EP2499100A1 - Procede de recuperation de microparticules inertes ou vivantes, son utilisation et son installation - Google Patents

Procede de recuperation de microparticules inertes ou vivantes, son utilisation et son installation

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Publication number
EP2499100A1
EP2499100A1 EP10792985A EP10792985A EP2499100A1 EP 2499100 A1 EP2499100 A1 EP 2499100A1 EP 10792985 A EP10792985 A EP 10792985A EP 10792985 A EP10792985 A EP 10792985A EP 2499100 A1 EP2499100 A1 EP 2499100A1
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EP
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column
inert
living
microparticles
effluent
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10792985A
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German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Yves Champagne
François RENE
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Institut Francais de Recherche pour lExploitation de la Mer (IFREMER)
Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
Original Assignee
Institut Francais de Recherche pour lExploitation de la Mer (IFREMER)
Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2499100A1 publication Critical patent/EP2499100A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A01K63/00—Receptacles for live fish, e.g. aquaria; Terraria
    • A01K63/04—Arrangements for treating water specially adapted to receptacles for live fish
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    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to a method and an installation for recovering inert or living microparticles, preferably photosynthetic micro-organisms.
  • photosynthetic microorganisms will be used to designate microscopic photosynthetic organisms that may be either undifferentiated or multicellular.
  • the present invention will moreover be more particularly described with respect to photosynthetic microorganisms, such as microalgae, without however constituting any limitation thereof.
  • photosynthetic micro-organisms when photosynthetic micro-organisms are recovered, the term “harvesting process” will be used.
  • inert microparticles will be understood to mean colloids
  • Photosynthetic microorganisms are currently mainly grown in open systems, such as lagoons or ponds. More precisely, they
  • Photosynthetic micro-organisms thus represent a non-competitive alternative to food crops and, moreover, very interesting thanks to:
  • vitamins omega 3, antioxidants, sugars
  • the present invention overcomes these drawbacks by proposing a method for recovering inert or living microparticles that is perfectly adapted to the harvesting of photosynthetic microorganisms, such as microalgae, because:
  • the process for recovering inert or living microparticles according to the present invention comprises the following steps:
  • a polyphasic effluent enriched in inert or living microparticles with respect to the aqueous effluent said multiphase effluent consisting mainly of gases of the gaseous phase which has been possibly modified in its composition by the gaseous exchanges effected in the column,
  • gaseous phase consisting of gases of the gaseous phase which has possibly been modified in its composition by the gaseous exchanges effected in the column
  • the term "effluent" is used in its most general sense to refer to any fluid emanating from of a polyphasic source, namely consisting of a mixture of liquid, gas and solid elements, the proportion of each of these three states can be very variable.
  • step b) of the process according to the invention the expression:
  • inert or living microparticles present at concentrations of between 0.1 g / m 3 and 1000 g / m 3 in an aqueous effluent can be recovered.
  • concentration of the aqueous effluent in inert or living microparticles will depend on the type of application for which the process is intended.
  • the process according to the invention has the advantage of being able to be used in a range of concentrations of living or inert microparticles present in a very wide aqueous effluent, and therefore of being able to be used in very varied technical application areas which are described below.
  • the process according to the invention can be operated continuously, it is possible to adapt the recovery rate of the inert or living microparticles present in an aqueous effluent according to the desired energy cost: this depends on the field of application of the invention. process.
  • the process according to the invention can be implemented a number of times on the aqueous effluent containing inert or living microparticles so as to increase the recovery rate. said inert or living microparticles.
  • the process according to the invention makes it possible to recover inert or living microparticles which can be concentrated between 10 and 30 times, or even between 100 and 1000, relative to those present in the aqueous effluent to which the process is applied.
  • the process according to the invention can be used in the field of purification of city water by recovering bacterial streams, colloids, inert residual microparticles such as clays, sludges or silicas, the concentration in microparticles in the effluent a water content of between 5 and 10 g / l.
  • the process makes it possible to obtain pure water, after recovery of said microparticles, at a residual concentration in these microparticles of the order of 10 -3 g / l.
  • the process according to the invention can be used in off-shore oil exploitation, namely to pre-filter (at 80-90%) the seawater used to flush crude oil into petrogenic source rocks.
  • concentration of microparticles in the aqueous effluent is of the order of 0.1 g / m 3 . It may indeed be desired to purge the offshore or coastal seawater of any microparticle greater than the pore of the parent rock, ie of the order of 5 ⁇ .
  • This use of the process allows pre-filtration of seawater at low cost, and this before a total filtration by a more expensive and more fragile process such as tangential filtration.
  • Another application of the process may be in the field of shellfish hatchery, namely to separate the feeder micro-algae present in the rearing water of such hatcheries, before ultraviolet sterilization. steril is to be transparent). Thanks to this process, the algae thus separated remain alive and can be reinjected into the breeding water circuit once the sterilization is carried out.
  • the microparticle concentration of the aqueous effluent can be between 10 g / m 3 and 100 g / m 3 .
  • a preferred use of the process according to the invention is the harvesting of micro-algae, the concentration of microalgae in the aqueous effluent being between 100 g / m 3 and 1000 g / m 3 , preferably between 5,000 g / m 3 and 1,000 g / m 3 .
  • the process according to the invention makes it possible to obtain concentrated microalgae at a concentration of between 10 and 20 g / l, and thus to concentrate the initial aqueous effluent 20 to 30 times when the concentration of the biomass is order of 0.5 to 1 g of dry matter per liter of culture, or even to concentrate 100 to 1000 times when the concentration of microalgae of the aqueous effluent is lower, namely less than 0.05 g / L.
  • an object of the present invention is a process for purifying aquarium water of aquaculture animals which comprises the following steps:
  • a rising liquid column under vacuum of an aqueous effluent from a first source is established, said first source being an aquaculture aquaculture pond, in which oxygen is optionally injected, said aqueous effluent comprising faeces, colloids, fine particles such as proteins, and dissolved gases such as ammonia, nitrogen and carbon dioxide, produced by aquaculture animals,
  • a polyphasic effluent enriched in faeces, colloids, fine particles, dissolved gases with respect to the aqueous effluent said multiphase effluent consisting mainly of gases of the gas phase which has been possibly modified in its composition by the gaseous exchanges operated in the column,
  • a concentrate consisting of a liquid comprising faeces, colloids and fine particles
  • a gaseous phase which consists of gases of the gaseous phase which has possibly been modified in its composition by exchanges gaseous gases operated in the column with the dissolved gases of the aqueous effluent
  • the injection of oxygen into the predominantly liquid effluent descending into the column has the effect of renewing the oxygen present in the breeding tank of aquaculture animals, and is complementary to the direct injection into the watershed. culture that can also be done.
  • a preferred embodiment of the process for purifying aquarium water of aquaculture animals is characterized in that the aqueous effluent also comes from a second source.
  • This second source is an agitated bed bacterial filter, in which the nitrogen and possibly carbonaceous discharges produced by the aquaculture animals and coming from the first source are transformed into a particulate biofilm of nitrates which is released in continuous by said agitated bed bacterial filter.
  • feces, colloids, fine particles and the liberated bio-film are recovered.
  • the process according to the invention is based in particular on the physical principle of adsorption by surface tension of microparticles present in a liquid at the periphery of bubbles created by the injection of a gaseous phase, for example air, into said liquid.
  • the method according to the invention is all the more effective by maintaining the depression at the top of the column which allows the regular increase in the diameter of the bubbles created on the bottom side of the column as they migrate. towards the top of the column and thus the formation of a foam at the top of the column. This enhances the intrinsic buoyancy of each bubble. This also allows the use at the bottom of the column of very small bubbles, particularly absorbent for the inert or living microparticles. These will then be found in the foam obtained at the top of the column.
  • a gaseous phase is injected generating the smallest possible bubbles, namely of size less than 5 mm, preferably less than 1 mm.
  • a finely micronized gaseous phase is injected by a suitable device.
  • inert microparticles such as microparticles of petroleum products
  • living microparticles such as microalgae that contain oxygen
  • surfactants are added to the aqueous effluent, in order to improve the gas / microparticle adsorption inert or living microparticle. They can be recovered by recycling by the foaming or skimming effect that occurs at the top of the column.
  • Depression can be instituted by any system of depression.
