FR2674844A1 - Process and plant for the purification treatment of liquid animal manure - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a trait au domaine du traitement des lisiers d'animaux constitués, comme lton sait, de mélanges de litières et de souillures et déjections solides et liquides jonchant le sol des étables, écuries et autres lieux d'élevage d'animaux. The present invention relates to the field of the treatment of animal manure consisting, as we know, of mixtures of litter and solid and liquid stains and excrement strewn on the floor of stables, stables and other places of animal husbandry.
Elle concerne tout spécialement un procédé et une installation permettant d'opérer les séparations solides/liquides et d'épurer les fractions liquides jusqu obtention de fluides aptes à être rejetés, sans pollution, dans le milieu naturel.It especially relates to a process and an installation making it possible to operate the solid / liquid separations and to purify the liquid fractions until fluids capable of being discharged, without pollution, into the natural environment are obtained.
On sait que la production de lisiers animaux, qui est considérable dans les régions à élevages intensifs, pose des problèmes cruciaux dans certains secteurs géographiques, comme c'est le cas, par exemple en France dans la province de Bretagne ou est concentré près de 50% de la production porcine nationale. We know that the production of animal manure, which is considerable in regions with intensive farming, poses crucial problems in certain geographical sectors, as it is the case, for example in France in the province of Brittany or is concentrated near 50 % of national pork production.
Ces lisiers, généralement épandus sur les sols agricoles, de façon plus ou moins contrôlée, portent des atteintes graves à l'environnement, par pollution des eaux de surface et des eaux souterraines, outre évidemment les nuisances olfactives. Les excédents de lisiers doivent être traités pour éliminer ou fortement diminuer les polluants carbonés, azotés et phosphorés, sources de nombreuses nuisances dont les principales sont l'eutrophisation des cours d'eau et des littoraux ainsi que l'augmentation des teneurs en nitrates des eaux souterraines. These slurries, generally spread on agricultural soils, in a more or less controlled manner, cause serious damage to the environment, by pollution of surface water and groundwater, in addition to obviously odor nuisances. Surplus manure must be treated to eliminate or greatly reduce carbon, nitrogen and phosphorus pollutants, sources of many nuisances, the main ones being the eutrophication of rivers and coastlines as well as the increase in nitrate contents of waters underground.
Parmi les procédés de traitement déjà connus, hormis les processus physico-chimiques qui entraînent des coûts d'investissement et de fonctionnement élevés et souvent prohibitifs, on signalera le traitement biologique, dont notamment la méthanisation c'est-à-dire une fermentation anaérobie contrôlée. Among the treatment methods already known, apart from the physicochemical processes which entail high and often prohibitive investment and operating costs, mention may be made of biological treatment, including in particular anaerobic fermentation, that is to say controlled anaerobic fermentation. .
Ce processus, qui permet d'éliminer une partie de la matière organique, n'a pratiquement pas d'effet sur les pollutions azotées et phosphorées pour lesquelles il faut envisager un post-traitement anaérobie par des boues activées "à faible charge" et, souvent, une coprécipitation physico-chimique des composés du phosphore. Jusqu'à ce jour, les résultats obtenus par de tels traitements ne sont encore suffisants pour pouvoir considérer que les effluents sont aptes à être envoyés, sans risque, dans le milieu naturel. This process, which makes it possible to remove part of the organic matter, has practically no effect on nitrogen and phosphorus pollution for which an anaerobic post-treatment with “low charge” activated sludge must be considered and, often a physico-chemical co-precipitation of phosphorus compounds. To date, the results obtained by such treatments are still not sufficient to be able to consider that the effluents are capable of being sent, without risk, into the natural environment.
