier (cocktail mycélien spécifique), des conditions de traitement particulières (pH, température), et en ajustant les paramètres de fonctionnement hydraulique et/ou rhéologiques (vitesse ascensionnelle et hauteur utile de matériau notamment).
Typiquement, l'installation peut comprendre deux réacteurs de traitement au sein de chacun duquel est réalisée une détoxification du fluide. Le premier réacteur de traitement peut alors constituer un ouvrage de dégrossissage où la majeure partie de la pollution métallique est écrêtée, et le second réacteur de traitement peut constituer un ouvrage d'affinage afin d'éliminer les métaux restants. Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, chacun des réacteurs peut être spécifique selon une gamme de concentration et le type de métaux à dépolluer.
Divers objets et avantages de la présente invention deviendront apparents pour l'homme du métier par le biais de références au dessin illustratif suivant : la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un réacteur (1) de traitement de fluide qui comprend des moyens d'injection (2) de fluide à traiter, une couche de sable (12) surmontée d'un lit fluidisé de biomasse (3) mycélienne fixée sur un support solide du type pouzzolane, un dispositif d'injection d'air (4) sous forme de bulles de différents diamètres tel qu'un surpresseur alimentant un système de diffusion d'air, des moyens d'extraction (5) du fluide détoxifié, des moyens d'injection (6) du fluide de lavage, des moyens d'extraction (7) du fluide de lavage contenant au moins une partie de la biomasse chargée en métaux, et, en parallèle du réacteur de traitement (1), un bioréacteur (8) de culture en continu des micromycètes équipé de moyens de transfert (9) des micromycètes cultivés vers le réacteur de traitement (1). la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un réacteur (1) de traitement de fluide contenant une culture fixée de micromycètes en lit mobile. Le réacteur (1) de traitement comprend des moyens d'injection (2) de fluide à traiter, un lit mobile de biomasse mycélienne fixée sur un support solide (3) du type garnissage plastique, un dispositif d'injection d'air (4), des moyens d'extraction (5) du fluide détoxifié, une grille (13) permettant de retenir les garnissages (supports solides) lorsque l'on extrait le fluide du réacteur. En parallèle du réacteur de traitement (1), se trouve une cuve de lavage (11) contenant les garnissages (3) flottant dans la cuve, une grille (13) permettant de retenir les garnissages (supports solides) lorsque l'on extrait le fluide de la cuve. La cuve de lavage (1 1) contient également des moyens d'extraction des concentrats (17) chargés en métaux. Un moyen de recirculation (15) permet de renvoyer les fluides tels que les boues de la cuve de lavage vers le réacteur de traitement (1 ). Un moyen (16) d'extraction et de réintroduction des garnissages permet d'envoyer les garnissages dans la cuve de lavage (11) aux fins d'être lavés, puis de réintroduire les garnissages débarrassés de la majeure partie des pollutions métalliques dans le réacteur de traitement (1). Avantageusement, le réacteur de traitement (1) ainsi que la cuve de lavage (1 1) peuvent contenir des moyens d'agitation.
La figure 1 correspond à un mode de réalisation du procédé objet de la présente invention, dans lequel le réacteur de traitement est sous forme fluidisé. Les moyens d'extraction du fluide (5) et les moyens d'extraction (7) du fluide de lavage contenant au moins une partie de la biomasse chargée en métaux peuvent être confondus en sortie du réacteur (1) dans le cadre de la présente invention, comme représenté sur la figure 1 , et chacun des fluides extraits peut ensuite être dirigé vers un circuit d'extraction qui lui est propre, par exemple à l'aide d'un système de vannes. Avantageusement, le fluide à traiter peut être préalablement stocké dans une cuve de stockage (10) ou d'alimentation, avant d'être transféré, par exemple à l'aide de pompes, vers le réacteur de traitement (1). Le fluide à traiter peut subir un prétraitement à l'aide de moyens d'acidification (14), afin de favoriser la solubilisation des métaux.
Le réacteur de traitement (1) est avantageusement muni d'un circuit de recirculation des fluides à traiter, du type effluents ou boues, afin de favoriser la fluidisation et l'expansion du lit de biomasse (3) mycélienne. Une pompe de recirculation est alors avantageusement installée sur une cuve de reprise (1 1), que l'on munit de préférence de moyens d'agitation afin d'éviter la décantation des boues ou des effluents. La cuve de reprise permet notamment d'éliminer l'air en surplus avant la reprise du fluide à traiter par la pompe de recirculation. Les fluides traités peuvent être récupérés en surverse de la cuve de reprise (11), et peuvent être transférés, par exemple par gravité, dans une cuve d'extraction des boues ou d'effluents.
L'injection d'air (4) peut être réalisée directement dans le réacteur de traitement
(1), ou peut être réalisée dans la conduite de recirculation, de préférence en aval de la pompe de rccirculation. L'injection d'air (4) dans la conduite de recirculation permet de favoriser la dispersion de l'air au sein des fluides à traiter, et de limiter les passages préférentiels que peut provoquer une injection de gaz en un point du réacteur.
Le procédé selon la présente invention permet de traiter efficacement divers types de fluides, tels que des boues ou des effluents bruts urbains ou industriels, concentrés en métaux toxiques. Le procédé selon la présente invention est avantageusement utilisé pour traiter des effluents ou des boues à dominante urbaine, notamment des boues issues d'un traitement biologique anacrobie ou aérobie, ou d'un traitement dit primaire ou physico-chimique. Les fluides pouvant être traités dans le cadre de la présente invention peuvent être plus ou moins chargés en MES, et peuvent présenter des teneurs comprises entre 5 et 30 g/L, avantageusement entre 5 et 15 g/L, en particulier entre 8 et 10 g/L.
Les métaux pouvant être traités par la présente invention sont de types divers, et peuvent se trouver en concentrations variables dans le fluide à traiter.
Le traitement des fluides selon la présente invention peut être réalisé en continu ou en discontinu (type batch). Lorsque le traitement est réalisé en continu, on procède continuellement à une alimentation du réacteur de traitement par le fluide à dépolluer et à une extraction du fluide partiellement ou totalement détoxifié. Le traitement est simplement interrompu pendant un court laps de temps au cours duquel on procède au lavage du lit de biomasse à l'aide d'un fluide de lavage afin d'entraîner au moins une partie de la biomasse chargée en métaux.
Lorsque le lit est sous forme fluidisée, le fluide à traiter est avantageusement mis en recirculation dans le réacteur de traitement. Le réacteur de traitement (1) selon la présente invention est avantageusement un réacteur cylindrique d'axe vertical, d'une hauteur en général comprise entre 1 et 5 mètres, typiquement d'environ 2 à 4 mètres. Dans un mode de réalisation, on peut envisager une conception génie civil du réacteur de traitement (1). Par le terme de "cylindrique", on entend au sens de la présente invention une surface engendrée par une génératrice qui se déplace parallèlement à une direction fixe en s'appuyant sur un profil plan fixe perpendiculaire à la direction donnée. Ainsi, le périmètre de la base du réacteur de traitement (1) peut se présenter sous différentes formes, telles que la forme carrée ou rectangulaire.
