FR2686814A1 - Method for treating and upgrading animal waste obtained by soilless industrial farming, such as liquid manure - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé de traitement et de valorisation des déjections animales obtenues en élevage industriel hors-sol, telles que le lisier. Process for the treatment and recovery of animal manure obtained in off-ground industrial farming, such as slurry.
L'économie agricole des pays industrialisés s'est orientée depuis de nombreuses années vers l'élevage intensif des animaux destinés soit à la boucherie soit à la reproduction. Le concept d'élevage intensif visant à répondre aux besoins importants du marché a révolutionné les techniques de production et a conduit à pratiquer l'élevage en-dehors des surfaces naturelles traditionnelles, de façon à contrôler plus facilement les paramètres intervenant dans la croissance ou la reproduction des animaux. Ce type d'élevage, appelé élevage hors-sol, est maintenant très couramment utilisé tant dans le domaine avicole que dans le domaine de l'élevage des porcs ou des bovins. The agricultural economy of the industrialized countries has for many years been oriented towards the intensive breeding of animals destined either for slaughter or reproduction. The concept of intensive breeding to meet the important needs of the market has revolutionized production techniques and has led to the practice of breeding outside traditional natural surfaces, so as to control more easily the parameters involved in the growth or growth. animal reproduction. This type of farming, called above-ground farming, is now very commonly used both in the poultry sector and in the field of pig or cattle breeding.
L'élevage industriel hors-sol, bien que conduisant à des valeurs de productivité beaucoup plus élevées que celles obtenues par les techniques d'élevage traditionnelles, n'est cependant pas sans poser certains problèmes au rang desquels on trouve la production de déjections. Ces techniques ont en effet contribué à la modification des compositions des déjections animales, due à l'évolution des nutriments utilisés mais surtout à la concentration localisée de ces déjections. Above-ground industrial farming, although leading to productivity values much higher than those obtained by traditional farming techniques, is not without posing certain problems among which we find the production of manure. These techniques have indeed contributed to the modification of the animal manure compositions, due to the evolution of the nutrients used but especially to the localized concentration of these excrements.
Les problèmes posés par la concentration des déjections d'origine animale sont particulièrement accrus dans le cadre de l'élevage industriel des porcs. Le lisier est en effet source de nuisances et, bien que constituant un excellent engrais, il ne peut être écoulé dans sa totalité par cette voie de valorisation. The problems posed by the concentration of manure of animal origin are particularly increased in the context of the industrial breeding of pigs. Manure is indeed a source of nuisance and, although constituting an excellent fertilizer, it can not be sold in its entirety by this way of valorization.
Au rang des nuisances provoquées par le lisier, la principale consiste en l'odeur qu'il dégage et qui est susceptible d'empêcher l'implantation d'unités d'élevage porcin à proximité des habitations. La teneur en micro-organismes du lisier constitue également une source possible de pollution bactériologique. Among the nuisances caused by manure, the main consists of the smell that emanates and is likely to prevent the establishment of pig farms near homes. The micro-organisms content of slurry is also a possible source of bacteriological pollution.
La nature liquide du lisier et sa constitution physico-chimique ont conduit à utiliser l'épandage sur les sols cultivables environnant les unités de production, en tant que voie de valorisation. Cette technique permet d'améliorer de façon nonnégligeable la fertilité des sols traités. Cependant, les quantités de matières ainsi distribuées peuvent outrepasser les capacités d'acceptation des sols et conduirent à plus ou moins long terme à des conséquences néfastes sur l'environnement. The liquid nature of the slurry and its physicochemical constitution have led to the use of the spreading on the cultivable soils surrounding the production units, as a way of recovery. This technique makes it possible to improve the fertility of the treated soils in a non-negligible way. However, the quantities of materials thus distributed can exceed the acceptance capacities of the grounds and lead to more or less long term to harmful consequences on the environment.