  • the pressure is between 0.3 ⁇ 10 5 and 0.9 ⁇ 10 5 Pa.
  • the vacuum is introduced by means of a vacuum pump.
  • the height of the column is preferably between 1 and 6 m.
  • the length and the time of the contact route of the aqueous effluent with the gaseous phase are much greater than those of conventional baffled skimmers, whose height does not exceed one meter (total length of course not exceeding two meters).
  • the length is at least equal to the height of the column and can reach up to 2 to 3 times this height (about 6 to 18 meters) due to phenomena of recirculation of bubbles in the column. This length of course and its duration are essential for all the effects of skimming and gas exchange.
  • the gaseous phase injected at the bottom of the column may be air, carbon dioxide or any other suitable gas at overpressure or at atmospheric pressure.
  • phase separation of the multiphase effluent in step c) of the process according to the invention can be carried out in a concentration device designed in such a way that:
  • the concentrate comprising the inert or living microparticles is evacuated by gravity effect to a collection basin desd ites microparticles, possibly after a passage in a settling chamber, and that
  • the gas phase is aspirated.
  • the aspiration of the gas phase can be carried out by the same system which introduces depression at the top of the column, such as a vacuum pump.
  • the concentration device consists of a scum separator which comprises an anti-foam grid and a weighted float system.
  • inert or living microparticles flocculate spontaneously, they can be recovered during step d) of the recovery process according to the invention in the form of a flocculate by any suitable extraction system such as:
  • - pumping system for example peristaltic pump
  • spontaneous flocculation is understood to mean a spontaneous aggregation of microparticles into larger particles until spontaneous sedimentation.
  • inert or living microparticles do not spontaneously flocculate, they can be recovered by any concentration method known to those skilled in the art, such as centrifugation.
  • the method according to the invention described above may optionally be completed by at least one step chosen from washing, centrifugation and drying steps.
  • the present invention relates to an in situ recovery of inert or living microparticles, preferably a plant for harvesting photosynthetic microorganisms for carrying out the process according to the invention.
  • the plant for recovering living or inert microparticles according to the invention comprises:
  • an internal tubular enclosure into which enters through a column inlet located on the bottom side of the column and ascendingly, an aqueous effluent comprising living or inert microparticles, and an external tubular enclosure in which a predominantly liquid effluent depleted of living or inert microparticles with respect to the aqueous effluent, and which leaves of the column by a column exit located on the bottom side of the column,
  • the outer tube being closed in its upper part above the open upper end of the inner tube leaving a space in which is formed a foam consisting of a polyphasic mixture of the aqueous effluent and the gas phase when setting implementation of the method according to the invention
  • iii means for putting the column under vacuum and which ensures the suction of a multiphase effluent enriched with living or inert microparticles with respect to the aqueous effluent and which consists mainly of gases of the gaseous phase that has been modified in its composition by the gaseous exchanges operated in the column,
  • the facility for recovering living or inert microparticles also comprises a device for regulating and securing the levels.
  • the concentration device of the plant for recovering living or inert microparticles comprises a scum separator.
  • the recovery device of the living or inert microparticle recovery installation comprises a settling chamber, a collection basin, a peristaltic pump and a recovery basin.
  • the facility for recovering living or inert microparticles comprises a plurality of columns, preferably about sixty, and a single means of putting under vacuum.
  • the installation comprises a plurality of columns dimensioned so that the flow rate of the aqueous effluent is equal to 3 to 5 times the flow rate of the gas phase injected.
  • the facility for recovering living or inert microparticles according to the invention further comprises as many regulating devices and securing levels as columns.
  • FIG. 1 schematically shows a microalgae harvesting plant implementing the method according to the invention.
  • This installation comprises a colon 1 which is constituted by two concentric tubes 2,3: a first outer tube 3 and a second inner tube 2.
  • the two tubes 2,3 are arranged vertically so as to provide an internal tubular enclosure 22 in which ascendingly flows an aqueous effluent comprising microalgae.
  • the aqueous effluent enters through a column inlet 20 located on the bottom side of column 1.
  • This column inlet 20 is immersed in a micro-algae culture basin 8.
  • Column 1 is not immersed in the microalgae culture basin 8.
  • the two tubes 2, 3 also provide an external tubular enclosure 23, in which a predominantly liquid effluent 6 which is depleted of micro-algae with respect to the aqueous effluent 5 and which exits from the column 1 through a downstream flow, flows in a descending manner.
  • Column 1 comprises an injection means 4 in the internal tubular enclosure 22 of a gaseous phase consisting of air.
  • the outer tube 23 is closed in its upper part above the open upper end of the inner tube 22 so as to provide a space 25 in which is formed a shield 7 which consists of a multiphase mixture of the aqueous effluent 5 and the gaseous phase during the implementation of the process according to the invention,
  • the aqueous effluent 5 is withdrawn from a storage facility, for example a microalgae culture basin, using mechanical means to be conveyed at the column inlet of column 1.
  • the predominantly liquid effluent 6 depleted of micro-algae out of the column outlet 21 of said column 1 can be reintroduced into this storage facility, possibly using another mechanical means In this case, the installation function do not continuously.
  • the micro-algae contained in the predominantly liquid effluent 6 depleted in micro-algae are reintroduced into the storage facility to be withdrawn again from the storage facility and conveyed to the inlet 20. column 1.
  • the predominantly liquid effluent 6 discharged from the outlet 21 is introduced into another storage unit.
  • the column 1, as well as the column 20 and column outlet 21 are immersed in a basin that contains inert or living microparticles to recover.
  • the vacuum means 9 of the column 1 consists of a vacuum pump, the pressure is set at about 0.4 bar.
  • the installation shown in FIG. 1 comprises a concentration device 34 which comprises a scum separator 10,
  • the multiphase effluent resulting from the separation at the top of column 1 of the scum 7 is conveyed to the scum separator 10 via a pipe 24.
  • the scum separator 10 is in the form of a collection tank 36 which comprises an anti-foam grid 26 and a weighted float 27.
  • the foam separator 10 is designed so that as the multiphase effluent is injected into the collection tank 36, the phase separation of step c) of the process according to the invention is carried out thanks to the vertical movement of the weighted float 27.
  • the foam separator 10 is connected to the vacuum pump 9 by a pipe 33.
  • the gaseous phase which consists of the gases of the gaseous phase, which has been possibly modified in its composition by the gaseous exchanges operated in column 1, is sucked towards the vacuum pump 9 through the pipe 33.
  • the gaseous phase thus sucked can pass through a bubbling chamber (not shown in Figure 1) so as to protect the vacuum pump 9.
  • the concentration device 34 furthermore comprises a motorized valve 13
  • the microalgae recovery device comprises:
  • the microalgae recovery installation shown in FIG. 1 further comprises a device for regulating and securing the levels 28.
  • This regulation and level 28 security device consists of a chamber 29 having the shape of a cylinder. approximately 7 cm in diameter and 10 cm in height, disposed facing the level with the desired level of scum 7 that it is desired to impose on column 1.
  • the chamber 29 is connected:
  • a first connection means 30 such as a flexible tubule (for example with a section that can be between 0.5 and 3.5 cm),
  • connection means 31 such as a semi-rigid tube
  • the chamber 29 further comprises two level sensors 1 1, 32:
  • the first sensor 1 1 is connected to a d ispositif dud control check of the multiphase effluent enriched in microparticles inert or living compared to the effl uent aqueous (not shown in Figure 1) .
  • the second sensor 32 is connected to a device for controlling the flow rate of the gas phase injected at the bottom of column 1 (not shown in FIG. 1).
  • the aforementioned flow control devices consist of solenoid valves.
  • the level of the air / water interface of the chamber 29 is below the aforementioned lower limit, this means that the multiphase effluent is not extracted at the top of column 1, but on the contrary it is it of the predominantly liquid effluent 6 which is extracted; which is significant of a malfunction of the installation according to the invention. If the level of the air / water interface of the chamber 29 is below the aforementioned lower limit, this means that the multiphase effluent is not extracted at the top of the column, but that it is air which is sucked up the column; which is also significant of a malfunction of the installation according to the invention.
  • the regulating device 28 described above makes it possible to ensure the proper operation of the installation according to the invention.
