FR2669916A1 - Process for the biological degradation of fats and fatty waste - Google Patents
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Abstract
Description
L' invention concerne un procédé de dégradation biologique des graisses et déchets graisseux, notamment des graisses séparées d'eaux usées avant leur traitement par des boues activées. The invention relates to a process for the biological degradation of fats and greasy wastes, in particular fats separated from wastewater before their treatment with activated sludge.
Les graisses et déchets graisseux représentent une part importante de la composition des eaux usées de toutes origines, de l'ordre de 10 à 40% de la demande chimique en oxygène (DCC? totale, et même plus lorsque les eaux usées proviennent directement d'abattoirs ou de l'industrie alimentaire. Ces graisses qui sont exprimées généralement en matières extractibles à l'hexane (MET) 0ont mal dégradées par le traitement par boues activées, étape essentielle de l'épuration des eaux usées, et pour éviter qu'elles ne s'accumulent dans les boues activées en nuisant à l'activité et au post-traitement de cellesci, les graisses sont séparées des eaux usées dans un dégraisseur et déversées dans un bac à graisses où on les laisse s'accumuler.Lorsque le bac est plein, il est vidangé et les graisses durcies sont déversées dans des décharges. Il est évident qu'une telle solution bien que peu coûteuse n'est pas satisfaisante et tend à être interdite par les réglementations. Par ailleurs, il s'avère que les eaux usées rejetées contiennent encore une quantité importante, pouvant aller jusqu'à 40% de la
DCC totale, de graisses non éliminées difficilement biodégradables.Fats and greasy waste represent an important part of the composition of wastewater from all sources, in the order of 10 to 40% of the chemical oxygen demand (total DCC?), And even more when the wastewater comes directly from slaughterhouses or the food industry.These fats, which are generally expressed as hexane extractable substances (METs), are poorly degraded by treatment with activated sludge, an essential step in wastewater treatment, and to prevent them does not accumulate in the activated sludge, interfering with the activity and the post-treatment of the latter, the fats are separated from the wastewater in a degreaser and discharged into a grease trap where they are allowed to accumulate. is full, it is drained and the hardened fats are dumped in landfills. It is obvious that such a solution although inexpensive is not satisfactory and tends to be prohibited by regulations. l The discharged wastewater still contains a significant amount, up to 40% of the
Total DCC, of not easily biodegradable fat.
Il a été suggéré de dégrader les graisses en utilisant des bactéries lyophilisées. Des essais effectués avec des produits actuellement disponibles dans le commerce donnent effectivement de bons résultats mais leur emploi augmente l'investissement (stockage et distribution des produits) et le coût d'exploitation Cprix des produits). It has been suggested to break down fats using freeze-dried bacteria. Tests carried out with products currently available on the market do indeed give good results, but their use increases the investment (storage and distribution of the products) and the operating cost (price of the products).
Un article de Ting-Chi Hsu et al paru dans
Biotechnology and Bioengineering, Vol XXV, p. 1829-1839 (1983) traite de la cinétique de la dégradation de l'huile d'olive dans les boues activées, l'huile d'olive étant utilisée en laboratoire comme représentant des graisses des eaux usées. La conclusion en est que l'huile d'olive est dégradée par les boues activées plus lentement que les autres produits presents dans les eaux usées, ce qui explique les ennuis que provoque la présence de graisses au cours de l'épuration des eaux usées, et la faible efficacité du traitement vis-à-vis d'elles.An article by Ting-Chi Hsu et al appeared in
Biotechnology and Bioengineering, Vol XXV, p. 1829-1839 (1983) deals with the kinetics of the degradation of olive oil in activated sludge, olive oil being used in the laboratory as representative of fats in wastewater. The conclusion is that olive oil is degraded by activated sludge more slowly than other products present in wastewater, which explains the problems caused by the presence of fats during the purification of wastewater, and the low efficacy of the treatment vis-à-vis them.