Le lisier de porc est un mélange intime de fécès, de soies et de reflux d'aliments. Le lisier peut également contenir de l'eau pluviale venue s'ajouter à sa composition durant son stockage. Le volume de lisier rejeté par un porc dépend essentiellement de l'âge de l'animal et de son type d'alimentation. En moyenne, chaque porc rejette 1 m3 de lisier ce qui conduit en moyenne, dans les élevages industriels intensifs, à des quantités de 2,5 m3 par place et par an. La composition physico-chimique des lisiers est très variable et dépend, en outre, du régime alimentaire et de la présentation des aliments. Le stade physiologique de développement de l'animal ne joue cependant pas un rôle très important, contrairement à la nature de l'alimentation. Afin d'obtenir des lisiers plus facilement utilisables, il a été proposé, parmi d'autres solutions, de modifier la nature des aliments apportés aux porcs d'élevage. I1 a ainsi été proposé de réduire le taux de phosphates de ces aliments dans le but d'obtenir un lisier moins riche en ce composé. Toutefois, ce type de méthode montre très vite ses limites liées aux impératifs concernant la nutrition des animaux. Pork manure is an intimate mixture of faeces, bristles and food reflux. Slurry may also contain rainwater added to its composition during storage. The volume of manure rejected by a pig depends essentially on the age of the animal and its type of feed. On average, each pig discharges 1 m3 of manure, which leads on average to 2.5 m3 per square meter per year in intensive industrial farms. The physicochemical composition of manure is highly variable and depends, in addition, on the diet and the presentation of food. The physiological stage of development of the animal, however, does not play a very important role, contrary to the nature of the diet. In order to obtain manure that is easier to use, it has been proposed, among other solutions, to modify the nature of the feeds brought to the breeding pigs. It has thus been proposed to reduce the level of phosphates of these foods in order to obtain a slurry less rich in this compound. However, this type of method quickly shows its limits related to the imperatives concerning animal nutrition.
Le tableau 1 indique les teneurs moyennes en matières sèches, en azote total et en phosphore des lisiers de truies gestantes et de porcelets.
Table 1 shows the average dry matter, total nitrogen and phosphorus contents of pigs and pigs.
<tb><Tb>
<SEP> Paramètres <SEP> Truies <SEP> gestantes <SEP> Porcelets <SEP> sevrés
<tb> Matière <SEP> sèche <SEP> g/l <SEP> 10,4 <SEP> 8,9 <SEP>
<tb> Azote <SEP> total <SEP> gfl <SEP> 6,5 <SEP> 6,3
<tb> P205 <SEP> g" <SEP> 6,5 <SEP> 5,6
<tb>
Tableau 1
Les quantités d phosphore et d'azote sont inégalement réparties entre la phase solide du lisier et la phase liquide. Ainsi, les échantillons moyens de lisier de porcherie montrent que 87 % du phosphore total est présent dans la phase solide tandis que 85 % de l'azote total est présent dans la phase liquide. <SEP> Parameters <SEP> Sows <SEP> pregnant <SEP> Piglets <SEP> weaned
<tb> Material <SEP> dry <SEP> g / l <SEP> 10.4 <SEP> 8.9 <SEP>
<tb> Nitrogen <SEP> total <SEP> gfl <SEP> 6.5 <SEP> 6.3
<tb> P205 <SEP> g <SEP> 6.5 <SEP> 5.6
<Tb>
Table 1
The amounts of phosphorus and nitrogen are unequally distributed between the solid phase of slurry and the liquid phase. Thus, the average samples of pig manure show that 87% of the total phosphorus is present in the solid phase while 85% of the total nitrogen is present in the liquid phase.
La composition physico-chimique du lisier varie au cours du stockage : les matières organiques se dégradent et le pourcentage de matière minérale, par rapport à la matière sèche augmente; la quantité d'azote ammoniacal augmente par rapport à la quantité d'azote total. The physico-chemical composition of slurry varies during storage: the organic matter is degraded and the percentage of mineral matter, relative to the dry matter increases; the amount of ammonium nitrogen increases relative to the amount of total nitrogen.