L'introduction de fluide à traiter dans le réacteur de traitement (1 ) peut être réalisée par une rampe d'injection (2) équipée d'orifices de diamètre ajusté. L'introduction de fluide peut également être réalisée à l'aide d'un plancher crépine, de préférence muni de plusieurs crépines réparties sur la section du réacteur de traitement (1). Les crépines ont des orifices de préférence compris entre 0,5 et 5 mm, encore plus préférentiellement entre 1 et 2 mm. Dans un exemple de réalisation de la présente invention, comme cela est représenté dans la Figure 1, on place une couche de sable ou d'un matériau similaire dans le réacteur de traitement (1) sous le lit de biomasse (3) en culture fixée, avantageusement au-dessus des moyens d'injection du fluide à traiter, du type plancher crépine. Le sable peut être du sable grossier, de granulométrie comprise entre 4 et 5 mm. La couche de sable ou de matériau granulaire similaire utilisé permet de supporter et maintenir le lit de biomasse (3) en culture fixée dans le réacteur de traitement (1), et d'améliorer la dispersion des boues ou des effluents dans le lit de biomasse.
Le lit de biomasse (3) selon la présente invention peut être fixe ou mobile. Lorsque le fluide à traiter est de l'eau ou un effluent présentant des teneurs en MES inférieures à 5 g/L, on utilise avantageusement un lit fixe.
Lorsque le lit de biomasse (3) est fixe, le réacteur de traitement (1) peut être à flux ascendant ou descendant. Le fluide à traiter peut ainsi être introduit en partie supérieure du réacteur et ce fluide est avantageusement mis en contact avec le lit de biomasse mycélienne par percolation, sur toute la hauteur du réacteur, de préférence d'une extrémité à l'autre du réacteur. Le fluide détoxifîé est alors avantageusement récupéré à l'aide d'un dispositif de récupération (5), tel qu'un jeu de goulottes crénelées.
Lorsque le lit de biomasse (3) est sous forme mobile ou fluidisée, le réacteur de traitement (1) est de préférence à flux ascendant. Le lit de biomasse n'est alors plus compacté, mais se trouve à l'état expansé. Lorsque le support du lit de biomasse est un support granulaire inerte tel que la pouzzolane, le lit ne peut pas être mis en suspension par agitation mécanique, du fait du caractère friable du matériau support. Le lit est alors avantageusement mis sous forme fluidisée par recirculation des effluents ou des boues dans la colonne de traitement (1). Le débit de recirculation, qui est de préférence 10 à 100 fois supérieur au débit d'alimentation des fluides à traiter, permet, en complément du débit d'alimentation, d'atteindre au sein du lit de biomasse la vitesse minimale de fluidisation, vitesse au-delà de laquelle le lit devient expansé. Une fois le lit expansé, les matières en suspension peuvent le traverser, ce qui prévient le colmatage du réacteur de traitement (1).
Lorsque l'on utilise un lit de biomasse (3) sous forme fluidisée, le fluide à traiter est avantageusement introduit en partie inférieure du réacteur, de préférence à la base du réacteur. Le fluide détoxifîé est alors avantageusement récupéré en partie supérieure du réacteur, par exemple par surverse, à l'aide d'un dispositif de récupération (5), tel qu'un jeu de goulottes crénelées. Le fluide détoxifîé, partiellement ou quasi-totalement, peut également être récupéré à partir d'une conduite de recirculation des fluides (comme représenté sur la Figure 1). Avantageusement selon l'invention, la biomasse est fixée sur un support solide inerte permettant de privilégier son développement. Le support permet ainsi de faciliter la concentration de la biomasse. En effet, il a été validé que la croissance des micromycètes et la rétention efficace des métaux provenant des fluides à traiter étaient améliorées par la présence d'un support solide inerte à la surface duquel les micromycètes et donc les métaux retenus dans leur chitine peuvent se fixer. Typiquement, le support solide est un support granulaire inerte, de granulométrie comprise entre 1 et 3 mm, de préférence de l'ordre de 2 mm. Le support solide peut être tamisé avant d'être injecté dans le réacteur. De manière particulièrement avantageuse selon la présente invention, le support utilisé est un support à base de pouzzolane, de préférence ayant une granulométrie comprise entre 1 et 3 millimètres. De préférence, on utilise un support ayant une répartition granulométrique la moins dispersée possible.
Les biomasses utilisées peuvent être isolées depuis le sol ou divers systèmes écologiques préexistants. Les micromycètes permettant de générer la biomasse mycélienne peuvent être de genres divers. Les micromycètes sont des microorganismes particulièrement adaptés pour la rétention de divers métaux, et sont avantageusement utilisés dans le cadre de la présente invention sous forme de consortium mycélien. Typiquement, on procède au développement simultané d'un ensemble d'espèces synergiques de micromycètes. Le type de micromycètes injectés dans le réacteur de traitement est déterminé en fonction de la nature des fluides à traiter et des types de métaux que l'on veut fixer. Avantageusement selon l'invention, les métaux à éliminer se fixent par adsorption dans les parois cellulaires des champignons, plus particulièrement au niveau des constituants prépondérants de la paroi cellulaire, i.e. dans la chitine des champignons.
Par le terme de « micromycètes », on fait référence à des microorganismes, par opposition aux champignons supérieurs. On entend à la fois la notion de mycélium qui est l'appareil végétatif, et les spores (appareil reproducteur). On entend de plus tout champignon inférieur, utilisé en quantité suffisante pour contribuer à la détoxification des boues ou des effluents, cette détoxification étant évaluée par des techniques appropriées à la portée de l'homme du métier. Ainsi, les espèces citées dans le cadre de la présente invention sont à considérer comme des exemples non limitatifs, l'invention couvrant l'utilisation d'espèces dont l'activité de rétention des métaux est démontrée. Dans la description qui suit, on utilisera indifféremment le terme micromycète ou mycélium (mycélia au pluriel) par souci de simplicité.
De manière préférée, en ce qui concerne les micromycètes, on inclut tout particulièrement des espèces qui peuvent être sélectionnées par des protocoles de sélection appropriés. Cette sélection de souches ensuite mises en culture facilite la production en grande quantité d'une préparation mycélienne active pour adsorber les pollutions toxiques des solutions à traiter. Une fois la sélection de souches effectuée, une préparation d'au moins une de ces souches sera administrée aux fluides à traiter à la mise en œuvre de l'installation.
Parmi les micromycètes efficaces pour dépolluer les fluides, certaines espèces peuvent être retrouvées dans des boues de station d'épuration. On parle de micromycètes endogènes. Mais, en général, ces micromycètes sont présents en quantité insuffisante dans ces boues pour les détoxifier de manière suffisante. Et, ils ne sont pas implantés dans des conditions favorisant le mode de métabolisme recherché pour une fixation optimale des pollutions métalliques. Certaines espèces peuvent être également obtenues à partir d'autres sources biologiques. Avantageusement selon la présente invention, on met en contact le fluide que l'on veut détoxifier avec la biomasse sur toute la hauteur sélectionnée au cœur du réacteur de traitement, par exemple au moyen de la iluidisation. Une recirculation permet d'assurer un contact quasi-permanent pendant le temps de séjour défini.