Par ailleurs les graisses et déchets graisseux de diverses origines, et notamment dans l'industrie alimentaire, posent des problèmes similaires quant à leur rejet soit dans des décharges soit dans les eaux usées. Furthermore, fats and greasy waste of various origins, and in particular in the food industry, pose similar problems as to their discharge either in landfills or in wastewater.
L'invention fournit un procédé de dégradation biologique de graisses et déchets graisseux, caractérisé en ce qu'on introduit les graisses dans une cuve de dégradation en présence de boues activées en milieu aqueux, on injecte de l'air de manière à satisfaire la plus élevée des deux valeurs suivantes: apport d'oxygène correspondant à la DCC et brassage correspondant à un gradient de vitesse minimum de 100 s-l, on ajoute du phosphore et de l'azote pour maintenir à au moins 5/1 le rapport azote/phosphore en parties pour 100 parties de carbone organique tout en maintenant le pH entre 6,5 et 8,5 et de préférence entre 7 et 7,5, et on retire de la cuve un produit à teneur en graisses réduite. The invention provides a process for the biological degradation of fats and fatty waste, characterized in that the fats are introduced into a degradation tank in the presence of activated sludge in an aqueous medium, air is injected so as to satisfy the most high of the following two values: supply of oxygen corresponding to the DCC and mixing corresponding to a minimum speed gradient of 100 sl, phosphorus and nitrogen are added to maintain at least 5/1 the nitrogen / phosphorus ratio in parts per 100 parts of organic carbon while maintaining the pH between 6.5 and 8.5 and preferably between 7 and 7.5, and a product with reduced fat content is removed from the tank.
Les boues activées introduites dans la cuve de dégradation sont soit des boues activées provenant du traitement d'eaux usées dégraissées soit les boues activées obtenues dans une cuve de dégradation lors du procédé de dégradation biologique des graisses et déchets graisseux selon l'invention (boues acclimatées). The activated sludge introduced into the degradation tank is either activated sludge originating from the treatment of degreased wastewater or the activated sludge obtained in a degradation tank during the process for the biological degradation of fats and fatty waste according to the invention (acclimatized sludge ).
Dans l'application particulière aux graisses et déchets graisseux provenant des eaux usées, le procédé comprend les étapes suivantes : on sépare de façon connue les déchets graisseux des eaux usées avant le traitement de celles-ci par des boues activées, on les envoie dans une cuve de dégradation contenant des boues activées (soit directement, soit en transitant par un bac à graisses d'où elles sont reprises avec de l'eau), on injecte de l'air de manière à satisfaire la plus élevée des deux valeurs suivantes :: apport d'oxygène correspondant à la DCO et brassage correspondant à un gradient de vitesse minimum de 100 s-l, on ajoute du phosphore et de l'azote pour maintenir à au moins 5/1 le rapport azote/phosphore en parties pour 100 parties de carbone organique tout en maintenant le pH entre 6,5 et 8,5 et de préférence entre 7 et 7,5, et on retire de la cuve un produit à teneur réduite en graisses. Celui-ci est envoyé à l'étape normale de traitement des eaux usées par des boues activées ou renvoyé en tête de l'installation. In the particular application to fats and greasy waste from wastewater, the process comprises the following steps: the greasy waste is separated in a known manner from the wastewater before treatment thereof by activated sludge, it is sent to a degradation tank containing activated sludge (either directly or by passing through a grease trap from which they are taken up with water), air is injected so as to satisfy the higher of the following two values: : oxygen supply corresponding to the COD and mixing corresponding to a minimum speed gradient of 100 sl, phosphorus and nitrogen are added to maintain at least 5/1 the nitrogen / phosphorus ratio in parts per 100 parts of organic carbon while maintaining the pH between 6.5 and 8.5 and preferably between 7 and 7.5, and a reduced fat product is removed from the tank. This is sent to the normal wastewater treatment stage by activated sludge or returned to the head of the installation.
Selon le temps de séjour dans la cuve de dégradation, la réduction de la teneur en graisses peut être partielle, auquel cas l'élimination des graisses se poursuit lors du traitement ultérieur par les boues activées, ou pratiquement totale. Depending on the residence time in the degradation tank, the reduction in the fat content may be partial, in which case the elimination of fat continues during the subsequent treatment with the activated sludge, or practically total.