L'épandage du lisier pose en particulier des problèmes de contamination des eaux de surface et des eaux souterraines. Des études ont montré que les pertes par lessivage de l'azote sous diverses formes variaient de 5%, pour un épandage de printemps à 25% pour un épandage en automne ou en hiver. Dans les régions pratiquant de façon très importante l'épandage du lisier, il a également été démontré que les opérations d'épandage concouraient à l'aggravation du phénomène de pollution atmosphérique. Ces études ont conduit à réglementer les opérations d'épandage, notamment suivant les saisons, afin d'éviter que celles-ci soient à l'origine d'une augmentation trop importante des taux de nitrate dans l'environnement et de gènes olfactives. In particular, manure application poses problems of contamination of surface water and groundwater. Studies have shown that nitrogen leaching losses in various forms ranged from 5% for 25% spring application to fall or winter application. In regions with a very high incidence of manure spreading, it has also been shown that the spreading operations contribute to the aggravation of the air pollution phenomenon. These studies have led to the regulation of the spreading operations, especially according to the seasons, in order to avoid that these cause an excessive increase of nitrate levels in the environment and of olfactory genes.
La valorisation du lisier en tant que fertilisant connait donc des limites dues à sa nature mais également aux quantités produites, souvent extrêmement importantes. Bien que pratiquant fréquemment en parallèle des cultures, les producteurs de porcs ne disposent généralement pas de surfaces cultivables suffisamment importantes pour écouler la totalité du lisier produit par leur élevage. The valuation of slurry as a fertilizer therefore knows limitations due to its nature but also to the quantities produced, often extremely important. Although frequently practicing parallel crops, hog producers generally do not have enough arable land to sell all the manure produced by their livestock.
Ces producteurs se trouvent donc face à un problème de développement et de gestion des excédents du lisier, problèmes qui se répercutent au niveau régional lorsque les régions pratiquent abondamment l'élevage industriel intensif hors-sols des porcs. Afin de gérer ces excédents, des banques régionales de lisier ont été crées pour favoriser les échanges régionaux et inter-régionaux entre les producteurs de lisier, c'est-à-dire les éleveurs, et les utilisateurs, c'est-à-dire les cultivateurs. Les quantités "exportées" de lisier restent cependant aléatoires et dépendent de la volonté d'acceptation des receveurs.These producers are therefore faced with a problem of development and management of surplus manure, problems that are reflected at the regional level when the regions practice abundantly intensive industrial livestock above-ground pigs. In order to manage these surpluses, regional slurry banks have been set up to promote regional and inter-regional trade between slurry producers, ie farmers, and users, that is to say growers. The quantities "exported" slurry however remain random and depend on the willingness of the recipients.
Les déjections constituant une source de nuisances notamment olfactive et microbiologique, on a donc cherché différents moyens pour éliminer ou transformer les quantités excédentaires de lisier ou à les épurer. The excrement is a source of nuisance including olfactory and microbiological, so we sought different ways to eliminate or transform the excess quantities of slurry or to purify.
Le premier moyen, qui peut être utilisé pour se débarasser de ces excédents est de les détruire par voie thermique. Cependant, la destruction de telles matières, entraîne une consommation d'énergie et de possibles pollutions atmosphériques. The first way that can be used to get rid of these surpluses is to destroy them thermally. However, the destruction of such materials leads to energy consumption and possible atmospheric pollution.
Sous l'impulsion des autorités compétentes dans le domaine de l'agriculture et de l'environnement, d'autres techniques ont été récemment développées dans le but d'épuiser et/ou de valoriser économiquement les quantités excédentaires de lisiers. Under the leadership of the competent authorities in the field of agriculture and the environment, other techniques have recently been developed in order to exhaust and / or recover economically the excess quantities of manure.
Ces techniques de valorisation doivent répondre à des normes sévères en matière de rejets dans l'environnement et conduire à un résidu le plus riche possible en éléments fertilisants (azote, potassium, phosphore) afin de conférer à ce résidu une valeur marchande importante. Leur mise au point a nécessité l'étude précise de la constitution du lisier. These recovery techniques must meet strict standards for discharges into the environment and lead to a richest possible residue of nutrients (nitrogen, potassium, phosphorus) in order to give this residue a significant market value. Their development required the precise study of the manure constitution.