  • the flow rates of the multiphase effluent and the gas phase injected at the bottom of the column can be regulated so that the multiphase effluent is well extracted at the top of the column.
  • column by means of the vacuum means 9 which establishes the vacuum throughout the installation according to the invention, and not that the predominantly liquid effluent 6 depleted in inert or living microparticles is extracted at the top of the column; which would risk damaging the vacuum means 9 by drowning.
  • the installation comprises a plurality of columns 1, for example sixty in number, whose column and column outlet entries 21 are immersed in basins. 8.
  • the columns 1 are not immersed in the culture tanks 8.
  • the columns 1 are put under vacuum by means of a single means of vacuum 9.
  • the vacuum instituted by the vacuum underpressure means 9 is centralized, which ensures the resilience of the installation in the event of failure at one of the columns 1.
  • the facility for recovering living or inert microparticles according to the invention further comprises as many regulation and level 28 security devices as columns 1.
  • a separate level regulating and securing device 28 is connected to each of the columns 1 and as described above.
  • the species of microalgae extracted were the following:
  • the actual volume to be collected per kg of microalgae means the volume of microalgae concentrate obtained at the end of step c) of the recovery process according to the invention.
  • EC is the concentration factor, the definition of which is: concentration of the concentrate in microalgae (expressed in g of dry matter / L of culture) divided by the concentration of the culture to be harvested (expressed in g of dry matter IL of culture).
  • the extraction cost is expressed in euros / kg.
  • the very low cost of extraction of microalgae thanks to the recovery method and to a microalgae recovery plant according to the present invention compared to the microalgae extraction costs which have been published.
  • the present invention is thus particularly advantageous for harvesting microalgae.
  • Table 2 presents a comparison of different parameters such as amortization, energy, labor and overall cost of microalgae extraction using different techniques such as:
  • microalgae recovery device is particularly advantageous from an economic point of view compared to other known microalgae recovery techniques and implemented. Indeed, thanks to the recovery process and the recovery device according to the present invention, there is a significant reduction in microalgae extraction costs.
  • the present invention thus makes it possible to overcome a crucial technological problem represented by the harvesting of microalgae during the cultivation of microalgae. It proposes a microalgae recovery process quite economical compared to the known microalgae harvesting techniques. Which is quite advantageous in the process of microalgae cultivation.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de récupération de microparticules inertes ou vivantes, au cours duquel on établ it une colonne liquide montante sous dépression d'un effluent aqueux comprenant des microparticules inertes ou vivantes et on sépare une écume en haut de colon ne en un effluent polyphasique enrichi en microparticules inertes ou vivantes par rapport à l'effluent aqueux et en un effluent majoritairement liquide appauvri en microparticules inertes ou vivantes par rapport à l'effluent aqueux. L'invention concerne aussi les différentes applications de ce procédé, ainsi qu'une installation mettant en œuvre ce procédé.

Description

PROCEDE DE RECUPERATION DE MICROPARTICULES INERTES OU VIVANTES, SON UTILI SATION ET SON INSTALLATION
La présente invention concerne un procédé, ainsi qu'une 5 installation de récupération de m icroparticules inertes ou vivantes, de préférence de micro-organismes photosynthétiques.
Dans le cadre de la présente invention, le terme générique microorganismes photosynthétiques sera util isé pour désigner des organismes microscopiques photosynthétiques q u i peuvent être u n icel l u l a ires ou 10 pluricellulaires indifférenciés. La présente invention sera d'ailleurs plus particulièrement décrite e n p re n a n t a p p u i sur les micro-organismes photosynthétiques, tels que des micro-algues, sans toutefois que cela en constitue une quelconque limitation. De plus, lorsque des micro-organismes photosynthétiques seront récupérés, on parlera de « procédé de récolte ». 15 En outre, on entendra par microparticules inertes des colloïdes
(matières organiques dissoutes), des micro-floculants, des boues, ou encore des silices.
La culture de micro-organismes photosynthétiques est de nos jours en plein essor, du fait du potentiel exceptionnel que représentent ces
20 organismes simples, qui sont capables de capter le gaz carbonique, ainsi que tous les autres composés gazeux considérés comme des polluants que sont les ΝΟχ (tels que NO2, NO3, et autres composés azotés gazeux ou micronisés) et les SOx (tels que SO2, S2Û4 et autres composés sulfureux gazeux ou micronisés, soufrés ou hydrogénés) pour synthétiser leur matière organique
25 par photosynthèse, et ce avec une très grande efficacité surfacique (au moins dix fois supérieure en matière de production valorisable par rapport aux prod uctions végétales terrestres cu ltivées) . Les micro-organismes photosynthétiques sont donc actuellement principalement cultivés dans des systèmes ouverts, tels que des lagunes ou des bassins. Plus précisément, ils
30 peuvent être cultivés dans de longs tubes en verre ou dans des bassins dans des eaux salées, sur-salées, ou encore dans des eaux douces, et offrent ainsi une possibil ité de récolte en continu . Les développements technologiques récents permettent aussi de cultiver les micro-organismes photosynthétiques dans des photo-bioréacteurs clos ; ce qui procure l'avantage de mettre en œuvre un procédé de culture de micro-organismes photosynthétiques spécifiques entièrement contrôlé et sous asepsie.
Ainsi, l'intérêt pour les micro-organismes photosynthétiques s'est particulièrement accru ces dernières années, du fait de leur utilisation notamment pour la fabrication de biocarburants, à partir d'huiles extraites d'algues microscopiques présentes dans le plancton.
Il est connu que la production de biocarburant à base de tournesol, de soja ou encore de canne à sucre engendre des coûts de production élevés. Les micro-organismes photosynthétiques offrent quant à eux un rendement trente fois supérieur à celui des oléagineux (grâce à leur capacité d'accumulation d'acides gras qui peut représenter jusqu'à 50% de leur poids sec), avec l'avantage supplémentaire de ne pas nuire à l'environnement.
Les micro-organismes photosynthétiques représentent ainsi une alternative non concurrentielle aux cultures alimentaires et de surcroît très intéressante grâce à :
- leur potentiel de développement bien plus élevé,
- la particularité de certaines espèces de micro-organismes photosynthétiques à produire des réserves de lipides allant jusqu'à 70% de leur masse, lorsqu'elles sont soumises à des stress tels que la privation d'azote ou une augmentation brutale de lumière,
- leur absence de besoin de produits zoo- et phytosanitaires pour leur culture.
Les micro-organismes photosynthétiques présentent en outre l'avantage de contenir des coproduits valorisâmes dans divers domaines d'application tels que :
- la pharmacie et l'agroalimentaire (vitamines, oméga 3, antioxydants, sucres),
- l'industrie (silice, pigments), et
- la pétrochimie (lipides).
Cependant, un des principaux obstacles aux développements techniques et économiques de la culture de micro-organismes photosynthétiques se situe au niveau de leur procédé de récolte, qui doit être efficace à faibles coûts énergétiques. En effet, à contrario des plantes terrestres (organismes généralement pluricellulaires et de grande taille) qui sont aisément récoltables par des moyens mécaniques n'engendrant pas de coûts énergétiques trop élevés, la mise en œuvre de la récolte de micro- organismes photosynthétiques se heurte au problème de la faible dimension du produit à récolter, à savoir une taille moyenne comprise entre 0,5 et 60 microns.
De l'état de la technique, les procédés suivants de récolte de micro-organismes photosynthétiques sont connus:
- la centrifugation, technique efficace mais coûteuse : la récolte de un à deux kilos d'algues sèches nécessite la centrifugation d'une tonne de milieu de culture (densité optimale et maximale des cultures d'algues à récolte à l'heure actuelle) ;
- la floculation représente une technique efficace d'un point de vue énergétiq ue, ma is el le nécessite la m ise en œuvre d'opérations préalables que sont notamment :
o la floculation spontanée : opération longue, dont les résultats obtenus sont peu fiables, étant donné que cette opération peut mettre en péril la qualité des produits récoltés,
o la biofloculation par mélange avec une culture bactérienne : technique s'avérant coûteuse en termes d'énergie et peu fiable, o l a floculation par choc froid, efficace mais très coûteuse en énergie,
- la récolte par filtration tangentielle, technique coûteuse en énergie et souvent destructrice des appendices proéminentes des parois cellulaires des micro-organismes photosynthétiques ; de plus la présence d'algues à squelette siliceux est susceptible d'endommager rapidement les parois filtrantes en limitant donc leur durée de vie.