Par ailleurs l'alimentation de la cuve de dégradation et 11 enlèvement du produit peuvent être effectués en semi-continu avec arrêt périodique de l'agitation, décantation et enlèvement d'une partie du surnageant ou en continu avec enlèvement d'un mélange d'eau et de boues activées acclimatées, en veillant à assurer le temps de séjour approprié. Ce mélange peut donc être décanté pour recycler une partie des boues activées acclimatées et assurer le temps de séjour nécessaire des boues dans la cuve de dégradation, temps qui peut être supérieur au temps de séjour de l'eau. Furthermore, the feed to the degradation tank and the removal of the product can be carried out semi-continuously with periodic stopping of the agitation, decantation and removal of part of the supernatant or continuously with removal of a mixture of. acclimatized water and activated sludge, making sure to ensure the appropriate residence time. This mixture can therefore be decanted in order to recycle part of the acclimatized activated sludge and ensure the necessary residence time of the sludge in the degradation tank, a time which may be greater than the residence time of the water.
L'invention sera mieux comprise d'après la description des expériences effectuées sur l'application particulière aux eaux usées, de façon non limitative, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels
la figure 1 est une représentation schématique du procédé selon l'invention et
la figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif de mise en oeuvre.The invention will be better understood from the description of the experiments carried out on the particular application to wastewater, without limitation, made with reference to the accompanying drawings in which
Figure 1 is a schematic representation of the method according to the invention and
FIG. 2 is a schematic representation of an implementation device.
Les eaux usées sont introduites après dégrillage (filtration sur grille) dans un dégraisseur 1 où, sous l'action de fines bulles d'air, les graisses 2 se rassemblent à la surface et sont déversées dans un bac à graisses 3 où elles forment progressivement un gâteau 4 dur au fond du bac. The wastewater is introduced after screening (grid filtration) into a degreaser 1 where, under the action of fine air bubbles, the grease 2 collects on the surface and is discharged into a grease trap 3 where they gradually form a hard 4 cake at the bottom of the tray.
Une partie de ce gâteau est prélevée, en fond de bac avec injection d'eau pour remise en suspension, et envoyée par la pompe 5 dans une cuve de dégradation 6. Part of this cake is taken from the bottom of the tank with injection of water for resuspension, and sent by pump 5 to a degradation tank 6.
Le bac à graisses 3 a été utilisé pour faciliter la réalisation des travaux à l'échelle expérimentale. Il est bien entendu que, dans une installation industrielle, les graisses 2 rassemblées à la surface du dégraisseur 1 peuvent être déversées directement dans la cuve de dégradation 6, le bac intermédiaire 3 et la pompe 5 n'étant alors plus nécessaires. La cuve 6 contient des boues activées en proportion variable de l'ordre de 10% à 40%. Le démarrage de la dégradation est d'autant plus rapide que cette proportion est élevée, lorsque les boues activées utilisées n'ont pas été acclimatées sur des graisses. Une soufflante 7 fournit de l'air à un dispositif d'aération 8. Un dispositif doseur (non représenté) permet l'introduction d'azote et de phosphore. Enfin un dispositif de régulation du pH permet de maintenir celui-ci entre 6,5 et 8,5 et de préférence entre 7 et 7,5. The grease trap 3 was used to facilitate the performance of the work on an experimental scale. It is understood that, in an industrial installation, the grease 2 collected on the surface of the degreaser 1 can be poured directly into the degradation tank 6, the intermediate tank 3 and the pump 5 then no longer being necessary. The tank 6 contains activated sludge in variable proportions of the order of 10% to 40%. The onset of degradation is all the faster as this proportion is high, when the activated sludge used has not been acclimatized to grease. A blower 7 supplies air to an aeration device 8. A metering device (not shown) allows the introduction of nitrogen and phosphorus. Finally, a device for regulating the pH makes it possible to maintain the latter between 6.5 and 8.5 and preferably between 7 and 7.5.