L'une des techniques connues de transformation du lisier consiste à fermenter celui-ci de façon à en tirer un gaz pouvant être utilisé pour fabriquer soit de la vapeur soit de l'électricité et de l'eau chaude. Selon cette méthode, le lisier subit une première étape de fermentation méthanique en milieu anaérobie. Cette étape de fermentation conduit à l'obtention du gaz. Le résidu issu de cette fermentation subit ensuite par exemple une centrifugation de façon à obtenir une phase liquide et une phase solide. La phase liquide peut être épurée par voie biologique tandis que la phase solide subit un séchage thermique conduisant à l'obtention d'un résidu sec pulvérulent contenant les éléments fertilisants initiaux du lisier. Cette technique présente l'avantage de conduire à des résidus solides et liquides désodorisés. Cependant, l'énergie produite sous-forme de gaz ne couvre pas les besoins nécessaires pour les étapes d'évaporation et de séchage ; le traitement est donc énergétiquement déficitaire. De plus, cette technique, essentiellement basée sur des procédés biologiques met en oeuvre des installations volumineuses et coûteuses. One of the known manure processing techniques is to ferment the manure so as to draw a gas that can be used to make either steam or electricity and hot water. According to this method, the slurry undergoes a first step of methane fermentation in anaerobic environment. This fermentation step leads to obtaining the gas. The residue resulting from this fermentation is then subjected, for example, to centrifugation so as to obtain a liquid phase and a solid phase. The liquid phase can be purified by biological means while the solid phase undergoes a thermal drying leading to the production of a pulverulent dry residue containing the initial fertilizer elements of the slurry. This technique has the advantage of leading to solid and liquid deodorized residues. However, the energy produced in the form of gas does not cover the needs necessary for the evaporation and drying stages; the treatment is therefore energetically deficit. In addition, this technique, essentially based on biological processes uses voluminous and expensive installations.
Une autre technique envisagée pour traiter les excédents de lisier consiste à provoquer l'évaporation de l'eau contenue dans ce lisier en utilisant un fluide porteur constitué par de la paraffine. Cette technique consiste à acidifier le lisier à un pH voisin de 5 de façon à rendre l'ammoniac qu'il contient non volatil. Le lisier ainsi traité est par exemple mélangé avec de la paraffine. La méthode consiste ensuite à procéder à révàporation de l'eau contenue dans ce mélange puis à séparer par centrifugation la parafine du solide. La buée issue des opérations d'évaporation peut être condensée et le liquide obtenu épuré biologiquement. La phase solide obtenue est constituée de lisier brut déshydraté. Another technique envisaged for treating excess slurry consists in causing evaporation of the water contained in this manure using a carrier fluid constituted by paraffin. This technique consists in acidifying the slurry to a pH close to 5 so as to render the ammonia it contains non-volatile. The manure thus treated is for example mixed with paraffin. The method then consists of proceeding with the re-incorporation of the water contained in this mixture and then separating the paraffin from the solid by centrifugation. The fog resulting from the evaporation operations can be condensed and the liquid obtained biologically purified. The solid phase obtained consists of dehydrated raw slurry.
Cette technique de traitement thermique du lisier présente l'inconvénient d'être grosse consommatrice d'énergie et de nécessiter des installations importantes. This slurry heat treatment technique has the disadvantage of being a big consumer of energy and requiring large installations.
De plus, elle induit l'utilisation de paraffine dont le recyclage total n'est pas assuré, ce qui concourt à augmenter son coût. Par ailleurs, le résidu sec obtenu en fin de traitement n'est pas désodorisé. ll peut donc poser des problèmes d'utilisation et constituer une source de nuisance.In addition, it induces the use of paraffin whose total recycling is not ensured, which contributes to increase its cost. Moreover, the dry residue obtained at the end of treatment is not deodorized. It can therefore pose problems of use and constitute a source of nuisance.
La présente invention a pour objet de proposer un procédé non destructif de traitement et de valorisation des déjections animales obtenues en élevage industriel hors-sol, telles que le lisier, ne présentant pas les inconvénients de ceux de l'état de la technique. En particulier, l'un des buts de l'invention est de proposer un procédé non-destructif de traitement et de valorisation des déjections animales conduisant à obtention d'une eau résiduaire débarrassée de l'essentiel du phosphore, de l'azote et des matières en suspension telles que notamment les micro-organismes. The object of the present invention is to propose a non-destructive method for the treatment and recovery of animal dung obtained in off-ground industrial farming, such as slurry, which does not have the drawbacks of those of the state of the art. In particular, one of the aims of the invention is to propose a non-destructive method for the treatment and recovery of animal dung leading to the production of a waste water freed from most of the phosphorus, nitrogen and suspended matter such as, in particular, micro-organisms.