Ces procédés de récolte de micro-organismes photosynthétiques s'avèrent non seulement coûteux en énergie, mais peuvent aussi être destructeurs des micro-organismes photosynthétiques récoltés. Par ailleurs, ils nécessitent un entretien permanent des tamis filtrants, notamment s'il existe des diatomées à capsules siliceuses, la thèque de ces algues détruisant les tamis filtrants de maille comprise entre 1 et 30 microns.
La présente invention remédie à ces inconvénients en proposant un procédé de récupération de microparticules inertes ou vivantes parfaitement adapté à la récolte de micro-organismes photosynthétiques, tels que des micro-algues, du fait qu'il :
- optimise le coût énergétique de la récupération, et en particulier de la récolte des micro-organismes photosynthétiques par pré-concentration, - préserve l'intégrité des micro-organismes photosynthétiques,
- nécessite des coûts de gestion et de mise en œuvre faibles,
- rend possible la récolte en continu par l'écrêtage permanent des cultures.
Le procédé de récupération de microparticules inertes ou vivantes selon la présente invention comprend les étapes suivantes :
a) on établit une colonne liquide montante sous dépression d'un effluent aqueux comprenant des microparticules inertes ou vivantes,
- en injectant dans la colonne, du côté bas, une phase gazeuse, ladite phase gazeuse se répartissant dans la colonne sous forme de bulles, et
- en instaurant une dépression du côté haut de la colonne,
de manière à ce que les bulles soient de diamètre croissant lors de leur migration vers le haut de la colonne et à obtenir du côté haut de la colonne une écume constituée d'un mélange polyphasique de l 'effluent aqueux et de la phase gazeuse,
b) on sépare l'écume en haut de colonne en :
- un effluent polyphasique enrichi en microparticules inertes ou vivantes par rapport à l'effluent aqueux, ledit effluent polyphasique étant constitué majoritairement des gaz de la phase gazeuse qui a été éventuellement modifiée dans sa composition de par les échanges gazeux opérés dans la colonne,
- un effluent majoritairement liquide appauvri en microparticules inertes ou vivantes par rapport à l'effluent aqueux et redescendant dans la colonne,
c) on concentre les microparticules inertes ou vivantes contenues dans l'effluent polyphasique par séparation des phases dudit effluent polyphasique en :
- u n co n ce n trât con st itu é d ' u n l i q u id e comprenant les microparticules inertes ou vivantes,
- une phase gazeuse constituée des gaz de la phase gazeuse qui a été éventuellement modifiée dans sa composition de par les échanges gazeux opérés dans la colonne,
d) on récupère les microparticules inertes ou vivantes au moyen d'une étape de floculation, suivie d'une étape de sédimentation.
Dan s l e cad re d e l a présente invention, on utilise le terme « effluent » dans son sens le plus général pour désigner tout fluide émanant d'une source polyphasique, à savoir constituée d'un mélange de liquide, de gaz et d'éléments solides, dont la proportion de chacun de ces trois états peut être très variable.
A l'étape b) du procédé selon l'invention, on entend par :
- un « effluent polyphasique constitué majoritairement des gaz de la phase gazeuse », un effluent dont la proportion de gaz présents dans cet effluent est supérieure ou égale à 90%,
- un « effluent majoritairement liquide », un effluent dont la proportion de liquide présent dans cet effluent est supérieure ou égale à 80%.
Selon ce procédé, des microparticules inertes ou vivantes présentes à des concentrations comprises entre 0, 1 g/m3 et 1 0 000 g/m3 dans un effluent aqueux peuvent être récupérées. La concentration de l'effluent aqueux en microparticules inertes ou vivantes va dépendre du type d'application auquel est destiné le procédé.
En effet, le procédé selon l'invention présente l'avantage de pou vo i r être m i s en œ u vre dans une gamme de concentrations en microparticules vivantes ou inertes présentes dans un effluent aqueux très étendue, et donc de pouvoir être util isé dans des domaines d'appl ications techniques très variés qui sont décrits ci-après.
De plus, le procédé selon l'invention pouvant fonctionner en continu, il est possible d'adapter le taux de récupération des microparticules inertes ou vivantes présentes dans un effluent aqueux en fonction du coût énergétique souhaité : ce qui dépend du domaine d'application du procédé. En particulier, du fait d'un fonctionnement possible en boucle fermée, le procédé selon l'invention pourra être m is en œuvre un certain nombre de fois sur l'effluent aqueux contenant des microparticules inertes ou vivantes de manière à augmenter le taux de récupération desdites microparticules inertes ou vivantes.
Le p rocéd é selon l ' invention permet de récupérer des microparticules inertes ou vivantes pouvant être concentrées entre 1 0 et 30 fois, voire entre 1 00 et 1 000, par rapport à celles présentes dans l'effluent aqueux auquel est appliqué le procédé.
Le procédé selon l 'invention peut être util isé dans le domaine d'application d'épuration des eaux de ville en récupérant des flots bactériens, des colloïdes, des microparticules résiduelles inertes telles que des argiles, des boues ou encore des silices, la concentration en microparticules dans l'effluent aqueux étant comprise entre 5 et 10 g/L. Le procédé permet d'obtenir des eaux pures, après récupération desdites microparticules, à une concentration résiduelle en ces microparticules de l'ordre de 10"3 g/L.
Le procédé selon l'invention peut être utilisé en exploitation pétrolière off-shore, à savoir pour pré-filtrer (à 80-90%) l'eau de mer utilisée en flu ide de chasse du pétrole brut dans les roches mères pétrogénées. Pour cette utilisation, la concentration en microparticules dans l'effluent aqueux est de l'ordre de 0,1 g/m3. Il peut en effet être recherché une épuration de l'eau de mer au large ou côtière de toute microparticule de taille supérieure au pore de la roche mère, soit de l'ordre de 5 μιτι. Cette utilisation du procédé permet une pré-filtration de l'eau de mer à faible coût, et ce avant une filtration totale par un procédé plus coûteux et plus fragile tel qu'une filtration tangentielle.
U ne autre application du procédé peut être du domaine de l'écloserie de mollusques, à savoir pour séparer les micro-algues nourricières présentes dans les eaux d'élevage de telles écloseries, avant la stérilisation par ultra-violet (le m il ieu à stéril iser devant être transparent). Grâce à ce procédé, les algues ainsi séparées restent vivantes et peuvent être réinjectées dans le circuit d'eau d'élevage une fois la stéril isation effectuée. Pour cette application, la concentration en microparticules de l'effluent aqueux peut être comprise entre 10 g/m3 et 100 g/m3.
Une utilisation préférée du procédé selon l'invention est la récolte de m icro-algues, la concentration en micro-algues dans l'effluent aqueux pouvant être comprise entre 1 00 g/m3 et 1 0 000 g/m3, de préférence entre 5 000 g/m3 et 1 0 000 g/m3. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des micro-algues concentrées à une concentration comprise entre 10 et 20 g/L, et ainsi de concentrer l'effluent aqueux initial 20 à 30 fois lorsque la concentration de la biomasse est de l'ordre de 0,5 à 1 g de matière sèche par litre de culture, voire même de le concentrer de 100 à 1000 fois lorsque la concentration en micro-algues de l'effluent aqueux est plus faible, à savoir inférieure à 0,05 g/L.