Les eaux usées utilisées pour l'expérience présentaient initialement les caractéristiques suivantes Tableau I
Tableau i
DCO totale
Bilan des graisses (mgXl? (mg/l) ( % DC0*
Eau brute 883 70 20
Eau traitée 65 5,2 20
Boues activées 2761 170 15
Bac à graisses 37 000 10 800 73
Gâteau 214 000 74 500 87
* 1 g MEH = 2,5 g DCO < hypothèse >
On voit que, si la DCC de l'eau traitée a baissé, elle provient encore pour 20% des graisses qui n'ont pas été éliminées par le dégraissage et le traitement par les boues activées, et qui s'accumulent alors dans les boues en excès. Le gâteau accumulé au fond du bac à graisses pose des problèmes de rejet en raison de sa DCO très importante et de ses difficultés de biodégradation.The wastewater used for the experiment initially exhibited the following characteristics Table I
Table i
Total COD
Fat balance (mgXl? (Mg / l) (% DC0 *
Raw water 883 70 20
Treated water 65 5.2 20
Activated sludge 2,761 170 15
Grease trap 37,000 10 800 73
Cake 214,000 74,500 87
* 1 g MEH = 2.5 g COD <hypothesis>
We see that, if the DCC of the treated water has fallen, 20% of it still comes from the fats which have not been eliminated by the degreasing and the treatment with activated sludge, and which then accumulate in the sludge. in excess. The cake accumulated at the bottom of the grease trap poses rejection problems because of its very high COD and its biodegradation difficulties.
Une expérience a été réalisée en pilote sur ces eaux usées en utilisant une installation telle que représentée à la figure 2, avec une cuve de dégradation d'une capacité de 1 m3. An experiment was carried out as a pilot on this wastewater using an installation as shown in FIG. 2, with a degradation tank with a capacity of 1 m3.
L'aération a été calculée pour une DCC de 40 000 à 60 000 mg/l, ce qui correspond à un gradient de vitesse de l'ordre de 300 s-' et provoque une forte agitation. The aeration was calculated for a DCC of 40,000 to 60,000 mg / l, which corresponds to a speed gradient of the order of 300 s - 'and causes strong agitation.
il a été constaté que l'aération doit correspondre à la
DCO présente. Par contre, si la DCC est relativement faible, l'aération doit cependant assurer un gradient de vitesse d'au moins 100 s-' et on pourra être amené à utiliser une aération bien supérieure à celle correspondant a la DCC dans ce but d'agitation.it has been observed that the aeration must correspond to the
DCO present. On the other hand, if the DCC is relatively low, the aeration must nevertheless ensure a speed gradient of at least 100 s- 'and it may be necessary to use a ventilation much greater than that corresponding to the DCC for this purpose. restlessness.
Il est nécessaire d'ajouter du phosphore et de l'azote, car les graisses n'en contiennent pas ou insuffisamment pour maintenir l'activité biologique des bactéries, contrairement à ce qui se passe dans des boues activées classiques où les quantités d'azote et de phosphore présentes dans les eaux usées conviennent. Cet ajout de phosphore et d'azote est déterminé pour maintenir le rapport C/N/P à au moins 100/5/1. It is necessary to add phosphorus and nitrogen, because the fats do not contain or insufficiently to maintain the biological activity of bacteria, unlike what happens in conventional activated sludge where the quantities of nitrogen and phosphorus present in wastewater are suitable. This addition of phosphorus and nitrogen is determined to maintain the C / N / P ratio at least 100/5/1.