La détoxification des fluides peut être réalisée au sein du réacteur de traitement en aérobie ou en anaérobie. Le réacteur de traitement (1) contient ainsi avantageusement un dispositif d'injection de gaz (4) sous forme de bulles, qui sont avantageusement de différents diamètres. Le dispositif d'injection de gaz (4) est de préférence agencé au voisinage immédiat de la partie inférieure du réacteur, en particulier lorsque l'on utilise un lit fluidisé de biomasse. Le dispositif d'injection de gaz (4) se présente avantageusement sous la forme d'un surpresseur, de préférence muni d'un clapet anti-retour afin d'éviter la remontée des boues ou des effluents au niveau du surpresseur.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, le réacteur de traitement (1) est en aérobie. Un système venturi peut alors être utilisé pour permettre l'introduction directe d'air atmosphérique dans le réacteur (1). L'introduction d'air par un compresseur ou une soufflante dans le flux du liquide à traiter peut également être utilisé avec ou sans venturi. Le dispositif d'injection d'air (4) permet à la fois de fournir l'oxygène nécessaire au développement de la biomasse et de mettre en suspension les particules supports de microorganismes lorsque l'on utilise un lit fluidisé de biomasse. De manière particulièrement préférée selon la présente invention, la détoxification est réalisée avec une oxygénation de l'ordre de 0,2 à 2 mg/L d'oxygène dissous, encore plus avantageusement entre 0,5 et 1,5 mg/L, par exemple de l'ordre de
1 mg/L.
Dans un autre mode de réalisation particulier de la présente invention, le réacteur de traitement (1) est en anaérobie. On utilise alors avantageusement un cocktail de mycètes se développant dans des conditions d'anaérobic ou d'anaérobie stricte. Le gaz injecté dans le réacteur (1) peut alors être de l'hydrogène ou du méthane. Ce gaz peut être mis en recirculation dans le réacteur (1), notamment lorsque l'on utilise un lit fluidisé de biomasse.
La détoxifîcation peut être réalisée dans des plages de température allant de 20 à 50 0C, avantageusement à température ambiante. La détoxification des fluides, tels que les boues, dans le réacteur peut être réalisée à pH neutre, avantageusement à un pH de l'ordre de 6 à 8. Elle peut être également effectuée à pH acide, par exemple à un pH de l'ordre de 4 à 6, afin d'augmenter les performances épuratoires des micromycètes.
Le pH du réacteur de traitement peut alors être régulé à l'aide d'un acide minéral du type acide sulfurique, nitrique ou chlorhydrique, ou d'un acide organique du type acide acétique.
Avantageusement selon la présente invention, on mesure les teneurs en MES en entrée et en sortie de réacteur afin de s'assurer que les fluides tels que les boues ne sont pas retenus dans le lit de biomasse mycélienne, et que la biomasse est en mesure d'exercer son pouvoir adsorbant. La mesure des teneurs en MES en entrée et en sortie de réacteur représente un bon indicateur du colmatage de la colonne.
Avantageusement selon la présente invention, la nature et/ou la granulométrie du support solide, la hauteur du lit, la vitesse et le débit du fluide à traiter ou à recirculer, le taux d'expansion du lit lorsque l'on utilise un lit de biomasse sous forme mobile, ou encore le temps de contact du fluide à traiter dans le réacteur, sont choisis de manière à exercer une adsorption efficace des métaux, de préférence de l'ordre de 20 à 99 %, en particulier de 45 à 85 %.
Selon un exemple de réalisation de la présente invention, un effluent ou une boue contient en entrée des teneurs en zinc de l'ordre de 1000 mg/kg de matières sèches, des teneurs en cuivre de l'ordre de 600 mg/kg de matières sèches, et des teneurs en chrome de l'ordre de 6180 mg/kg de matières sèches. En sortie du réacteur de traitement, après avoir mis en œuvre le procédé selon la présente invention pendant au moins 1 journée (24h), l'effluent ou la boue peut contenir des teneurs en zinc de l'ordre de 150 mg/kg de matières sèches, des teneurs en cuivre de l'ordre de 96 mg/kg de matières sèches, et des teneurs en chrome non détectables. Les taux de rétention des métaux sont alors respectivement de l'ordre de 85 % pour le zinc, de 84 % pour le cuivre, et d'environ 100 % pour le chrome. Suite à l'opération de lavage, au moins 75 à 85 % de la pollution métallique se retrouvent dans le concentrât de pollutions métalliques entraîné hors du réacteur de traitement. Ce pourcentage évolue dans le temps. Avantageusement selon la présente invention, l'opération de lavage est un lavage partiel, visant à détacher 50 à 80 % de la biomasse qui s'est développée sur les grains. La pollution métallique est récupérée au fur et à mesure du temps dans le concentrât de pollutions métalliques entraîné hors du réacteur de traitement, suite aux différents lavages réalisés. Typiquement, le temps de contact dans le réacteur de traitement (1) est de l'ordre de quelques heures à quelques jours, avantageusement de 1 à 2 jours. La hauteur du lit de biomasse au repos peut être déterminée en fonction du temps de contact et de la vitesse du fluide dans le réacteur de traitement.
Typiquement, le réacteur de traitement (1) est rempli de 30 à 70 %, avantageusement de 50 à 60 %, de matériau granulaire du type pouzzolane qui va constituer le support solide du lit de biomasse.
Dans un mode de réalisation particulier selon la présente invention, le lit de biomasse est sous forme fluidisée et l'injection de fluide à traiter, ainsi que l'injection de gaz tel que l'air, dans le réacteur conduisent à une expansion du matériau adsorbant en créant un lit mobile de biomasse mycélienne. Avantageusement, le fluide est mis en recirculation dans le réacteur de traitement (1), de préférence avec un débit de recirculation 10 à 100 fois supérieur au débit d'alimentation des fluides dans le réacteur, afin de favoriser la fluidisation et l'expansion du lit.
Typiquement, la vitesse du fluide dans le réacteur est choisie en fonction du taux de rétention des métaux que l'on souhaite obtenir, et/ou en fonction du temps de contact. Avantageusement selon la présente invention, après avoir fait circuler le fluide à traiter sur le lit de biomasse mycélienne en culture fixée pendant un certain temps, conduisant ainsi à la rétention de métaux toxiques par adsorption, on procède à au moins un lavage du lit de biomasse à l'aide d'un fluide de lavage, tel que l'eau, que l'on injecte au sein du réacteur de traitement (1). La nature du fluide de lavage utilisé dépend du milieu et des espèces mycéliennes sélectionnées, ainsi que des contraintes d'exploitation et des caractéristiques que l'on veut donner au concentré de pollutions métalliques (pH du concentré).
Typiquement, le lavage du lit est réalisé tous les 1 à 3 jours. La fréquence du lavage dépend notamment de la nature et de la concentration des boues ou effluents à traiter, du volume du réacteur de traitement et du lit de Montasse, des contraintes d'exploitation et du niveau de dépollution recherché. Les fréquences de lavage peuvent être périodiques, mais ne le sont pas nécessairement. On utilise généralement des fréquences périodiques de lavage lorsque le procédé selon la présente invention est mis en œuvre de manière automatisée.
Avantageusement selon la présente invention, les opérations de lavage du lit sont déclenchées lorsque l'on constate une élévation de perte de charge dans le réacteur (1) et/ou une augmentation du rapport de la teneur en MES du fluide en sortie de réacteur par rapport à la teneur en MES du fluide en entrée de réacteur (1 ). En effet, une élévation de perte de charge dans le réacteur de traitement, typiquement de l'ordre de 20 à 50 %, avantageusement de 40 à 50 %, ou une augmentation de la teneur en
MES du fluide en sortie, typiquement de l'ordre de 10 à 20 %, par rapport à la teneur en MES initiale du fluide à traiter, sont des indicateurs fiables de colmatage du lit, et de l'obstruction du passage du fluide dans le réacteur. La flexibilité du procédé dépend de la concentration et de la qualité de la boue que l'on a à traiter.