L'invention a également pour objet de proposer un tel procédé pouvant être mis en oeuvre, tant dans le cadre d'unités localisées, par exemple mobiles, regroupant un nombre peu élevé de producteurs, que dans le cadre d'unités centralisées regroupant un nombre important de producteurs. The object of the invention is also to propose such a method that can be implemented both in the context of localized units, for example mobile units, comprising a small number of producers, and in the context of centralized units comprising a number of important producers.
Particulièrement, l'un des objectifs de l'invention est de fournir un procédé consommant peu d'énergie tout en assurant la production de sous-produits aisément valorisables. In particular, one of the objectives of the invention is to provide a process that consumes little energy while ensuring the production of readily recoverable by-products.
Encore un autre objectif de l'invention, est de décrire un tel procédé ne faisant intervenir aucun micropolluant de traitement et n'aboutissant à la production d'aucun produit chimique nouveau. Yet another object of the invention is to describe such a process which does not involve any micropollutant treatment and does not lead to the production of any new chemical.
L'invention concerne un procédé de traitement et de valorisation des déjections animales obtenues en élevage industriel hors-sol, telles que le lisier. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - réceptionner lesdites déjections dans un cuve de stockage; - faire floculer essentiellement la matière fermentescible contenue dans lesdites déjections - séparer les matières essentiellement fermentescibles floculées des matières essentiellement non fermentescibles de façon à obtenir un solide essentiellement organique Sl et une eau résiduaire E,; - précipiter les ions ammoniums et les phosphates contenus dans ladite eau résiduaire E1 sous forme de phosphate ammoniaco-magnésien de façon à obtenir un solide essentiellement minéral S2 et une eau résiduaire peu chargée Ez.; - séparer ledit solide essentiellement minéral S2 précipité de l'eau résiduaire peu chargée E2
La méthode de précipitation connue du phosphate ammoniaco-magnésien utilisée dans le cadre du procédé est résumée par la réaction suivante:
Mg2+ + NH4+ + PQ ====== > MgNH4PO4
Selon STUMM et MORGAN qui ont étudié les conditions de précipitation du phosphate ammoniaco-magnésien dans une eau possédant une force ionique nulle, la précipitation de MgNH4PO4 est favorisée en solution alcaline et le produit de solubilité de ce composé atteint son minimum à pH = 10,7. Selon la loi d'action de masse cette réaction doit être menée en présence d'un excès d'ammoniac ou de phosphore.The invention relates to a process for the treatment and recovery of animal dung obtained in off-ground industrial farming, such as slurry. The method according to the invention is characterized in that it comprises the steps of: - receiving said droppings in a storage tank; essentially flocculating the fermentable material contained in said droppings; separating essentially flocculated fermentable materials from essentially non-fermentable materials so as to obtain an essentially organic solid Sl and a wastewater E; precipitating the ammonium ions and phosphates contained in said waste water E1 in the form of ammoniaco-magnesium phosphate so as to obtain an essentially mineral solid S2 and a waste water with little charge Ez .; separating said precipitated essentially inorganic solid S2 from the waste water E2
The known precipitation method of ammonium-magnesium phosphate used in the process is summarized by the following reaction:
Mg2 + + NH4 + + PQ ======> MgNH4PO4
According to STUMM and MORGAN, which studied the precipitation conditions of ammonium-magnesium phosphate in water with zero ionic strength, the precipitation of MgNH4PO4 is favored in alkaline solution and the solubility product of this compound reaches its minimum at pH = 10, 7. According to the law of mass action this reaction must be conducted in the presence of an excess of ammonia or phosphorus.
Le solide S1 essentiellement organique obtenu au cours du procédé peut être utilisé par l'agriculteur comme amendement sur les terres d'exploitation. The essentially organic solid S1 obtained during the process can be used by the farmer as an amendment on the farmland.
Le solide S2, presque exclusivement minéral, n'est pas fermentescible. I1 contient l'essentiel du phosphore et des nitrates du lisier et peut être utilisé en tant qu'engrais dans les régions déficitaires ou servir comme composant de base dans des engrais de synthèse. Sa faible teneur en humidité le rend pelletable, stockable en silo et granulable. The S2 solid, almost exclusively mineral, is not fermentable. It contains most of the phosphorus and manure nitrates and can be used as a fertilizer in deficit regions or as a basic component in synthetic fertilizers. Its low moisture content makes it shovelable, storable in silo and granular.