Partant de ces considérations et à la suite de séries d'essais ayant pour but d'optimiser des séries de processus de traitement, en particulier par usage de la voie biologique, l'invention a pour but de proposer un procédé d'ensemble et une installation adaptée, permettant, au départ de lisiers bruts de diverses origines - et en particulier de lisiers porcins d'obtenir des flux de rejets dont les teneurs en produits polluants sont suffisamment minimes pour pouvoir supprimer tout risque dans l'environnement. Starting from these considerations and following series of tests aimed at optimizing series of treatment processes, in particular by using the biological route, the invention aims to propose an overall method and a adapted installation, making it possible, from raw slurry of various origins - and in particular from pig slurry, to obtain waste streams whose pollutant contents are sufficiently minimal to be able to eliminate any risk in the environment.
Selon le processus général du procédé de l'invention, on combine les étapes successives suivantes a) stockage en cuve de lisiers bruts dégrillés; b) séparation liquide-solide par centrifugation avec
ajout d'agent floculant, les résidus solides étant
récupérés comme engrais agricoles; c) épuration biologique des liquides issus de la
centrifugation par traitement selon une phase anoxie
puis selon une phase aérobie, suivie d'une
clarification avec recirculation de la liqueur mixte
de la seconde phase à la première et recyclage des
boues décantées depuis la clarification jusqu'à la
phase anoxie, les boues en excès de la clarification
étant éliminées; d) éventuellement, décoloration complémentaire de
l'effluent issu de la clarification. According to the general process of the process of the invention, the following successive steps are combined a) storage in tank of raw screened manure; b) liquid-solid separation by centrifugation with
addition of flocculating agent, the solid residues being
recovered as agricultural fertilizer; c) biological purification of liquids from
centrifugation by treatment according to an anoxic phase
then according to an aerobic phase, followed by a
clarification with recirculation of the mixed liquor
from the second phase to the first and recycling of
sludge settled from clarification to
anoxic phase, excess sludge from clarification
being eliminated; d) possibly, additional discoloration of
the effluent from the clarification.
L'opération classique de dégrillage consiste, comme on le sait, en la séparation grossière des plus gros éléments solides, dans le cas présent des grandes pailles ou autres tiges de céréales, d'avec la fraction liquide et les particules solides de faible diamètre. Le stockage en cuve constitue un passage obligé dans tout procédé de traitement et il permet de recueillir périodiquement divers mélanges de lisiers prélevés dans les préfosses d'élevage d'animaux. Généralement on trouve dans ces cuves des lisiers dit "frais" dont l'âge est inférieur à une semaine, et des lisiers "âgés" qui peuvent avoir plusieurs semaines, voire plusieurs mois. The conventional screening operation consists, as is known, in the coarse separation of the largest solid elements, in the present case of large straws or other stalks of cereals, from the liquid fraction and the solid particles of small diameter. Storage in tanks is a compulsory step in any treatment process and it makes it possible to periodically collect various mixtures of liquid manure taken from animal production prefosses. Generally in these tanks we find "fresh" manure which is less than a week old, and "aged" manure which can be several weeks or even several months old.