Ainsi, le suivi de la teneur en MES du fluide en entrée et en sortie du réacteur de traitement, ainsi que le suivi de la mesure de pression en un point du réacteur (permettant de déterminer la perte de charge) permettent de déterminer quand le lavage du lit doit être effectué et à quelle fréquence. Typiquement, des capteurs de pression digitale permettent de déterminer quand doit être déclenché le lavage. A la place du suivi de la teneur en MES du fluide en entrée et en sortie du réacteur, on peut également suivre la teneur du fluide en MS (Matières Sèches), en MV (Matières Volatiles), ou en MVS (Matières Volatiles Sèches), ou encore utiliser des indicateurs détournés.
De manière générale, on procède au lavage du lit de biomasse après avoir atteint une valeur seuil de perte de charge dans le réacteur de traitement (1) et/ou une valeur seuil du ratio de la teneur en MES du fluide en sortie par rapport à la teneur en MES du fluide en entrée du réacteur (1).
Dans un mode de réalisation bien particulier selon la présente invention, lorsque les fluides à traiter sont particulièrement riches en métaux et présentent alors des teneurs en métaux de l'ordre du g/L, le suivi du taux de saturation des sites d'adsorption du lit et de la teneur en métaux des fluides en entrée-sortie peuvent être utilisés comme facteurs limitants permettant de déterminer quand doivent être déclenchées les opérations de lavage du lit. Avantageusement, on peut mettre en œuvre une analyse des métaux en ligne, peπnettant ainsi d'obtenir une indication précise des besoins des séquences de lavage. De manière générale, lorsque les teneurs en métaux des fluides à traiter sont de l'ordre de la centaine de mg/L, on utilise avantageusement comme facteurs limitants le suivi de la teneur en MES du fluide en entrée et en sortie du réacteur de traitement, ainsi que le suivi de la perte de charge dans le réacteur, pour déterminer quand procéder au lavage du lit de biomasse. Le suivi de la turbidité des fluides peut également être utilisé comme facteur limitant.
Les conditions hydrauliques du fluide de lavage, telles que la vitesse d'écoulement ou le débit du fluide de lavage, sont choisies de manière à obtenir une désorption efficace des métaux par entraînement d'au moins une partie de la biomasse chargée en métaux, avantageusement par entraînement d'au moins 50%, encore plus avantageusement d'au moins 70%, en particulier d'au moins 80%, de la biomasse chargée en métaux. Avantageusement selon la présente invention, le lavage est réalisé dans des conditions d'écoulement plus rapides que lors de la phase d'adsorption, afin de décrocher au moins une partie de la biomasse des grains du support, et d'entraîner hors du réacteur un concentré de pollutions métalliques toxiques. Le procédé de détoxifïcation selon la présente invention permet de séparer et d'entraîner hors du réacteur de traitement (1) un concentrât de pollutions métalliques présentant un volume très faible par rapport au volume de fluide à traiter en entrée du réacteur. Avantageusement, le procédé permet de concentrer les métaux dans un volume de 10 à 1000 fois, de préférence de l'ordre de 100 fois, plus faible que le volume de boues ou d'effluents à traiter. Un des grands intérêts du procédé selon la présente invention réside dans le fait que l'on peut réduire efficacement le volume des déchets dont l'on veut se débarrasser.
Le lavage selon la présente invention permet de décolmater le lit de biomasse et de poursuivre le traitement des fluides à détoxifier. Avantageusement selon la présente invention, la vitesse d'écoulement ou le débit du fluide de lavage dans le réacteur sont choisis de manière à revenir à l'issue du lavage aux conditions initiales de teneur en MES des fluides et de perte de charge dans le réacteur. Dans un exemple de réalisation de la présente invention, le lavage est réalisé jusqu'à ce que les teneurs en MES du fluide en entrée et en sortie du réacteur ne diffèrent pas plus de 10%, et/ou que la perte de charge dans le réacteur ne soit pas majorée de plus de 10 %.
Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, le lit de biomasse mycélienne est sous forme de lit fixe. Le lavage peut alors être réalisé à contre- courant ou à co-courant dans le réacteur de traitement (1). Dans un exemple de réalisation particulier, la vitesse d'écoulement du fluide de lavage est 20 à 25 fois supérieure à la vitesse d'écoulement du fluide lors de la phase d'adsorption.
Typiquement, la vitesse d'écoulement du fluide de lavage est d'environ 50 m/h lors de la phase de désorption, pour une vitesse de passage du fluide sur le lit de biomasse d'environ 2 m/h lors de la phase d'adsorption.
Dans un autre mode de réalisation particulier de la présente invention, le lit de biomasse mycélienne est sous forme de lit expansé. Le fluide de lavage est alors injecté en partie inférieure du réacteur. Dans un exemple de réalisation particulier, le taux d'expansion du lit est de l'ordre de 50% durant l'opération de lavage pour une boue présentant une teneur en MES de l'ordre de 10%, alors que le taux d'expansion du lit est de l'ordre de 20 % durant la phase d'adsorption des métaux. Dans un autre exemple de réalisation de la présente invention, le taux d'expansion du lit est de l'ordre de 35% durant l'opération de lavage pour une eau faiblement chargée en MES, alors que le taux d'expansion du lit est de l'ordre de 15 % durant la phase d'adsorption des métaux. Avantageusement selon la présente invention, le procédé selon la présente invention permet de toujours laisser dans le réacteur une partie de la biomasse mycélienne en culture fixée, permettant ainsi de réutiliser la biomasse restante et de renouveler beaucoup plus aisément la biologie mycélienne pour les opérations de traitement ultérieures. On procède ainsi avantageusement à un lavage sommaire ou partiel du lit de biomasse mycélienne dans le cadre de la présente invention.
Sans se limiter à une telle interprétation, la Demanderesse a observé que plus le support était colonisé et plus la biomasse mycélienne avait exercé son pouvoir d'adsorption et de métabolisation des métaux, plus facilement se faisait le décrochement d'une partie de la biomasse chargée en métaux et l'entraînement hors du réacteur d'un concentré de pollutions toxiques. Ainsi, la simple injection du fluide de lavage dans le réacteur dans des conditions d'écoulement rapide permet de décrocher une partie de la biomasse concentrée en métaux.
Le fluide de lavage chargé en métaux est récupéré, après avoir circulé sur le lit de biomasse, à l'aide d'un dispositif d'extraction (7) du fluide de lavage. Il peut être par exemple recueilli par surverse en partie supérieure du réacteur à l'aide d'un dispositif de récupération, tel qu'un jeu de goulottes crénelées, lorsque l'injection du fluide de lavage se fait en partie inférieure du réacteur. Le fluide de lavage chargé en métaux peut également être récupéré à partir d'une conduite de recirculation des fluides (Figure 1 ).
Dans un exemple de réalisation de la présente invention, on peut utiliser une cuve intermédiaire (1 1) qui se trouve sur une boucle de recirculation entre les moyens d'injection (6) du fluide de lavage et les moyens d'extraction (5) du fluide.