Préférentiellement, ladite étape consistant à faire floculer essentiellement la matière fermentescible contenue dans lesdites déjections est menée à bien par addition auxdites déjections d'un floculant se présentant sous la forme d'un polymère cationique. Preferentially, said step of essentially flocculating the fermentable material contained in said droppings is carried out by adding to said droppings a flocculant in the form of a cationic polymer.
Egalement préférentiellement ledit polymère cationique est choisi dans le groupe constitué par les polyéthylènamines et les polyvinylamines. Also preferably said cationic polymer is selected from the group consisting of polyethylenamines and polyvinylamines.
Avantageusement, ladite étape consistant à séparer le solide essentiellement minéral de l'eau résiduaire peu chargée Ez est immédiatement précédée d'une seconde étape de floculation. Advantageously, said step of separating the essentially mineral solid from the waste water Ez is immediately preceded by a second flocculation step.
Egalement avantageusement, ladite seconde étape de floculation est menée à bien par addition à ladite eau résiduaire El d'un floculant se présentant sous la forme d'un polymère anionique. Also advantageously, said second flocculation step is carried out by addition to said effluent water El of a flocculant in the form of an anionic polymer.
Bien qu'il puisse être envisagé, pour mener à bien la précipitation du phosphate ammoniaco-magnésien d'utiliser n'importe quels réactifs pouvant servir de source de magnésium et n'importe quelle source de phosphore en vue de répondre à la loi d'acticn de masse pour que se produise la réaction, ladite étape de précipitation est, d'une manière particulièrement intéressante, effectuée par addition, en milieu basique, de sulfate ou d'oxyde de magnésium et d'acide phosphorique décadmié. Although it may be envisaged, to carry out the precipitation of ammonium-magnesium phosphate to use any reagent that can serve as a source of magnesium and any source of phosphorus in order to meet the law of In order to produce the reaction, said precipitation step is particularly advantageously carried out by the addition, in basic medium, of magnesium sulphate or magnesium oxide and decadmized phosphoric acid.
Préférentiellement, ladite étape de précipitation du phosphate ammoniacomagnésien est menée en présence de chaux
L'eau résiduaire EZ peut être gérée avec retour sur les sols d'exploitation ou d'une façon intéressante le procédé peut comprendre une étape complémentaire consistant à épurer ladite eau résiduaire peu chargée Espar traitement dit des boues activées ou par lagunage...Preferably, said ammonia-magnesium phosphate precipitation step is conducted in the presence of lime
The wastewater EZ can be managed with return to the operating soil or, in an interesting way, the process can comprise a complementary step consisting in purifying said wastewater that is not heavily loaded by so-called activated sludge treatment or by lagooning.
Préférentiellement, lesdites étapes de séparation sont menées sur table d'égouttage ou filtre presse. I1 convient de noter que dans le cadre d'installations pour la mise en oeuvre centralisée de l'invention, ces étapes de séparation pourront être effectuées par d'autres moyens, par exemple la centrifugation. Preferably, said separation steps are carried out on a drip table or filter press. It should be noted that in the case of installations for the centralized implementation of the invention, these separation steps may be carried out by other means, for example centrifugation.
L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé caractérisé en ce qu'elle comprend une table d'égouttage unique utilisée pour procéder auxdites étapes de séparation d'une part du solide essentiellement organique S1 de l'eau résiduaire Et et d'autre part du solide essentiellement minéral S2 de l'eau résiduraire peu chargée Ez
L'invention sera plus facilement comprise grâce à la description qui va suivre d'exemples non limitatifs de réalisation de l'invention en référence aux dessins dans lesquels - la figure 1 représente l'organigramme du procédé de traitement et de valorisation des déjections animales issues d'élevage industriel selon l'invention, dans le cadre d'une unité de traitement localisée; - la figure 2 représente un schéma de principe du procédé selon l'invention incluant un procédé d'épuration des eaux résiduaires obtenues afin de permettre leur rejet dans la nature, dans le cadre d'une unité de traitement centralisée.The invention also relates to an installation for carrying out the process characterized in that it comprises a single drip table used to carry out said separation steps on the one hand of the essentially organic solid S1 of the wastewater Et and on the other hand of the essentially mineral solid S2 of the waste water Ez
The invention will be more easily understood from the following description of non-limiting embodiments of the invention with reference to the drawings in which: - Figure 1 represents the flow chart of the treatment process and recovery of animal waste exits industrial breeding according to the invention, in the context of a localized processing unit; FIG. 2 represents a schematic diagram of the process according to the invention including a process for the purification of the wastewater obtained in order to allow their rejection in nature, in the context of a centralized treatment unit.