Dans le cas, par exemple, de lisiers bruts issus de l'élevage de porcs, les valeurs moyennes des différents paramètres représentatifs sur un nombre de 37 échantillons de lisiers frais et de 9 échantillons de lisiers âgés, sont résumés dans le tableau 1 ci-dessous ou TAC est le titre alcalimétrique complet . MES est la concentration de matières en suspension DCO correspond à la Demande Chimique en Oxygène NTK la teneur totale en Azote (Kjehldahl) . N-NH4 la teneur en azote issu de l'ammoniac . P la teneur en phosphore (total ou issu de
phosphore)
TABLEAU no 1
pH TAC Extrait MeS DCO NTK H-NH4 P total P-P04
sec
gCaO/L g/l g/t g/l g/L g/l g/l g/l
Lisiers "frais" 7.73 ~1.48 76.55 68.91 103.6 9.28 3.8 1.94 1.34 lisiers "ases" 8.17 11.38 61.93 58.37 96.07 9.47 1.67
Conformément à la première phase opérationnelle du procédé de l'invention on procède à une centrifugation des lisiers bruts avec addition d'un agent floculant afin d'optimiser les taux de capture des fractions particulaires. Parmi les floculants utilisables on peut citer avantageusement des polyélectrolytes comme par exemple des polymères cationiques; ceci bien entendu å titre non limitatif. La quantité de floculants varie, bien entendu, selon les cas d'espèces mais elle est généralement comprise entre 3 et 7 kg par tonne d'extrait sec.Les conditions de la centrifugation (vitesse, temps de séjour, etc) sont évidemment adaptées aux cas d'espèce et du domaine de l'homme de l'art.In the case, for example, of raw manure from pig farming, the average values of the different representative parameters out of a number of 37 samples of fresh manure and 9 samples of old manure, are summarized in Table 1 below. below or TAC is the full alkalimetric title. MES is the concentration of suspended matter COD corresponds to the Chemical Oxygen Demand NTK the total nitrogen content (Kjehldahl). N-NH4 the nitrogen content from ammonia. P the phosphorus content (total or from
phosphorus)
TABLE 1
pH TAC Extract MeS COD NTK H-NH4 P total P-P04
dry
gCaO / L g / lg / tg / lg / L g / lg / lg / l
"Fresh" manure 7.73 ~ 1.48 76.55 68.91 103.6 9.28 3.8 1.94 1.34 "ases" manure 8.17 11.38 61.93 58.37 96.07 9.47 1.67
In accordance with the first operational phase of the process of the invention, a raw slurry is centrifuged with the addition of a flocculating agent in order to optimize the capture rates of the particulate fractions. Among the flocculants which can be used, it is advantageous to cite polyelectrolytes such as, for example, cationic polymers; this of course without limitation. The quantity of flocculants varies, of course, depending on the case, but it is generally between 3 and 7 kg per tonne of dry extract. The conditions of centrifugation (speed, residence time, etc.) are obviously suitable for case in point and within the scope of those skilled in the art.
Après l'opération précitée, les rendements d'élimination ou abattements des paramètres descriptifs du tableau 1 précité sont déjà très significatifs puisque de l'ordre de 77% pour l'extrait sec; 95% pour
MES; 72% pour la DCO; 65% pour NTK; 32% pour l'azote de
NH4; 93% pour le phosphore total et 91% pour P de P04.After the aforementioned operation, the elimination yields or abatements of the descriptive parameters of table 1 above are already very significant since of the order of 77% for the dry extract; 95% for
MY; 72% for COD; 65% for NTK; 32% for nitrogen from
NH4; 93% for total phosphorus and 91% for P of P04.
Quant aux résidus solides ou lies de centrifugation, ils peuvent être avantageusement utilisés comme engrais agricoles. As for solid residues or centrifugation lees, they can be advantageously used as agricultural fertilizers.
Conformément à une réalisation avantageuse, on procède lors de la centrifugation et/ou lors de la mise en service de l'installation, à une dilution initiale des lisiers par une eau de surface ou eau résiduaire présentant une concentration faible, voire nulle en azote ammoniacal. On peut alors pallier, de cette façon, les effets inhibiteurs des fortes concentrations en ammoniaque des lisiers centrifugés sur l'ensemencement et le développement de la biomasse épuratrice lors de la phase ultérieure de traitement biologique. In accordance with an advantageous embodiment, one proceeds during the centrifugation and / or during the commissioning of the installation, to an initial dilution of the slurries by surface water or waste water having a low concentration, or even zero in ammoniacal nitrogen . In this way, the inhibitory effects of the high ammonia concentrations of the centrifuged manure can be overcome in the seeding and the development of the purifying biomass during the subsequent phase of biological treatment.