La séquence de lavage peut ainsi se dérouler comme suit. On interrompt momentanément le passage du fluide à traiter sur le lit de biomasse, et on procède à la vidange de la cuve intermédiaire (11), que l'on remplit ensuite avec de l'eau de lavage, par exemple des effluents en sortie de station d'épuration qui sont peu chargés. Puis, on met en circulation l'eau de lavage dans le réacteur (1) en la faisant passer sur le lit de biomasse (3), par exemple à un débit de 350 L/h (40% de la pompe) pendant 15 minutes. Puis, on procède à nouveau à la vidange de la cuve intermédiaire (11), que l'on remplit ensuite avec de l'eau de lavage, et on récupère le concentré de pollutions toxiques dans une cuve annexe. Puis, on met à nouveau en circulation l'eau de lavage dans le réacteur (1) en la faisant passer sur le lit de biomasse (3), à un débit plus important que lors de la première séquence de lavage, par exemple à un débit d'environ 435 L/h (50% de la pompe) pendant 15 minutes. Puis, on procède à nouveau à la vidange de la cuve intermédiaire (11), que l'on remplit ensuite avec de l'eau, et on récupère le concentré de pollutions toxiques dans une cuve annexe.
Plusieurs passages du fluide de lavage sur le lit de biomasse peuvent ainsi être réalisés dans le cadre de la présente invention, avant de reprendre le traitement des fluides à détoxifier par adsorption des métaux dans le réacteur.
Avantageusement selon la présente invention, les micromycètes sont cultivés en parallèle de façon continue dans un bioréacteur de culture en continu des micromycètes (8), séparé du réacteur de traitement (1), et les micromycètes sont injectés dans le réacteur de traitement (1) à partir dudit bioréacteur (8), avantageusement à l'aide de moyens de transfert (9). L'injection des micromycètes vers le réacteur (1) est réalisée de préférence de manière gravitaire, ou à l'aide de vannes que l'on ouvre et ferme avec un débit fixé ou, à défaut, la technologie de pompage permet de conserver les microorganismes injectés dans un métabolisme favorable. La culture en continu des micromycètes dans un bioréacteur permet d'assurer le renouvellement continu et permanent de la biomasse mycélienne par bio- augmentation dans le réacteur (1). On privilégie ainsi une reproduction des espèces mycéliennes in situ, et un déploiement végétatif anabolique des mycélia, sans inoculation extérieure par l'ajout de bioadditifs dans le réacteur. De préférence, on cherche à générer une auto-stabilisation des espèces mycéliennes dans le réacteur de traitement (1). Avantageusement, le réacteur de traitement (1) et le bioréacteur (8) sont inoculés dès leur mise en service. De préférence, le réacteur de traitement est inoculé dès sa mise en service à l'aide de micromycètes produits dans des conditions spécifiques. Typiquement, on inocule dans le réacteur (1) de 0,5 à 15 %, avantageusement de 3 à 6 %, en particulier de 4 à 6 %, de micromycètes, de préférence sous forme de cocktail mycélien, par rapport au volume du mélange de boues ou d'effluents et de matériau granulaire du type pouzzolane présents dans le réacteur (1). Les injections de micromycètes dans le réacteur de traitement (1) depuis le bioréacteur (8) sont réalisées de préférence périodiquement, par exemple tous les 2 mois. La biomasse dans le réacteur de traitement (1) est ainsi régulièrement régénérée.
Les fluides à traiter sont avantageusement enrichis avec des nutriments (source de carbone, d'azote,...) ou des substrats carbonés du type mélasse, de préférence mélasse de l'industrie sucrière, amidon, ou extraits de malt. Les nutriments ou substrats carbonés sont avantageusement injectés dans le bioréacteur (8), et peuvent également être injectés directement dans le réacteur de traitement (1).
La quantité de micromycètes injectés dans le réacteur de traitement à partir du bioréacteur (8) est déterminée de manière à toujours avoir une concentration d'espèces suffisantes pour assurer la rétention des pollutions métalliques par adsorption. De nouvelles espèces sont ainsi injectées régulièrement dans le réacteur de traitement (1) afin de régénérer en permanence les mycélia, notamment afin de se substituer aux champignons qui ont assimilé trop de métaux et qui sont par conséquent lysés. En effet, il a été découvert qu'il existait une dose létale en métaux pour les champignons, et que les champignons subissaient en général une intoxification et une lyse après avoir assimilé une dose en métaux supérieure à cette dose létale.
Selon une réalisation, des apports répétitifs de biocatalyseurs pourront être automatiquement réalisés au cours du process. Dans ce cas, des fluides, tels que les boues, chargés en micromycètes (application de l'inoculation au premier jour) servent eux-mêmes d'inoculum. Toutefois, dans certains cas, compte tenu de la richesse et de la complexité naturelle des boues ou effluents en microorganismes, les cultures de micromycètes peuvent ne pas être suffisamment spécifiques (développement anarchique en présence des nutriments d'une flore non-spécifique et non-répétitive).
On utilisera alors de préférence un mélange entre une flore de champignons « exogènes » sélectionnés et d'une autre flore « endogène » amplifiée et régulée par les nutriments. Le procédé permet alors de surdoser en permanence le « principe actif » et de maintenir la performance technique malgré des variations dans les flux ou la composition des fluides à détoxifier. Le bioréacteur (8), permettant la production sur site et/ou l'injection en continu de microorganismes dans le réacteur (1), permet une colonisation permanente et optimale des boues. Par rapport à la définition du mode chemostat (une culture en milieu renouvelé) qui implique une seule inoculation au premier jour et ensuite une autosuffisance, il s'agit d'une sécurité supplémentaire. Au démarrage de l'installation, le système est ensemencé par un cocktail sélectionné et adapté au type de fluide à détoxifier. Cette étape permet la mise en route de l'installation car elle génère le fonctionnement autonome de l'ensemble.
La culture en continu des micromycètes dans le bioréacteur (8) est de préférence réalisée en aérobie. Le bioréacteur (8) est spécialement configuré pour la culture en continu des micromycètes. Le bioréacteur (8) fonctionne suivant le piincipe analogue au "lit à ruissellement", en utilisant de préférence un support à garnissage avantageusement lamellaire, ou encore un support plastique sous forme de bande, permettant le développement d'une biologie mycélienne. Ce bioréacteur, qui pourrait être nommé "lit mycélien", est utilisé pour cultiver le cocktail mycélien sur support aéré après avoir été sélectionné pour chaque type de fluide à traiter.
La taille du bioréacteur (8) est dépendante du flux à traiter, mais aussi de la qualité et/ou de la composition des effluents à traiter. Le bioréacteur (8) est en général de faible volume par rapport au réacteur de traitement (1). Typiquement, le bioréacteur (8) occupe un volume utile 50 à 500 fois, avantageusement 50 à 100 fois, plus petit que le réacteur de traitement (1) principal. Par exemple, le volume utile du bioréacteur (8) peut être de l'ordre de 1 m3, pour un volume de réacteur (1) de l'ordre de 50 m3. Une quantité appropriée de préparation mycélienne est transférée à l'aide de la conduite (9) dans le réacteur de traitement (1). La préparation mycélienne produite dans le bioréacteur (8) comprend des spores et des mycélia.
Le volume de fluide traité dans le réacteur de traitement correspond à un temps de séjour déterminé, et il est ensemencé par les spores et le mycélium produits in situ.
Le bioréacteur (8) de production de mycélia en continu doit être capable de fournir à la biomasse qu'il contient et qui s'y développe, la quantité d'oxygène dont elle a besoin. Il s'agit de mélanger trois phases : une phase aqueuse (le milieu de culture), une phase gazeuse (le gaz d'oxygénation des mycélia, typiquement de l'air), une phase biotique constituée par la biomasse à majorité mycélienne.