Exemple 1
En référence à la figure 1, le procédé selon l'invention peut être effectué au niveau d'une unité localisée de traitement et de valorisation du lisier mise à la disposition d'un nombre restreints d'éleveurs. Cette unité peut par exemple être mobile et se déplacer d'élevage en élevage.Example 1
With reference to FIG. 1, the process according to the invention can be carried out at the level of a localized manure treatment and recovery unit made available to a limited number of breeders. This unit can for example be mobile and move from breeding to breeding.
Le déroulement du procédé, à titre d'exemple pour une tonne de lisier, est le suivant. Le lisier est réceptionné (1) dans une cuve de stockage. La composition du lisier brut est donnée dans Ie tableau 2:
The course of the process, for example for a ton of slurry, is as follows. Slurry is received (1) in a storage tank. The composition of the raw slurry is given in Table 2:
<tb> <SEP> Paramètres <SEP> Quantité
<tb> <SEP> Phosphates <SEP> (P2O5 <SEP> g/kg) <SEP> 2,95
<tb> <SEP> Azote <SEP> (N.NH4+ <SEP> <SEP> g/kg) <SEP> 6,11
<tb> <SEP> Azote <SEP> total <SEP> J <SEP> <SEP> g/kg) <SEP> 9,25
<tb> DCOg/kg <SEP> DCO <SEP> 84 <SEP>
<tb> <SEP> Matière <SEP> sèche <SEP> g/kg <SEP> 91
<tb>
On ajoute au lisier brut une quantité d'un agent floculant cationique : le polymère
Z 78 FS40 commercialisé par la société BETZ industrie S.As Le polymère est dilué à 2 pour mille dans l'eau du réseau ou éventuellement dans l'eau résiduaire E2 issue de l'étape de précipitation du phosphate ammoniaco-magnésien (voir plus loin), qui peut ainsi être recyclée. L'étape de floculation (2), permettant la séparation des matières fermentescibles des matières non fermentescibles du liser est menée à bien en ajoutant au lisier la solution diluée du polymère à raison de 20 ml pour 100g de mélange initial.<tb><SEP> Parameters <SEP> Quantity
<tb><SEP> Phosphate <SEP> (P2O5 <SEP> g / kg) <SEP> 2.95
<tb><SEP> Nitrogen <SEP> (N.NH4 + <SEP><SEP> g / kg) <SEP> 6,11
<tb><SEP> Nitrogen <SEP> total <SEP> J <SEP><SEP> g / kg) <SEP> 9.25
<tb> DCOg / kg <SEP> COD <SEP> 84 <SEP>
<tb><SEP> Dry <SEP> Material <SEP> g / kg <SEP> 91
<Tb>
To the raw manure is added a quantity of a cationic flocculating agent: the polymer
Z 78 FS40 sold by the company BETZ Industrie S.As The polymer is diluted to 2 per thousand in the network water or possibly in the wastewater E2 from the ammonia-magnesium phosphate precipitation step (see below). ), which can be recycled. The flocculation step (2), allowing the separation of the fermentable materials from the nonfermentable materials of the binding is carried out by adding to the slurry the diluted solution of the polymer at a rate of 20 ml per 100 g of initial mixture.
Une fois la floculation terminée, le mélange subit une étape de séparation (3) de façon à obtenir une phase solide essentiellement organique S1 contenant les matières fermentescibles et une eau résiduaire E1. La séparation a lieu sur table d'égouttage possédant une porosité d'environ 400 pm. Once the flocculation is complete, the mixture undergoes a separation step (3) so as to obtain a substantially organic solid phase S1 containing the fermentable materials and a waste water E1. The separation takes place on a drip table having a porosity of about 400 μm.