Selon la deuxième étape du procédé, on effectue un traitement biologique des lisiers centrifugés en deux phases successives, la première en milieu anoxie ou les lisiers sont utilisés comme source de carbone et ou a lieu la réduction des nitrates en azote gazeux, la seconde en milieu aéré pour assurer la nitrification. According to the second step of the process, a biological treatment of the centrifuged slurry is carried out in two successive phases, the first in anoxic medium or the slurries are used as carbon source and where the reduction of nitrates to nitrogen gas takes place, the second in medium ventilated to ensure nitrification.
Selon une variante opératoire, on peut éventuellement faire précéder la phase anoxie d'une phase anaérobie pour provoquer une déphosphatation biologique accrue. According to an operating variant, the anoxia phase can optionally be preceded by an anaerobic phase to cause increased biological dephosphatation.
La charge volumique, appliquée sur l'ensemble des capacités anoxie et aérobie et exprimée en terme de
DB05, est généralement comprise entre 0,3 et 0,65 kg/m3/jour.The volume load, applied to all anoxic and aerobic capacities and expressed in terms of
DB05, is generally between 0.3 and 0.65 kg / m3 / day.
Lors de la phase aérobie le mode d'oxygénation avantageusement adopté, par insufflation d'air dans le réacteur, permet d'éviter les chutes de températures de la liqueur mixte, phénomène constaté lorsqu'on met en oeuvre des appareils d'aération de surface selon les techniques connues, lesquels conduisent à des chutes de rendement d'épuration. En pratique, selon l'invention, on utilise avantageusement des aérateurs profonds de type "oxytubes" qui permettent de procéder au séquençage de l'insufflation de l'air sans provoquer de colmatage sur les diffuseurs d'air. Ce séquençage de l'aération permet d'améliorer l'alimentation des nitrates recirculés par mise en anoxie partielle de la zone normalement aérée. Ce séquençage peut également être régulé par une mesure en continue du potentiel redox de la liqueur mixte. During the aerobic phase, the oxygenation mode advantageously adopted, by blowing air into the reactor, makes it possible to avoid drops in temperature of the mixed liquor, a phenomenon observed when surface aeration devices are used. according to known techniques, which lead to falls in purification efficiency. In practice, according to the invention, it is advantageous to use deep aerators of the "oxytubes" type which allow the sequencing of the air blowing without causing clogging on the air diffusers. This sequencing of the aeration makes it possible to improve the supply of the recirculated nitrates by putting into partial anoxia of the normally aerated zone. This sequencing can also be regulated by a continuous measurement of the redox potential of the mixed liquor.
Grâce à la recirculation des boues décantées et de la liqueur mixte, on peut prélever la quasi totalité des nitrates à dénitrifier à la sortie de la cuve aérobie et du clarificateur pour la ramener, par les recyclages, dans la zone anoxie disposée en tête du traitement. Dans certains cas, il peut être nécessaire d'ajouter certains réactifs lors de cette étape de traitement biologique comme par exemple de la chaux pour accélérer le processus de nitrification ou encore de chlorure ferrique pour faciliter la coprécipitation du phosphore. Thanks to the recirculation of the decanted sludge and the mixed liquor, almost all of the nitrates to be denitrified can be removed at the outlet of the aerobic tank and the clarifier to bring it, by recycling, to the anoxic zone at the head of the treatment. . In certain cases, it may be necessary to add certain reagents during this biological treatment step such as for example lime to accelerate the nitrification process or even ferric chloride to facilitate the coprecipitation of phosphorus.
Toutefois, il s'est avéré qu'en général, lors des expérimentations faites sur des lisiers porcins, les concentrations résiduelles des effluents biologiques en phosphore total et phosphore soluble n'étaient généralement pas supérieures à 20-25 mgl et 10 à 15 mg/l.However, it turned out that in general, during the experiments carried out on pig manure, the residual concentrations of biological effluents in total phosphorus and soluble phosphorus were generally not greater than 20-25 mgl and 10 to 15 mg / l.