Le bon déroulement du procédé est lié aux phénomènes de transferts entre les cellules (mycélia et spores) et le milieu de culture. Il s'agit tout d'abord de transfert de matière, du milieu extérieur vers la cellule pour ce qui est du substrat et des composés du milieu de culture nécessaires à la croissance cellulaire, en sens inverse pour les produits du métabolisme des cellules en culture. Pour que les transferts puissent s'effectuer correctement, la répartition des cellules dans le milieu de culture doit être la meilleure possible. En culture aérobie des mycélia, c'est le gaz d'oxygénation qui crée la turbulence et permet le maintien des cellules en suspension homogène. La géométrie du bioréacteur est conçue pour que le transfert d'oxygène soit le plus efficace possible. L'apport de nutriments permet de favoriser le développement des microorganismes micromycètes et exerce donc une influence sur le comportement cinétique de la population mycélienne présente.
Pour que les microorganismes soient répartis de façon homogène, que l'oxygène nécessaire soit apporté et la température maintenue, on utilise des moyens de transfert appropriés. Au fur et à mesure que le développement mycélien se poursuit, la concentration cellulaire augmente, la concentration en produits synthétisés par les microorganismes aussi, tandis que le milieu s'appauvrit en substrat. Quel que soit le microorganisme, le bioréacteur (8) est conçu pour permettre un contact aussi bon que possible entre les deux phases biotique et abiotique du système. Le bioréacteur (8) comprend typiquement, à l'entrée d'air, un système de filtration de l'air, destiné à éviter une contamination par des microorganismes non souhaitée. Cette filtration est effectuée pour des microorganismes bactériens aériens de taille supérieure ou égale à 0,22 μm, ou des microorganismes de type levures aériennes de taille supérieure ou égale à 0,44 μm. Durant le traitement des fluides dans le réacteur de traitement (1), les caractéristiques rhéologiques et chimiques du milieu changent, ce qui entraîne des modifications de fonctionnement, les transferts ne s'effectuant plus de la même façon. Il est donc recommandé d'agir sur les modalités de fonctionnement pour faire en sorte que la population mycélienne soit à tout moment dans les meilleures conditions et que son comportement cinétique soit optimal au sein du réacteur de traitement (1) : débit d'air, et/ou ajout de substrats, voire ajout de réactifs, et/ou régulation de la température et du pH (toutes ces opérations étant facilement automatisables). Le réacteur de traitement (1) est conçu en fonction du type de processus qui doit s'y dérouler.
Le bioréacteur instaure le régime établi du procédé décrit. Lorsque le régime établi est atteint (niveau de performance d'adsorption des métaux attendu), l'apport régulier d'une quantité suffisante de fluides tels que les boues (substrat pour la flore) permet de maintenir la population mycélienne à un degré de performance constant. Le bioréacteur (8) peut se présenter sous des formes très variées, telle qu'une colonne cylindrique, de hauteur variable selon les flux dimensionnants : air, surface du garnissage de contact. Il comprend par exemple trois parties : une partie basse permettant de collecter un liquide chargé de mycélium, pompé puis reversé dans la partie haute de la colonne qui forme un système de pulvérisation (rampe d'aspersion conçue de telle manière que les mycélia ne soient pas morcelés). La partie centrale contient un garnissage de type structuré ou autre, permettant d'optimiser l'implantation de la population cultivée, sa fixation et son développement dans des conditions favorables. Ce garnissage peut être de différents types et de différents matériaux, l'essentiel étant de permettre la fixation des mycélia.
Cette aspersion générée par une recirculation du liquide (via une pompe) permet son ruissellement sur le garnissage de la tour et humidifie ainsi les mycélia qui adsorbent les composants du liquide.
Ce bioréacteur (8) est de préférence surmonté d'un couvercle de type toit laissant passer librement le flux d'air mais prévenant des chutes pluviales.
Les échanges sont favorisés par un contre-courant entre l'air et le liquide concentré percolant sur le garnissage. Une thermorégulation peut-être nécessaire dans le cas où le bioréacteur (8) ne serait pas protégé du gel. Avantageusement selon la présente invention, le bioréacteur (8) est chauffé et calorifuge. Le bioréacteur (8) est conçu de manière à obtenir une consommation très limitée d'inoculum à implanter, du fait de l'autonomie du système qui fonctionne en recirculation peπnanente, cette recirculation assurant un contact optimal pour la population mycélienne avec les constituants favorisant son développement.
Un suivi analytique biologique ponctuel permet de vérifier la croissance des différentes espèces de mycélia constitutives du cocktail sélectionné.
Un suivi analytique chimique, existant sur les stations de traitement présentant des teneurs en métaux élevées, permet de se situer sur les performances du système. Le temps de détoxification est prédéfini selon les caractéristiques initiales, mais peut varier selon les variations de flux traité en amont. C'est un système qui s'adapte parfaitement à ce genre de fluctuation : les suivis analytiques permettent de s'assurer du bon rendement de détoxification. Avantageusement, les performances du système de dégradation de la matière organique sont quantifiées en réalisant des analyses de matières en entrée et en sortie du réacteur de traitement : analyse des MES (matière en suspension) ou MVS (matière organique volatile (environ à 5550C)), représentatives de la matière organique. L'écart à débit identique est le reflet exact de la dégradation de la matière organique. A cela, typiquement, on soustrait des performances de la technologie le volume de concentrât extrait du procédé.
Dans un mode réalisation particulier de la présente invention, le procédé comprend en outre une étape préalable de solubilisation des métaux des fluides à traiter. En effet, selon la forme des métaux dans les fluides à traiter, il sera nécessaire de transporter ces métaux vers la phase soluble. Des études ont déjà démontré qu'un relargage des métaux constitutifs des sols sous forme de lixiviats (phase soluble concentrée) était provoqué dans des milieux soumis à une anaérobiose. Aussi, en prétraitement de l'installation de détoxification, il peut s'avérer nécessaire dans certains cas (selon la forme complexée du métal dans le fluide tel que la boue) de traiter le fluide sur un étage en anaérobiose avec des cinétiques variables pouvant aller de quelques minutes à quelques heures, voire davantage. Dans cet étage, des espèces mycéliennes ou des levures habituellement rencontrées dans des digesteurs pourront être implantées afin de cibler une décontamination d'un métal ou d'un micro polluant organique. Un tel prétraitement peut permettre de dissoudre ledit métal et de traiter sur l'étage de détoxification la partie dissoute (substrat plus accessible). La mise en œuvre de cette technologie ne peut être réalisée que dans les cas où la déphosphatation physico-chimique a été mise en œuvre sur la filière eau. Dans le cas où une déphosphatation biologique existe sur la filière eau, cette étape d'anaérobiose ne peut pas être mise en œuvre sans empêcher le relargage du phosphore.
Il sera également envisagé selon les performances atteintes avec l'étage de dissolution du métal de ne traiter que le surnageant (concentré en métaux) en ayant au préalable séparé via une étape complémentaire le culot et le surnageant (à envisager dans le cas par exemple où 50 à 90 % du métal initialement concentré dans les fluides tels que les boues passent dans la phase dite «aqueuse »). Un prétraitement par acidification peut également être envisagé afin d'améliorer la solubilisation des métaux des fluides à traiter.
Les exemples suivants sont donnés à titre non limitatif et illustrent la présente invention.