Une autre appl ication du procédé selon l'invention consiste en l'épuration d'eaux d'aquarium, ou encore de bassins d'élevage d'animaux d'aquaculture, par la filtration de microparticules (colloïdes et de particules fines telles que des protéines) de taille de l'ordre de 0,01 μιτι, et ce de manière à obtenir « des eaux résiduelles pures » de l'ordre de 0,001 g/L de matières en suspension présentes dans l'eau de l'aquarium. Ainsi, un objet de la présente invention est un procédé d'épuration d'eaux de bassins d'élevage d'animaux d'aquaculture qui comprend les étapes suivantes :
a) on établit une colonne liquide montante sous dépression d'un effluent aqueux provenant d'une première source, ladite première source étant u n bassin d 'élevage d 'an imaux d'aquaculture, dans lequel est éventuellement injecté de l'oxygène, ledit effluent aqueux comprenant des fèces, des colloïdes, des particules fines telles que des protéines, et des gaz dissous tels que de l'ammoniaque, du diazote et du dioxyde de carbone, produits par les animaux d'aquaculture,
- en injectant dans la colonne du côté bas une phase gazeuse constituée d'air et éventuellement d'ozone, ladite phase gazeuse se répartissant dans la colonne sous forme de bulles, et
- en instaurant une dépression du côté haut de la colonne, de manière à ce que les bulles soient de diamètre croissant lors de leur migration vers le haut de la colonne et à obtenir du côté haut de la colonne une écume constituée d'un mélange polyphasique de l'effluent aqueux et de la phase gazeuse,
b) on sépare l'écume en haut de colonne en :
- un effluent polyphasique enrichi en les fèces, les colloïdes, les particules fines, les gaz dissous par rapport à l'effluent aqueux, ledit effluent polyphasique étant constitué majoritairement des gaz de la phase gazeuse qui a été éventuellement modifiée dans sa composition de par les échanges gazeux opérés dans la colonne,
- un effluent majoritairement liquide redescendant dans la colonne qui est appauvri en les fèces, les colloïdes, et les gaz dissous par rapport à l'effluent aqueux, et dans lequel est éventuellement injecté de l'oxygène, c) on concentre les fèces, les colloïdes, les particules fines contenus dans l'effluent polyphasique par séparation des phases dudit effluent polyphasique en :
- un concentrât constitué d'un liquide comprenant les fèces, les colloïdes les particules fines,
- une phase gazeuse qui est constituée des gaz de la phase gazeuse qui a été éventuellement modifiée dans sa composition de par les échanges gazeux opérés dans la colonne avec les gaz dissous de l'effluent aqueux,
d) on récupère les fèces, les colloïdes, les particules fines.
L'injection d'oxygène dans l'effluent majoritairement liquide redescendant dans la colonne a pour effet de renouveler l'oxygène présent dans le bassin d'élevage d'animaux d'aquaculture, et est complémentaire de l'injection directe dans le bassin de culture qui peut aussi être effectuée.
Un mode de réalisation préféré du procédé d'épuration d'eaux de bassins d'élevage d'animaux d'aquaculture se caractérise en ce que l'effluent aqueux provient en outre d'une seconde source. Cette seconde source est un filtre bactérien à lit agité, dans lequel les rejets azotés, et éventuellement carbonés, produits par les animaux d'aquaculture et provenant de la première source sont transformés en un bio-film sous forme particulaire de nitrates qui est libéré en continu par ledit filtre bactérien à lit agité. Selon ce mode de réalisation préféré du procédé, on récupère à l'issue de l'étape d) de ce procédé les fèces, les colloïdes, les particules fines, le bio-film libéré.
Le procédé selon l'invention repose notamment sur le principe physique de l'adsorption par tension superficielle de microparticules présentes dans un liquide à la périphérie de bulles créées par l'injection d'une phase gazeuse, par exemple de l'air, dans ledit liquide.
Ainsi, le procédé selon l'invention est d'autant plus efficace de par le maintien de la dépression en haut de colonne qui permet l'augmentation régulière du diamètre des bulles créées du côté bas de la colonne au fur et à mesure de leur migration vers le côté haut de la colonne et ainsi la formation d'une écume en haut de colonne. Cela améliore la flottabilité intrinsèque de chaque bulle. Cela permet aussi l'utilisation en bas de colonne de très petites bulles, particulièrement absorbantes pour les microparticules inertes ou vivantes. Ces dernières se retrouveront alors dans l'écume obtenue en haut de colonne. Plus la taille des bulles est petite, plus le phénomène d'adsorption bulle de gaz/microparticules inertes ou vivantes de l'effluent aqueux est important, et meilleur sera donc le rendement de récupération des microparticules inertes ou vivantes selon le procédé selon l'invention. Ainsi, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, on injecte une phase gazeuse générant des bulles les plus petites possible, à savoir de taille inférieure à 5 mm, préférentiellement inférieure à 1 mm. Avantageusement, on injecte une phase gazeuse finement micronisée par un dispositif adéquat. De plus, grâce à ce phénomène de dépression maintenu en haut de colonne, des bulles de la phase gazeuse de petit diamètre peuvent monter en haut de colonne, ce qui serait impossible à pression atmosphérique.
Aussi, il est à noter que lorsque les microparticules inertes (telles que les microparticules de produits pétroliers) ou vivantes (telles que les microalgues qu i contiennent de l'oxygène) contiennent des gaz d issous, la dépression active la migration vers le haut et l'extraction dans l'écume d'un effluent polyphasique enrichi en microparticules inertes ou vivantes de par l'expansion de ces gaz que contiennent lesdites microparticules.
Dans un mode de réalisation de l'invention, des tensioactifs sont ajoutés à l'effluent aqueux, et ce afin d'améliorer le phénomène d'adsorption bulle de gaz/microparticule inerte ou vivante. Ils peuvent être récupérés par recyclage par l'effet de moussage ou d'écumage qui se produit en haut de colonne.
La dépression peut être instaurée par tout système de dépression.
Avantageusement, la pression est comprise entre 0,3 105 et 0,9 105 Pa. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la dépression est instaurée au moyen d'une pompe à vide. La hauteur de la colonne est préférentiellement comprise entre 1 et 6 m. Ainsi, dans le domaine d'application de la récolte de micro-algues, la longueur et le temps du parcours de contact de l'effluent aqueux avec la phase gazeuse sont largement supérieurs à ceux des écumeurs classiques à chicanes, flottants, dont la hauteur ne dépasse pas un mètre (la longueur totale de parcours n'excédant pas deux mètres). En effet, la longueur est au minimum égale à la hauteur de la colonne et peut atteindre jusqu'à 2 à 3 fois cette hauteur (soit environ de 6 à 1 8 mètres) du fait de phénomènes de recirculations des bulles dans la colonne. Cette longueur de parcours et sa durée sont primordiales pour tout ce qui concerne les effets d'écumage et d'échange gazeux.
La phase gazeuse injectée du côté bas de la colonne peut être de l'air, du dioxyde de carbone ou tout autre gaz convenable en surpression ou à pression atmosphérique.
La séparation de phases de l'effluent polyphasique à l'étape c) du procédé selon l'invention peut être réalisée dans un dispositif de concentration conçu de manière à ce que :
- le concentrât comprenant les microparticules inertes ou vivantes soit évacué par effet de gravité vers un bassin de collecte desd ites microparticules, éventuellement après un passage dans une chambre de décantation, et que
- la phase gazeuse soit aspirée.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'aspiration de la phase gazeuse peut être réalisée par le même système qui instaure la dépression en haut de colonne, telle qu'une pompe à vide. De manière tout à fait avantageuse, le dispositif de concentration consiste en un séparateur d'écume qui comprend une grille anti-mousse et un système de flotteur lesté.
Si les microparticules inertes ou vivantes floculent spontanément, elles peuvent être récupérées lors de l'étape d) du procédé de récupération selon l'invention sous la forme d'un floculat par tout système d'extraction adéquat tel que :
- système de pompage, par exemple pompe péristaltique,
- vis d'Archimède.
A cet ég ard , on entend par floculation spontanée une agrégation spontanée de microparticules en particules plus grosses jusqu'à la sédimentation spontanée. Les micro-algues floculent spontanément.
Si les microparticules inertes ou vivantes ne floculent pas spontanément, elles peuvent être récupérées par tout procédé de concentration connu de l'homme du métier, tel que la centrifugation.
Il est à noter que de man ière très générale, le procédé selon l'invention décrit ci-dessus peut éventuellement être complété par au moins une étape choisie parmi les étapes de lavage, de centrifugation et de séchage.
La présente invention con cerne a ussi u n e in stal l ation de récupération de microparticules inertes ou vivantes, de préférence une installation de récolte de micro-organismes photosynthétiques pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention.