Les boues produites lors du traitement biologique, qui peuvent par exemple correspondre à 0,4 kg par Kg de
DB05 éliminé ou encore 600 à 700 litres par m3 de lisiers traités, sont traités par centrifugation, les produits centrifugés étant envoyés sur l'étape biologique alors que les refus sont mélangés aux solides issus de la première étape de centrifugation pour donner des engrais comme expliqué ci-avant.The sludge produced during biological treatment, which can for example correspond to 0.4 kg per Kg of
DB05 eliminated or 600 to 700 liters per m3 of treated slurry, are treated by centrifugation, the centrifuged products being sent to the biological stage while the rejects are mixed with the solids from the first centrifugation stage to give fertilizers as explained above.
Selon une étape finale particulièrement intéressante à mettre en oeuvre dans le procédé de l'invention, on peut procéder à l'élimination ou au moins l'atténuation de la couleur brune intense des effluents, imputable à la présence de pigments biliaires oxydés non biodégradables dans les déjections des animaux. Après l'expérimentation de plusieurs méthodes et d'un assez grand nombre de réactifs il a été trouvé que l'addition aux lisiers traités de produits choisis dans le groupe constitué par : le charbon actif pulvérulent, l'hypochlorite de sodium et le chlorure ferrique, permettait d'obtenir les meilleurs résultats. According to a particularly advantageous final step to be implemented in the process of the invention, it is possible to proceed with the elimination or at least the attenuation of the intense brown color of the effluents, attributable to the presence of non-biodegradable oxidized bile pigments in animal droppings. After experimenting with several methods and a fairly large number of reagents, it has been found that the addition to treated slurries of products chosen from the group consisting of: pulverulent activated carbon, sodium hypochlorite and ferric chloride , provided the best results.
En particulier, le FeC13 permet non seulement d'assurer la décoloration des lisiers traités mais de procurer un affinage important de la quantité des effluents.In particular, FeC13 makes it possible not only to ensure the discoloration of the treated manure but to provide a significant refinement of the quantity of the effluents.
Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre dans une installation générale de traitement dont les phases ou dispositifs sont illustrés sur le schéma-bloc de la figure unique du dessin annexé qui permettra simultanément de décrire un exemple de réalisation, correspondant à la moyenne des résultats obtenus sur six mois d'expérimentations dans une unité de traitement de lisiers porcins. The method according to the invention can be implemented in a general treatment installation the phases or devices of which are illustrated in the block diagram of the single figure of the appended drawing which will simultaneously make it possible to describe an exemplary embodiment, corresponding to the average results obtained over six months of experiments in a pig manure processing unit.
Un ensemble de traitement conforme à l'invention comporte essentiellement : une cuve 1 de récupération et stockage des lisiers bruts; une centrifugeuse 2, où l'on additionne avantageusement au moins un agent floculant 3 et d'où l'on décharge en 4 les lies ou gâteaux de solides qui peuvent être utilisés comme matériaux d'épandage au sol, à titre d'engrais; éventuellement, une cuve de stockage 5 des lisiers centrifugés; un ensemble d'épuration biologique comprenant un réacteur en anoxie 6, le réacteur en aérobie 7 et un clarificateur 8. A treatment assembly in accordance with the invention essentially comprises: a tank 1 for recovering and storing raw manure; a centrifuge 2, where at least one flocculating agent 3 is advantageously added and from which the lees or cakes of solids are discharged in 4 which can be used as soil spreading materials, as fertilizer; optionally, a storage tank 5 for centrifugal slurry; a biological purification unit comprising an anoxic reactor 6, the aerobic reactor 7 and a clarifier 8.
En fonctionnement normal et comme dit ci-avant, on effectue des recyclages, selon 9, de la liqueur mixte des réacteurs, alors que les boues retirées du clarificateur 8 sont en partie envoyées selon 10 dans le réacteur en anoxie et en partie recyclées, selon ll dans le système de centrifugation 2; elles viennent ensuite grossir la partie semi-solide ou lie 4 que l'on évacue de la centrifugeuse. In normal operation and as said above, recycling is carried out, according to 9, of the mixed liquor from the reactors, while the sludge removed from the clarifier 8 is partly sent according to 10 to the anoxic reactor and partly recycled, according to ll in the centrifuge system 2; they then magnify the semi-solid part or lie 4 which is removed from the centrifuge.