Exemples de réalisation de l'invention :
Exemple 1 :
Conditions opératoires générales
L'essai a été réalisé dans un femienteur de laboratoire (volume utile, 4 L). La pouzzolane représente 60 % de la hauteur du réacteur ou « colonne ». Ce support est configuré comme un filtre entre deux plaques percées. Le système est continu : l'alimentation et l'évacuation des boues sont assurées par des pompes. Les débits entrée/sortie sont fixés à 2 mL/min. L'aération est assurée par un bullage (aération non-quantifiée).
Souches fongiques
L'inoculum est constitué par 3 micromycètes. Il s'agit des genres Mucor et Aspergillus.
Design
A To jour, les boues sont enrichies avec 5 % de mélasse (mélasse à 80 g/L). Ces boues sont inoculées avec 3 % de micromycètes (pied de cuve). Le système fonctionne ensuite sur le mode Batch pendant 3 jours. Après, le système continu est mis en place pendant 25 h. Cela permet de traiter environ 3 L de boues.
Analyses
Les boues à T0jour (non traitées) et à T25heures sont envoyées au laboratoire pour dosages du Ni et Cr. Résultats
Les dosages du Ni et du Cr (en mg/L) figurent dans le tableau 1 suivant : Tableau
Dans cette configuration opératoire, les rendements de capture sur le lit de biomasse mycélienne fixée sur le support à base de pouzzolane figurent dans le tableau 2 suivant :
Tableau 2 :
Ces résultats nous indiquent clairement que la détoxification avec le procédé selon la présente invention est très efficace.
Exemple 2 :
Une installation selon la présente invention contient un réacteur de traitement (1) de l'ordre de 60 L, ayant une hauteur de 1,60 m pour 150 mm de diamètre, comprenant un plancher crépine muni de 3 crépines réparties sur toute la section du réacteur, les crépines ayant des orifices de l'ordre de 1 mm. Le plancher crépine est surmonté d'une couche de sable ayant une granulométrie de l'ordre de 5 mm, surmontée d'un lit de biomasse en culture fixée sur de la pouzzolane de granulométrie de l'ordre de 2 mm. La hauteur de pouzzolane dans le réacteur est d'environ 1 m au repos. Des micromycètes de genre Mucor et Geotricum et des levures Candida sont injectés dans le réacteur. La colonne de traitement est munie d'un circuit de recirculation permettant l'expansion et la fluidisation du lit de biomasse. La pompe de recirculation fonctionne dans une gamme comprise entre 0 et 700 L/h, et fonctionne avantageusement à un débit d'environ 300 L/h. La pompe d'alimentation, qui permet d'alimenter les boues à traiter dans la colonne, fonctionne dans une gamme comprise entre 0 et 100 L/h. Les boues à traiter, qui présentent des teneurs en MES de 8 à 10 g/L, sont tout d'abord admises dans une cuve d'alimentation agitée, de préférence ayant un pH acide, et sont ensuite injectées dans le réacteur de traitement via la pompe d'alimentation. Les boues sont enrichies avec des extraits de malt. Pour 20 litres de pouzzolane, on peut utiliser un débit d'alimentation de l'ordre de 20 L/jour. Le temps de séjour est alors d'environ 24h dans le réacteur de traitement. Avantageusement, la pompe fonctionne quelques minutes (environ 5 minutes) toutes les 3-4 heures.
L'installation est munie d'un surpresseur (gamme 4 à 6 m3/h) afin d'injecter dans la conduite de recirculation de l'air nécessaire au fonctionnement biologique du cocktail aérobie de micromycètes.
Les boues traitées peuvent être récupérées par surverse, à l'extrémité supérieure du réacteur de traitement, ou en surverse d'une cuve de reprise placée sur la boucle de recirculation. Le lit de biomasse est sous forme fluidisée. Le taux d'expansion du lit est de l'ordre de 35% lors du traitement des boues par adsorption des métaux. Au bout d'un certain temps, on interrompt le passage des boues sur le lit de biomasse et on procède au lavage du lit à l'eau, avec un taux d'expansion du lit de l'ordre de 50%.
Les rendements de rétention sont de l'ordre de 73% pour le cadmium, de 72% pour le nickel et de 77% pour le chrome.
Exemple 3 :
L'exemple suivant est un exemple de dégradation en continu de la matière organique de boues de station d'épuration à dominante urbaine. Un cocktail mycélien est injecté dans un réacteur de traitement, pour former un lit de biomasse mycélienne fixée sur un support solide. Le temps de séjour des boues avec le lit de biomasse mycélienne est compris entre 4 et 5 jours.
Deux essais ont été réalisés en utilisant des boues d'origine différente. Pour chaque type de boues, on a utilisé un cocktail adapté. Le premier essai a été réalisé à l'aide de micromycètes des genres Mucor, Galactomyces, et Pénicillium. Les résultats sont présentés dans le tableau 3 suivant. Le rendement de dégradation de la matière organique est de l'ordre de 60%. Le deuxième essai a été réalisé à l'aide d'un mélange de micromycètes et de levures mycéliennes des genres Mucor, Candida, et Pichia.
Dans cet essai, le volume de recirculation est de 35 1. Les résultats sont présentés dans le tableau 4 suivant.
La signification des abréviations utilisée dans les tableaux 3 et 4 est la suivante : MS = Matière Sèche, rec = recirculation, alim = alimentation, V = volume, ext = extraction, E/S = Entrée/Sortie, cum = cumulé c'est-à-dire sur toute la période, Delta m = variation en masse.