L'installation de récupération de microparticules vivantes ou inertes selon l'invention comprend :
a) une colonne comprenant :
i. deux tubes concentriques, le premier tube étant un tube extérieur et le second tube étant un tube intérieur, disposés verticalement, ménageant ainsi :
- une enceinte tubulaire interne dans laquelle entre par une entrée de colonne située du côté bas de la colonne et ci rcu le de man ière ascendante un effluent aqueux comprenant des microparticules vivantes ou inertes, et - une enceinte tubulaire externe dans laquelle circule de manière descendante un effluent majoritairement liquide appauvri en microparticules vivantes ou inertes par rapport à l'effluent aqueux, et qui sort de la colonne par une sortie de colonne située du côté bas de la colonne,
ii. un moyen d'injection d'une phase gazeuse dans l'enceinte tubulaire interne,
le tube extérieur étant fermé dans sa partie supérieure au-dessus de l'extrémité supérieure ouverte du tube intérieur ménageant un espace dans lequel se forme une écume constituée d'un mélange polyphasique de l'effluent aqueux et de la phase gazeuse lors de la mise en œuvre du procédé selon l'invention,
iii. un moyen de mise sous dépression de la colonne et qui assure l'aspiration d'un effluent polyphasique enrichi en microparticules vivantes ou inertes par rapport à l'effluent aqueux et qui est constitué majoritairement des gaz de la phase gazeuse qui a été éventuellement modifiée dans sa composition de par les échanges gazeux opérés dans la colonne,
b) un dispositif de concentration des microparticules vivantes ou inertes contenues dans l'effluent polyphasique,
c) u n dispositif de récupération desdites microparticules inertes ou vivantes concentrées dans le dispositif de concentration.
D e m a n i è re p réfé ré e , l ' installation de récupération de microparticules vivantes ou inertes selon l'invention comprend en outre un dispositif de régulation et de sécurisation des niveaux.
Avantageusement, le dispositif de concentration de l'installation de récupération de microparticules vivantes ou inertes comprend un séparateur d'écume.
De manière préférée, le dispositif de récupération de l'installation de récupération de microparticules vivantes ou inertes comprend une chambre de décantation, un bassin de collecte, une pompe péristaltique et un bassin de récupération.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'installation de récupération de microparticules vivantes ou inertes comprend une pluralité de colonnes, de préférence une soixantaine, et u n seul moyen de mise sous dépression. Très avantageusement, l'installation comprend une pluralité de colonnes dimensionnées de manière à ce que le débit de l'effluent aqueux soit égal à 3 à 5 fois le débit de la phase gazeuse injectée.
De manière préférée, l'installation de récupération de microparticules vivantes ou inertes selon l'invention comprend en outre autant de dispositifs de régulation et de sécurisation des niveaux que de colonnes.
L'installation de récupération de microparticules vivantes ou inertes selon l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui est exposée ci-d essou s a u reg a rd d u d ess i n a n n exé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution d'un telle installation.
La figure 1 représente de manière schématique une installation de récolte de micro-algues mettant en œuvre le procédé selon l'invention. Cette installation comprend u n e colon n e 1 q u i est constituée par deux tubes concentriques 2,3 : un premier tube extérieur 3 et un second tube intérieur 2. Les deux tubes 2,3 sont disposés verticalement de manière à ménager une enceinte tubulaire interne 22 dans laquelle circule de manière ascendante un effluent aqueux 5 comprenant des micro-algues. L'effluent aqueux entre par une entrée de colonne 20 située du côté bas de la colonne 1 . Cette entrée de colonne 20 est immergée dans un bassin de culture de m icro-algues 8. La colonne 1 n'est pas immergée dans le bassin de culture de micro-algues 8.
Les deux tubes 2,3 ménagent aussi une enceinte tubulaire externe 23, dans laquelle circule de manière descendante un effluent majoritairement liquide 6 qui est appauvri en micro-algues par rapport à l'effluent aqueux 5, et qui sort de la colonne 1 par une sortie de colonne 21 , située du côté bas de ladite colonne 1 . Cette colonne 21 est immergée dans le bassin de culture de micro-algues 8.
La colonne 1 comprend un moyen d'injection 4 dans l'enceinte tubulaire interne 22 d'une phase gazeuse constituée d'air. Le tube extérieur 23 est fermé dans sa partie su périeure au-dessus de l'extrémité supérieure ouverte du tube intérieur 22 de manière à ménager un espace 25 dans lequel se forme u ne écu me 7 qu i est constituée d'un mélange polyphasique de l'effluent aqueux 5 et de la phase gazeuse lors de la mise en œuvre du procédé selon l'invention,
Dans un autre mode de réalisation de l'invention non représenté, l'effluent aqueux 5 est soutiré d'une installation de stockage, par exemple un bassin de culture de micro-algues, à l'aide d'un moyen mécanique pour être achem iné au niveau de l'entrée de colonne 20 de la colonne 1 . L'effluent majoritairement liquide 6 appauvri en micro-algues sorti de la sortie de colonne 21 de ladite colonne 1 peut être réintroduit dans cette installation de stockage, éventuellement à l'aide d'un autre moyen mécanique Dans ce cas, l'installation fonction ne en continu . Ainsi, les m icro-algues conten ues dans l'effluent majoritairement liquide 6 appauvri en m icro-algues sont réintroduites dans l'installation de stockage pour être à nouveau soutirées de l'installation de stockage et être acheminées à l'entrée 20 de la colonne 1 .
D a n s u n a u t re mode de réalisation de l'invention, l'effluent majoritairement liquide 6 sorti de la sortie 21 est introduit dans une autre unité de stockage.
Dans un mode de réal isation de l'invention non représenté, la colonne 1 , ainsi que les entrée de colonne 20 et sortie de colonne 21 sont immergées dans un bassin qui contient des microparticules inertes ou vivantes à récupérer.
Dans l'installation représentée à la figure 1 , le moyen de mise sous dépression 9 de la colonne 1 consiste en une pompe à vide, dont la pression est fixée à environ 0,4 bar.
L'installation représentée à la figure 1 comprend un dispositif de concentration 34 qui comprend un séparateur d'écume 10,
L'effluent polyphasique issu de la séparation en haut de colonne 1 de l'écume 7 est acheminé jusqu'au séparateur d'écume 10 par l'intermédiaire d'un tuyau 24. Le séparateur d'écume 10 se présente sous la forme d'un bac de recueillement 36 qui comprend une grille anti-mousse 26 et un flotteur lesté 27. Le séparateur d'écume 10 est conçu de manière à ce que au fur et à mesure que l'effluent polyphasique est injecté dans le bac de recueillement 36, la séparation de phases de l'étape c) du procédé selon l'invention s'opère grâce au mouvement vertical du flotteur lesté 27. Le séparateur d'écume 10 est relié à la pompe à vide 9 par un tuyau 33. Ainsi, au niveau du séparateur d'écume 10, la phase gazeuse q u i est constituée des gaz de la phase gazeuse, qu i a été éventuellement modifiée dans sa composition de par les échanges gazeux opérés dans la colonne 1 , est aspirée vers la pompe à vide 9 au travers le tuyau 33. Il est à noter que la phase gazeuse ainsi aspirée peut passer par une chambre de barbotage (non représentée sur la figure 1 ) de manière à protéger la pompe à vide 9. Comme représenté sur la figure 1 , le dispositif de concentration 34 comprend en outre une vanne motorisée 13
Comme représenté sur la figure 1 , le dispositif de récupération 35 des micro-algues comprend :
- une chambre de décantation 12,
- des capteurs de niveaux 15 de la chambre de décantation 12,
- une vanne motorisée 17,
- un bassin de collecte 14,
- une vanne motorisée 16,
- une pompe péristaltique 18,
- un bassin de récupération 19.
L'installation de récupération de micro-algues représentée à la figure 1 comprend en outre un dispositif de régulation et de sécurisation des niveaux 28. Ce dispositif de régulation et de sécurisation des niveaux 28 consiste en une chambre 29 ayant la forme d'un cylindre d'environ 7 cm de diamètre et de 10 cm de hauteur, disposée en regard de niveau avec le niveau d'écume 7 de consigne que l'on souhaite imposer à la colonne 1 .
La chambre 29 est reliée :
- en partie haute avec la partie sommitale de la colonne 1 par un premier moyen de raccordement 30, tel qu'un tubule souple (par exemple de section pouvant être comprise entre 0,5 et 3,5 cm),
- en partie basse avec l'extrémité inférieure de la colonne 1 opposée à la partie sommitale de la colonne 1 , et ce par un second moyen de raccordement 31 tel qu'un tube semi-rigide,
et ce de manière à ce que le niveau médian de l'interface gaz/liquide en haut de la colonne 1 par nature peu lisible du fait de l'écume 7 et de l'agitation de celle-ci soit parfaitement lisible dans cette chambre 29 grâce à une interface air/eau débarrassée d'écume 7 et d'agitation mais répliquant fidèlement par le principe des vases communicants (à savoir que le fluide est à la même hauteur dans deux vases communicants) l'interface gaz/liquide de la colonne 1 .