Selon une mise en oeuvre préférentielle, l'ef fluent 12 issu du clarificateur est soumis à une décoloration pour atténuer, voire supprimer, la couleur brun foncé difficilement acceptable lors du rejet sur le site. According to a preferred implementation, the effluent 12 from the clarifier is subjected to discoloration to attenuate or even eliminate the dark brown color which is difficult to accept when discharged onto the site.
L'addition, avantageusement, de chlorure ferrique à des doses de 3 à 5 g/l, entraîne rapidement l'insolubilisation des pigments biliaires oxydés non biodégradables. Les précipités obtenus ne sédimentent pas mais flottent en surface. The addition, advantageously, of ferric chloride at doses of 3 to 5 g / l, quickly leads to the insolubilization of non-biodegradable oxidized bile pigments. The precipitates obtained do not sediment but float on the surface.
En opérant dans une installation du type précité pour le traitement de lisiers porcins pendant une durée de 6 mois à raison de 0,5 m3 de lisiers/jour, on a obtenu les résultats consignés dans le tableau n0 2 ci-dessous
TABLEAU n0 2
TAC Extrait MES DCO NTK N(NH4) P total
(en CaO) sec lisiers bruts (g/l) 11.48 76.55 68.9 103.60 9.28 3.80 1.94 lisiers centrifugés (g/l) 7.33 17.60 3.99 29.70 3.28 2.60 0.15 effluent du clarificateur < g/t) 1.70 8.30 0.43 2.11 0.14 0.03 0.03 rendement d'épuration (X) 84.20 88.43 99.33 97.83 98.39 99.24 98.57
Lors de la centrifugation on a utilisé comme floculant le polymère cationique type F0 4290 (Floerger) au taux de 5,7 kg par tonne de MES. Dans le traitement biologique, on utilisait des charges volumiques correspondant à 0,5 kg de DBO par m3 et par jour et des charges massiques de 0,1 kg DBO/kg de MES et par jour.By operating in an installation of the aforementioned type for the treatment of pig manure for a period of 6 months at a rate of 0.5 m3 of manure / day, the results given in table No. 2 below were obtained.
TABLE 2
TAC Extract MES COD NTK N (NH4) P total
(in CaO) dry raw slurry (g / l) 11.48 76.55 68.9 103.60 9.28 3.80 1.94 centrifuged slurry (g / l) 7.33 17.60 3.99 29.70 3.28 2.60 0.15 clarifier effluent <g / t) 1.70 8.30 0.43 2.11 0.14 0.03 0.03 d yield '' purification (X) 84.20 88.43 99.33 97.83 98.39 99.24 98.57
During the centrifugation, the cationic polymer type F0 4290 (Floerger) was used as flocculant at the rate of 5.7 kg per tonne of MES. In the biological treatment, volume loads corresponding to 0.5 kg of BOD per m3 per day and mass loads of 0.1 kg BOD / kg of MES per day were used.
Les productions de boues et la consommation d'oxygène, dans l'étape de traitement biologique, étaient respectivement égales à 0,43 kg et 1,51 kg par kg de DBO éliminé.Sludge production and oxygen consumption, in the biological treatment stage, were respectively equal to 0.43 kg and 1.51 kg per kg of BOD eliminated.
Comme on peut le constater d'après le tableau 2, les taux d'abattement des diverses pollutions étaient tout à fait satisfaisants, les effluents obtenus étant aptes à être rejetés en rivière, notamment après décoloration. As can be seen from Table 2, the abatement rates for the various types of pollution were entirely satisfactory, the effluents obtained being capable of being discharged into the river, especially after discoloration.
Claims (9)
Priority Applications (1)
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