Tableau 3
O O
O\
O -4 K)
O\ κ>
Rendements abattement
Bilan massique journalier Bilan massique cumulé boues
MS[rec] V alim MS[alim] V ext MS [ext] m alim m ext mélasse Δ m rec ∑m alim ∑m ext Δm rec E/S jour E/S cum g/l I g/1 1 g g %
7,5 7,1
4,7
4,6 6,7 0
3,8 6 6,8 5.5 2.7 40.8 14,85 28 40,8 14,85 -28 63,6 63,6
2,5 6 6,8 5,5 2,5 40,8 13,75 45,5 81,6 28,6 -73,5 66,3 65,0
1 ,9 6 6,7 6,5 2 40,2 13 21 121,8 41,6 -94,5 67,7 65,8
1,7 6 6,6 6 1 ,8 39,6 10,8 7 161.4 52,4 -101,5 72.7 67,5
O H W κ>
O o (Jy
O O ~4
Tableau 4
Bilan massique journalier Bilan massique cumulé Rendement % m E/S
Date MS[rec] V alim MSfalim] V ext MS[ext] alim m ext mélasse Δ m rec ∑m alim ∑m ext Δm rec E/S eu m cum g/i / g/i / g/ι g g g g g g g % + rec %
3/11 6
7/11 4,4 6,3
8/11 5,7 6 6,3 6 6,3 37,8 37,8 45,5 37,8 37,8 -10,5 0,0 27,8
9/11 5,5 6 6,2 5 5,9 37,2 29,5 -7 75 67,3 -17,5 10,3 33,6
10/11 5 5 7,6 5 5,2 38 26 -17,5 113 93,3 -35 17,4 48,4
14/11 6,3 22 7,6 22 6,4 167,2 140,8 77 45,5 357,2 234,1 10,5 34,5 31 ,5
15/11 6,4 6 7 5,5 9,9 42 54,45 3,5 399,2 288,55 14 27,7 24,2
16/11 5,8 6 7,8 6 9,2 46,8 55,2 -21 446 343,75 -7 22,9 24,5
17/11 5,3 5 7,6 5 8,4 38 42 -17,5 484 385,75 -24,5 20,3 25,4
18/11 5,2 5 7,5 5 7,4 37,5 37 -3,5 521 ,5 422,75 -28 18,9 24,3
21/11 6,2 27 7 26 7 189 182 77 35 787,5 604,75 7 23,2 22,3
22/11 8,9 7,5 7,2 7,5 9,9 54 74,25 94,5 841 ,5 679 101 ,5 19,3 7,2
23/11 7,1 6 7,3 5,5 9,4 43,8 51 ,7 -63 885,3 730,7 38,5 17,5 13,1
24/11 7,3 6 7,1 5,5 7,1 42,6 39,05 7 927,9 769,75 45,5 17,0 12,1
25/11 6,9 7 7,9 7 7,6 55,3 53,2 -14 983,2 822,95 31 ,5 16,3 13,1
28/11 6,8 6 7,7 5,5 6 46,2 33 77 -3,5 1106,4 855,95 28 22,6 20,1
29/11 9,7 6 7,9 6 9,7 47,4 58,2 101 ,5 1153,8 914,15 129,5 20,8 9,5
1/12 5,8 7,5 7,7 7,5 7,4 57,75 55,5 -136,5 1211 ,55 969,65 -7 20,0 20,5
2/12 7,1 6 7,7 5,5 7 46,2 38,5 45,5 1257,75 1008,15 38,5 19,8 16,8
5/12 4,7 18 7,2 17 4,6 129,6 78,2 77 -84 1464,35 1086,35 -45,5 25,8 28,9
6/12 6 6 7,1 6 8,1 42,6 48,6 45,5 1506,95 1134,95 0 24,7 24,7
7/12 5,8 6 6,8 6 7,5 40,8 45 -7 1547,75 1179,95 -7 23,8 24,2
8/12 6 6 7,1 6 6,1 42,6 36,6 7 1590,35 1216,55 0 23,5 23,5
9/12 5,1 8 6,6 8 6,1 52,8 48,8 -31 ,5 1643,15 1265,35 -31 ,5 23,0 24,9
12/12 7 7 0 0 77 -178,5 1720,15 1265,35 -210 26,4 38,6

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de dégradation de la matière organique de fluide et/ou de détoxifïcation de fluide chargé en métaux comprenant le traitement du fluide par passage sur un lit de biomasse mycélienne fixée sur un support solide dans un réacteur de traitement, le fluide étant choisi parmi les effluents ou les boues de station d'épuration à dominante urbaine.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les micromycètes de la biomasse mycélienne sont choisis parmi les genres Pénicillium, Trichoderma, Mucor, Galactomyces, Aspergillus, Fusarium, Geolricum, Phoma, Botrytis, Geomyces, Saccharomyces, et leurs mélanges.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les micromycètes sont choisis parmi : Pénicillium roqueforti, Pénicillium chrysogenum, Pénicillium atramenlosum, Trichoderma viride, Trichoderma reesei, Trichoderma harzianum, Mucor hiemalis, Mucor racemosus, Mucor fus eus, Mucor plumbeus, Galactomyces geotricum, Aspergillus phoenicis, Aspergillus niger, Geotricum candidum, Phoma glomerata, Botrytis Cinerea, Geomyces pannorum, et leurs mélanges.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le support solide est un support inerte, tel qu'un support granulaire inerte, avantageusement constitué de pouzzolane, de calcaire, de sable, de pierre ponce, de basalte, d'argile, de quartz, d'anthracite, d'alumine activée, de zéolite, ou leurs mélanges, ou un support ou un garnissage plastique.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les micromycètes sont cultivés en parallèle de façon continue dans un bioréacteur séparé.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape préalable de traitement du fluide par ultrasons.
7. Procédé de dégradation de la matière organique de fluide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le temps de contact du fluide avec le lit de biomasse mycélienne est compris entre 1 et 7 jours, avantageusement entre 2 et 4 jours.
8. Procédé de dégradation selon la revendication 7, caractérisé en ce que le lit de biomasse mycélienne est sous forme de lit fluidisé ou de lit mobile.
9. Procédé de détoxification de fluide chargé en métaux selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 par adsorption des métaux par passage sur le lit de biomasse mycélienne fixée sur un support solide dans le réacteur de traitement, comprenant la mise en contact du fluide à traiter avec le lit de biomasse mycélienne, et la récupération du fluide détoxifïé, caractérisé en ce que, par intermittence, on interrompt le passage du fluide sur le lit de biomasse et on procède au lavage du lit de biomasse par mise en circulation dans le réacteur d'un fluide de lavage dans des conditions hydrauliques permettant de désorber les métaux par entraînement d'au moins une partie de la biomasse chargée en métaux.
10. Procédé de détoxification selon la revendication 9, caractérisé en ce que les métaux sont choisis dans le groupe constitué par le chrome, le cadmium, le nickel, le cuivre, le zinc, le plomb, le mercure, l'aluminium, l'arsenic, le sélénium, le cobalt, et leurs mélanges.
1 1. Procédé de détoxification selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le fluide de lavage est de l'eau.
12. Procédé de détoxification selon l'une quelconque des revendications 9 à
11, caractérisé en ce que l'on procède au lavage du lit de biomasse après avoir atteint une valeur seuil de perte de charge dans le réacteur et/ou une valeur seuil du ratio de la teneur en MES du fluide en sortie par rapport à la teneur en MES du fluide en entrée du réacteur.
13. Procédé de détoxification selon l'une quelconque des revendications 9 à
12, caractérisé en ce que les conditions hydrauliques permettant de désorber les métaux sont obtenues avec une vitesse d'écoulement du fluide de lavage qui est 5 à 30 fois, avantageusement 20 à 25 fois, supérieure à la vitesse de passage du fluide sur le lit de biomasse lors de l'adsorption.
14. Procédé de détoxification selon l'une quelconque des revendications 9 à
13, caractérisé en ce que le lit de biomasse mycélienne est sous forme de lit fluidisé ou de lit mobile.
15. Procédé de détoxification selon la revendication 14, caractérisé en ce que les conditions hydrauliques permettant de désorber les métaux sont obtenues avec un taux d'expansion du lit compris entre 25 et 60 %, avantageusement entre 30 et 50 %, durant l'opération de lavage, pour un taux d'expansion du lit compris entre 15 et 35 %, avantageusement de l'ordre de 20%, lors de l'adsorption des métaux, à la condition que le taux d'expansion du lit lors du lavage soit toujours supérieur au taux d'expansion du lit lors de l'adsorption.
16. Installation de dégradation de la matière organique de fluide et/ou de détoxification de fluide chargé en métaux comprenant au moins un réacteur de traitement (1) contenant : des moyens d'injection (2) du fluide à traiter, un lit de biomasse (3) mycélienne fixée sur un support solide, un dispositif d'injection d'air (4), des moyens d'extraction (5) du fluide traité, - éventuellement des moyens d'extraction et de réinjection du support solide, éventuellement des moyens d'injection (6) du fluide de lavage, et éventuellement des moyens d'extraction (7) du fluide de lavage.
17. Installation selon la revendication 16, caractérisée en qu'elle comprend en outre, en parallèle du réacteur de traitement (1), un bioréacteur (8) de culture en continu des micromycètes.
18. Installation selon la revendication 16 ou 17, caractérisée en ce qu'elle contient en outre, en amont du réacteur de traitement (1), des moyens de traitement du fluide à traiter par ultrasons.
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