La chambre 29 comprend en outre deux capteurs de niveaux 1 1 ,32 :
- un premier capteur 1 1 pour détecter la limite supérieure du niveau de l'interface air/eau qui ne doit pas être dépassée dans la chambre 29 : consigne haute,
- un second capteur 32 pour détecter la limite inférieure du niveau de l'interface air/eau qui ne doit pas être dépassée dans la chambre 29, De manière tout à fait avantageuse, le premier capteur 1 1 est relié à un d ispositif de contrôle d u d éb it d e l'effluent polyphasique enrichi en microparticules inertes ou vivantes par rapport à l'effl uent aqueux (non représenté sur la figure 1 ). Et aussi avantageusement, le second capteur 32 est relié à un dispositif de contrôle du débit de la phase gazeuse injectée en bas de la colonne 1 (non représenté sur la figure 1 ). Préférentiellement, les dispositifs de contrôle de débits précités consistent en des électrovannes.
Ainsi, si le niveau de l'interface air/eau de la chambre 29 est en dessous de la limite inférieure précitée, cela signifie que l'effluent polyphasique n'est pas extrait en haut de colonne 1 , mais au contraire il s'ag it de l'effluent majoritairement liquide 6 qui est extrait ; ce qui est significatif d'un mauvais fonctionnement de l'installation selon l'invention. Si le niveau de l'interface air/eau de la chambre 29 est en dessous de la limite inférieure précitée, cela signifie que l'effluent polyphasique n'est pas extrait en haut de colonne, mais qu'il s'agit d'air qui est aspiré en haut de colonne ; ce qui est aussi significatif d'un mauvais fonctionnement de l'installation selon l'invention.
Ainsi, le d ispositif de régulation 28 décrit ci-dessus permet de veiller au bon fonctionnement de l'installation selon l'invention.
De plus, grâce à ce dispositif de régulation 28 décrit ci-dessus, les débits de l'effluent polyphasique et de la phase gazeuse injectée en bas de colonne peuvent être régulés de manière à ce que l'effluent polyphasique soit bien extrait en haut de colonne au moyen du moyen de mise sous dépression 9 qui instaure la dépression dans toute l'installation selon l'invention, et non pas que l'effluent majoritairement liquide 6 appauvri en microparticules inertes ou vivantes soit extrait en haut de colonne ; ce qui qui risquerait d'endommager le moyen de mise sous dépression 9 en le noyant.
Dans un mode de réal isation de l'invention non représenté à la figure 1 , l'installation comprend une pluralité de colonnes 1 , par exemple au nombre de soixante, dont les entrées de colonne 20 et sortie de colonne 21 sont immergées dans des bassins de culture 8. Les colonnes 1 ne sont pas immergées dans les bassins de culture 8. De plus, les colonnes 1 sont mises sous dépression au moyen d'un unique moyen de mise sous dépression 9.
Ainsi, selon ce mode de réalisation de l'invention, le vide instauré par le moyen de m ise sous dépression 9 est centralisé, ce qui assure la résilience de l'installation en cas de panne au niveau d'une des colonnes 1 . De plus, dans un mode de réalisation préféré, l'installation de récupération de microparticules vivantes ou inertes selon l'invention comprend en outre autant de dispositifs de régulation et de sécurisation des niveaux 28 que de colonnes 1 . Ainsi , dans ce mode de réal isation u n dispositif de régulation et de sécurisation des niveaux 28 distinct est relié à chacune des colonnes 1 , et ce tel que décrit ci-dessus.
U n e simulation des coûts d'extraction obtenus en fonction du volu me d 'écumat extrait à partir d'une installation de récupération de microalgues mettant en œuvre le procédé de récupération de microalgues selon l'invention a été réalisée.
Les espèces de microalgues extraites étaient les suivantes :
Dunaliella Sp,
Tetraselmis Sp,
Nannocloropsis Sp,
Chlorococum Sp,
Skelotenema Sp,
Navicula Sp,
Spirulina platensis.
Les résultats obtenus sont exprimés dans le tableau 1 suivant.
Tableau 1 : Simulation des coûts d'extraction
Dans le tableau 1 , le volume réel à récolter par kg de microalgues signifie le volume de concentrât de microalgues obtenu à l'issue de l'étape c) du procédé de récupération selon l'invention.
Le terme « EC » est le facteur de concentration, dont la définition est la suivante : concentration du concentrât en microalgues (exprimé en g de matière sèche /L de culture) divisé par la concentration de la culture à récolter (exprimé en g de matière sèche IL de culture).
Le coût d'extraction est exprimé en euros/kg.
D'après la publication de Mol ina Grima EM et al . (2003) intitulée Recovery of microalgal biomass and metabolites : process options and économies, Biotechnology Advances 20:491 -515 ou la publication d'Olaizola M. et al . (2003) Commercial development of microalgal biotechnology : from the test tube to the marketplace. Biomolecular Engineering 20: 459-466, les coûts totaux de production de microalgues sont compris entre 5 à 70 dollars US par kg de matière sèche récoltée pour un coût d'extraction comptant pour 25% à 30% de ce coût total de production . Cela représente un coût d'extraction de l'ordre de 2 à 15 dollars US.
On relève ainsi le très faible coût d'extraction de microalgues grâce au procédé de récupération et à une installation de récupération de microalgues selon la présente invention par rapport aux coûts d'extraction de microalgues qui ont fait l'objet de publications. La présente invention est ainsi tout particulièrement avantageuse pour la récolte de microalgues.
Le ta bl ea u 2 ci-dessous présente un comparatif de différents paramètres que sont l'amortissement, l'énergie, la ma in-d'œuvre et le coût global d'extraction de microalgues selon différentes techniques que sont :
la centrifugation,
la flocuation,
la biofloculation,
un dispositif de récupération de microalgues selon l'invention.
Dispositif
€/Kg pour une matière
selon sèche à 100 g/L Centrifugation Floculation Bio-floculation
l'invention amortissement sur 5
ans
/masse (kg) de
4 à 5 0,01 0,01 0,01 microalgues récoltée
annuellement
énergie
1 ,5 0,01 0,01 0,01 19 main-d'œuvre
1 -1 ,5 2 - 5 2 - 8 0,05 - 0,5 coût global de
6 - 8 2,22 - 5,22 2,12 - 8,12 0,08 - 0,8 l'extraction
Tableau 2
D'après le tableau 2, on relève que le dispositif de récupération de microalg ues est tout particul ièrement avantageux d'un point de vue économique par rapport aux autres techniques de récupération de microalgues connues et mises en œuvre. En effet, grâce au procédé de récupération et au dispositif de récupération selon la présente invention, on constate une significative réduction des coûts d'extraction de microalgues.
La présente invention permet ainsi de surmonter un problème technologique crucial que représente la récolte des microalgues lors de la culture de microalgues. Elle propose en effet un procédé de récupération de microalgues tout à fait économique comparé aux techniques connues de récolte de microalgues. Ce qui est tout à fait avantageux dans le processus de culture de microalgues.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de récupération de microparticules inertes ou vivantes caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
a) on établit une colonne liquide montante sous dépression d'un effluent aqueux comprenant des microparticules inertes ou vivantes,
- en injectant dans la colonne, du côté bas, une phase gazeuse, ladite phase gazeuse se répartissant dans la colonne sous forme de bulles, et - en instaurant une dépression du côté haut de la colonne,
de manière à ce que les bulles soient de diamètre croissant lors de leur migration vers le haut de la colonne et à obtenir du côté haut de la colonne une écume constituée d'un mélange polyphasique de l'effluent aqueux et de la phase gazeuse,
b) on sépare l'écume en haut de colonne en :
- un effluent polyphasique enrichi en microparticules inertes ou vivantes par rapport à l'effluent aqueux, ledit effluent polyphasique étant constitué majoritairement des gaz de la phase gazeuse qui a été éventuellement modifiée dans sa composition de par les échanges gazeux opérés dans la colonne,
- un effluent majoritairement liquide appauvri en microparticules inertes ou vivantes par rapport à l'effluent aqueux et redescendant dans la colonne,
c) on concentre les microparticules inertes ou vivantes contenues dans l'effluent polyphasique par séparation des phases dudit effluent polyphasique en :
- u n concentrât constitué d'un liquide comprenant les microparticules inertes ou vivantes,
- une phase gazeuse constituée des gaz de la phase gazeuse qui a été éventuellement modifiée dans sa composition de par les échanges gazeux opérés dans la colonne,
d) on récupère les microparticules inertes ou vivantes au moyen d'une étape de floculation, suivie d'une étape de sédimentation.