L'expérience a été effectuée en semi-continu, c'està-dire qu'après la mise en route de l'installation (acclimatation des boues activées d'environ 2 à 3 semaines), les graisses ont alors été introduites à des intervalles de 2-3 jours avec enlèvement simultané après décantation du surnageant d'eau traitée en quantité équivalente. Pendant l'expérience, le pH a été maintenu à une valeur neutre ou faiblement alcaline (pH de 7 à 7,5). Des valeurs allant de 6,5 à 8,5 ne modifient que faiblement l'activité des bactéries. The experiment was carried out semi-continuously, that is to say that after the start-up of the installation (acclimatization of the activated sludge of about 2 to 3 weeks), the greases were then introduced at intervals 2-3 days with simultaneous removal after decantation of the supernatant of treated water in equivalent quantity. During the experiment, the pH was maintained at a neutral or weakly alkaline value (pH 7-7.5). Values ranging from 6.5 to 8.5 modify the activity of bacteria only slightly.
Parallèlement, des expériences pilotes ont été menées avec utilisation de bactéries lyophilisées dans les conditions d'aération préconisées par le fabricant, avec deux produits du commerce n 1 et n 2. At the same time, pilot experiments were carried out using freeze-dried bacteria under the aeration conditions recommended by the manufacturer, with two commercial products no.1 and no.2.
Les résultats obtenus sont réunis dans le Tableau Il suivant
Tableau Il
Produit 1 Produit 2 INVENTION
Entrée Sortie Entrée Sortie Entrée Sortie ICO gfl 34,3 12,3 39,4 4,8 39,4 2,69 % d'élimination 64,2 87,8 93,2
MEH g/i 12,6 2,7 9,93 0,14 9,93 0,28 % d'élimination 76,4 98,6 97,1 Matiéres solides
(g/l) 14,0 5,9 16,1 2,45 16,1 0,85 matières volatiles
(%) 87,3 89,4 88,5 84,3 88,0 83,6
Le temps de séjour moyen des graisses dans la cuve de dégradation a été de l'ordre de 10 jours en régime innaaira. On constate qu'en utilisant le procédé selon 1'invention, plus de 95% des graisses sont éliminées, avec une diminution concomittante de la DCC et de la teneur en matières solides.Le surnageant d'eau traitée peut être envoyé soit au traitement par les boues activées (trait plein sur la figure 1) ou en tête d'installation (trait interrompu sur la figure 1).The results obtained are collated in Table II below
Table It
Product 1 Product 2 INVENTION
Input Output Input Output Input Output ICO gfl 34.3 12.3 39.4 4.8 39.4 2.69% elimination 64.2 87.8 93.2
MEH g / i 12.6 2.7 9.93 0.14 9.93 0.28% removal 76.4 98.6 97.1 Solids
(g / l) 14.0 5.9 16.1 2.45 16.1 0.85 volatiles
(%) 87.3 89.4 88.5 84.3 88.0 83.6
The average residence time of the fats in the degradation tank was of the order of 10 days in innaaira mode. It is found that by using the process according to the invention, more than 95% of the fats are removed, with a concomitant decrease in the DCC and the solids content. The supernatant of treated water can be sent either for treatment by activated sludge (solid line in figure 1) or at the head of the installation (broken line in figure 1).
Une quantité convenable des boues activées acclimatées doit être enlevée périodiquement pour purger la cuve de dégradation. Une partie de ces boues activées peut être envoyée en tète d'installation, avant dégraissage, et le restant est envoyé à un traitement des eaux usées par boues activées. A suitable amount of the acclimatized activated sludge should be removed periodically to purge the degradation tank. A portion of this activated sludge can be sent to the installation head, before degreasing, and the remainder is sent to wastewater treatment by activated sludge.