2. Procédé de récupération de microparticules inertes ou vivantes selon la revend ication 1 caractérisé en ce que lesdites microparticules inertes ou vivantes sont présentes à des concentrations comprises entre 0,1 g/m3 et 10000 g/m3.
3. Procédé de récupération de microparticules inertes ou vivantes selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisé en ce qu'on injecte une phase gazeuse générant des bulles de taille inférieure à 5 mm, préférentiellement inférieure à 1 mm.
4. Procédé de récupération de microparticules inertes ou vivantes selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce des tensioactifs sont ajoutés à l'effluent aqueux.
5. Procédé de récupération de microparticules inertes ou vivantes selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la dépression est instaurée au moyen d'une pompe à vide.
6. Procédé de récupération de microparticules inertes ou vivantes selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'étape c) est réalisée au moyen d'un séparateur d'écume qui comprend une grille antimousse et un système de flotteur lesté.
7. Procédé de récupération de microparticules inertes ou vivantes selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que ledit procédé est complété par au moins une étape choisie parmi les étapes de lavage, de centrifugation et de séchage.
8. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour l'épuration des eaux de ville en récupérant des flots bactériens, des colloïdes, des microparticules résiduelles inertes.
9. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour pré-filtrer l'eau de mer utilisée en fluide de chasse du pétrole brut dans les roches mères pétrogénées.
10. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour séparer les micro-algues nourricières présentes dans les eaux d'élevage d'écloseries.
1 1 . Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour la récolte de micro-algues.
12. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour l 'épu ration des eaux d 'aq u ariu m ou de bassi ns d'élevage d'animaux d'aquaculture.
13. Procédé d'épuration d'eaux de bassins d'élevage d'animaux d'aquaculture qui comprend les étapes suivantes :
a) on établit une colonne liquide montante sous dépression d'un effluent aqueux provenant d'une première source, ladite première source étant un bassin d'élevage d'animaux d'aquaculture, dans lequel est éventuellement injecté de l'oxygène, ledit effluent aqueux comprenant des fèces, des colloïdes, des particules fines telles que des protéines, et des gaz dissous tels que de l'ammoniaque, du diazote et du dioxyde de carbone, produits par les animaux d'aquaculture,
- en injectant dans la colonne du côté bas une phase gazeuse constituée d'air et éventuellement d'ozone, ladite phase gazeuse se répartissant dans la colonne sous forme de bulles, et
- en instaurant une dépression du côté haut de la colonne, de manière à ce que les bulles soient de diamètre croissant lors de leur migration vers le haut de la colonne et à obtenir du côté haut de la colonne une écume constituée d'un mélange polyphasique de l'effluent aqueux et de la phase gazeuse,
b) on sépare l'écume en haut de colonne en :
- un effluent polyphasique enrichi en les fèces, les colloïdes, les particules fines, les gaz dissous par rapport à l'effluent aqueux, led it effluent polyphasique étant constitué majoritairement des gaz de la phase gazeuse qui a été éventuellement modifiée dans sa composition de par les échanges gazeux opérés dans la colonne, - un effluent majoritairement liquide redescendant dans la colonne qui est appauvri en les fèces, les colloïdes, et les gaz dissous par rapport à l'effluent aqueux, et dans lequel est éventuellement injecté de l'oxygène, c) on concentre les fèces, les colloïdes, les particules fines contenus dans l 'effl uent polyphasiq ue par séparation des phases dudit effluent polyphasique en :
- un concentrât constitué d'un liquide comprenant les fèces, les colloïdes les particules fines,
- une phase gazeuse qui est constituée des gaz de la phase gazeuse qui a été éventuellement modifiée dans sa composition de par les échanges gazeux opérés dans la colonne avec les gaz dissous de l'effluent aqueux,
d) on récupère les fèces, les colloïdes, les particules fines.
14. Procédé d'épuration d'eaux de bassins d'élevage d'animaux d'aquaculture selon la revendication 13 caractérisé en ce que l'effluent aqueux provient en outre d'une seconde source, ladite seconde source étant un filtre bactérien à lit agité, dans lequel les rejets azotés, et éventuellement carbonés, produits par les animaux d'aquaculture provenant de la première source sont transformés en un bio-film, sous forme particulaire de nitrates, qui est libéré en continu par ledit filtre bactérien à lit agité et en ce qu'on récupère à l'issue de l'étape d) les fèces, les colloïdes, les particules fines, le bio-film libéré.
15. Installation de récupération de microparticules vivantes ou inertes caractérisée en ce qu'elle comprend :
a) une colonne 1 comprenant :
i. deux tubes concentriques (2,3), le premier tube étant un tube extérieur (3) et le second tube étant un tube intérieur (2), disposés verticalement, ménageant ainsi :
- une enceinte tubulaire interne (22) dans laquelle entre par une entrée de colonne (20) située du côté bas de la colonne (1 ) et circule de manière ascendante un effluent aqueux (5) comprenant des microparticules vivantes ou inertes, et
- une enceinte tubulaire externe (23) dans laquelle circule de manière descendante un effluent majoritairement liquide (6) appauvri en m icroparticules vivantes ou inertes par rapport à l'effluent aqueux (5), et qui sort de la colonne (1 ) par une sortie de colonne (21 ) située du côté bas de la colonne (1 ),
ii. un moyen d'injection (4) d'une phase gazeuse dans l'enceinte tubulaire interne (22),
le tube extérieur (3) étant fermé dans sa partie supérieure au-dessus de l'extrémité supérieure ouverte du tube intérieur (2) ménageant un espace (25) dans lequel se forme une écume (7) constituée d'un mélange polyphasique de l'effluent aqueux (5) et de la phase g aze u se l o rs d e l a m i se e n œ u vre d u p rocéd é sel o n l'une quelconque des revendications 1 à 8,
ii. un moyen de mise sous dépression (9) de ladite colonne (1 ) et qu i assu re l 'aspiration d 'u n effluent polyphasique enrichi en microparticules vivantes ou inertes par rapport à l'effluent aqueux (5) et constitué majoritairement des gaz de la phase gazeuse, éventuellement modifiée dans sa composition de par les échanges gazeux opérés dans la colonne (1 ),
un dispositif de concentration (34) des microparticules vivantes ou inertes contenues dans l'effluent polyphasique,
un dispositif de récupération (35) desdites microparticules vivantes ou inertes concentrées dans le dispositif de concentration (34).
16. Installation de récupération de microparticules vivantes ou inertes selon la revendication 15, caractérisée en ce que l'installation comprend en outre un dispositif de régulation et de sécurisation des niveaux (28).
17. Installation de récupération de microparticules vivantes ou inertes selon la revendication 15 ou la revendication 16, caractérisée en ce que le dispositif de concentration (34) comprend un séparateur d'écume (10).
18. Installation de récupération de microparticules vivantes ou inertes selon l'une quelconque des revend ications 15 à 17, caractérisée en ce que le dispositif de récupération (35) comprend une chambre de décantation (12), un bassin de col lecte (14), u ne pompe péristaltiq ue (18) et un bassin de récupération (19).
19. Installation de récupération de microparticules vivantes ou inertes selon l'une quelconque des revendications 15 à 18, caractérisée en ce que l'installation comprend une pluralité de colonnes (1 ) et un seul moyen de mise sous dépression (9).
20. Installation de récupération de microparticules vivantes ou inertes selon la revendication 19, caractérisée en ce que ladite installation comprend en outre autant de dispositifs de régulation et de sécurisation des niveaux (28) que de colonnes (1 ).
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