Des essais ont montré que la dégradation des graisses peut se faire en continu, une fois l'installation mise en route, en veillant à établir un temps de séjour suffisant dans la cuve de dégradation et en prélevant un mélange d'eau et de biomasse (boues activées acclimatées). Ce mélange peut
être envoyé en totalité à un traitement par boues activées classique des eaux usées
être renvoyé en totalité en tête de l'installation
être décanté pour séparer de l'eau des boues activées
Ccontenant encore une partie de graisses et déchets graisseux) dont une partie est envoyée en tête d'installation, l'excédent étant envoyé au traitement par boues activées des eaux usées
être décanté comme précédemment, avec renvoi d'une partie des boues activées décantées dans la cuve de dégradation et envoi de l'excédent au traitement des boues activées des eaux usées.Tests have shown that the degradation of fats can be carried out continuously, once the installation has been started, by ensuring a sufficient residence time is established in the degradation tank and by taking a mixture of water and biomass ( acclimatized activated sludge). This mixture can
be sent in full to conventional activated sludge treatment of wastewater
be returned in full at the head of the installation
be decanted to separate the water from the activated sludge
C still containing a part of grease and greasy waste), part of which is sent to the head of the installation, the excess being sent to the activated sludge treatment of the wastewater
be decanted as before, with return of part of the activated sludge decanted into the degradation tank and sending the excess to the treatment of the activated sludge from the wastewater.
Il est alors possible de réduire le temps de séjour en ne réalisant qu'un traitement partiel des graisses. It is then possible to reduce the residence time by carrying out only partial treatment of the fats.
En effet puisqu'une partie de la biomasse acclimatée aux graisses est retirée de la cuve de dégradation et envoyée dans le bassin de traitement par boues activées, le traitement des graisses se poursuit dans celles-ci.In fact, since part of the biomass acclimatized to fats is removed from the degradation tank and sent to the activated sludge treatment basin, the treatment of fats continues in them.
Le temps de séjour dans la cuve peut alors être réduit à moins de 10 jours, avec une élimination d'environ 75% par exemple. Le mélange retiré pouvant aussi être envoyé en partie ~ ou en totalité en tête d'installation, la dégradation commençe alors å se faire dès le dégraissage.The residence time in the tank can then be reduced to less than 10 days, with elimination of about 75% for example. The removed mixture can also be sent in part ~ or in full at the head of the installation, the degradation then begins to occur as soon as the degreasing.
Il semble que les résultats inattendus obtenus par utilisation des boues activées pour dégrader les graisses, qui Jusqu'à maintenant s'accumulaient sans dégradation dans la biomasse, soient liés à la combinaison des éléments suivants
- l'apport quasi exclusif de graisses aux bactéries qui s'y acclimatent relativement rapidement (2 à 3 semaines), alors que dans les conditions classiques de traitement des eaux usées, les bactéries vivent sur les autres composants et ne s'attaquent pas aux graisses,
- une agitation importante qui divise et maintient en suspension les micelles de graisses en donnant ainsi une surface de contact beaucoup plus grande avec les bactéries, dont on sait qu'elles entourent lesdites micelles,
- le maintien du pH à une valeur sensiblement constante (de préférence 7 à 7,5) alors que, dans les essais avec des bactéries lyophilisées, on constate des variations relativement importantes,
- l'ajout permanent d'azote et de phosphore pour un rapport N/P d'au moins 5/1 en parties pour 100 parties de carbone organique.It seems that the unexpected results obtained by using activated sludge to degrade fats, which until now accumulated without degradation in the biomass, are linked to the combination of the following elements
- the almost exclusive supply of fats to the bacteria which acclimatize there relatively quickly (2 to 3 weeks), whereas in conventional wastewater treatment conditions, the bacteria live on the other components and do not attack the fats,
- significant agitation which divides and maintains the fat micelles in suspension, thus giving a much larger contact surface with the bacteria, which are known to surround said micelles,
- maintaining the pH at a substantially constant value (preferably 7 to 7.5) while, in tests with lyophilized bacteria, relatively large variations are observed,
- the permanent addition of nitrogen and phosphorus for an N / P ratio of at least 5/1 in parts per 100 parts of organic carbon.
Le procédé a été décrit pour une station d'épuration des eaux usées, mais peut bien entendu s'appliquer à la dégradation de graisses recueillies d'autres manières (vidange de dégraisseurs, abattoirs,...) par utilisation initiale comme biomasse de boues activées provenant d'une station d'épuration. The process has been described for a wastewater treatment plant, but can of course be applied to the degradation of fats collected in other ways (emptying degreasers, slaughterhouses, etc.) by initial use as sludge biomass. activated from a wastewater treatment plant.
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