Le traitement d'une tonne de lisier conduit à l'obtention de 380 kg de solide S1. Cette phase solide S1 obtenue à l'issue de cette séparation peut être avantageusement utilisée par le producteur en tant que matière d'amendement ou être stabilisée par compostage et/ou incorporée en formulation commerciale d'amendement. The treatment of one ton of manure leads to 380 kg of solid S1. This solid phase S1 obtained at the end of this separation can be advantageously used by the producer as an amendment material or be stabilized by composting and / or incorporated into a commercial amendment formulation.
L'eau résiduaire E1 présente une teneur en azote de 4,53 gAl et une teneur en phosphore P205 de 1,49 g/l. Cette eau résiduaire est ensuite amenée dans un réacteur afin d'y subir une étape de précipitation (4) du phosphate ammoniaco magnésien en milieu basique. Waste water E1 has a nitrogen content of 4.53 gAl and a P205 phosphorus content of 1.49 g / l. This waste water is then brought into a reactor in order to undergo a precipitation step (4) ammonium phosphate magnesium in basic medium.
La réaction de précipitation a lieu en présence d'un excès de magnésium et d'un excès de phosphore. La source de magnésium utilisée est la magnésie (oxyde de magnésium) et la source de phosphore est de l'acide phosphorique H3PO4 décadmié. On ajoute à l'eau résiduaire El, 32kg d'acide phosphorique correspondant à 7,5 kg de phosphore, 10 kg de chaux vive CaO permettant de fixer le pH du milieu à 9,2 et 19 kg d'oxyde de magnésium. Tous ces réactifs sont aisément disponibIes sur le marché. Le pH de 9,2 utilisé permet de réduire la quantité de chaux à apporter au milieu, tout en autorisant la réaction de précipitation du phosphate ammoniaco-magnésien à se produire. On pourra choisir d'utiliser un autre composé que la chaux vive pour augmenter le pH du milieu, telle que la chaux éteinte, la potasse ou la soude. On pourra également envisager d'utiliser d'autres sources de magnésium telles que le chlorure de magnésium et d'autres sources de phosphore telles que l'hydrogéno-phosphate de potassium ou le phosphate dipotassique, des résidus phosphores industriels ou des boues de station de déphosphatation biologique spécialement dans lecas de déphosphatation chimique tertiaire. The precipitation reaction takes place in the presence of an excess of magnesium and an excess of phosphorus. The magnesium source used is magnesia (magnesium oxide) and the phosphorus source is decadmized phosphoric acid H3PO4. 32 kg of phosphoric acid corresponding to 7.5 kg of phosphorus are added to the waste water El, 10 kg of quicklime CaO making it possible to fix the pH of the medium at 9.2 and 19 kg of magnesium oxide. All these reagents are readily available on the market. The pH of 9.2 used reduces the amount of lime to be added to the medium, while allowing the ammonia-magnesium phosphate precipitation reaction to occur. We can choose to use a compound other than quicklime to increase the pH of the medium, such as slaked lime, potash or soda. Other sources of magnesium such as magnesium chloride and other sources of phosphorus such as potassium hydrogen phosphate or dipotassium phosphate, industrial phosphorus residues or station sludge may also be considered. biological dephosphatation especially in the case of tertiary chemical dephosphatation.
La réaction de précipitation (4) est suivie d'une étape de floculation (6) visant à favoriser la séparation du phosphate ammoniaco-magnésien précipité du milieu. Cette étape de floculation (6) est menée grâce à un floculant se présentant sous la forme d'un polymère anionique. The precipitation reaction (4) is followed by a flocculation step (6) to promote the separation of ammonia-magnesium phosphate precipitated from the medium. This flocculation step (6) is carried out using a flocculant in the form of an anionic polymer.
L'ensemble des réactifs doit avantageusement être ajouté lentement, notamment pour éviter l'apparition d'un moussage. The set of reagents must advantageously be added slowly, in particular to prevent the occurrence of foaming.
Le mélange obi:enu après la floculation peut alors aisément être séparé en un mélange solide essentiellement minéral 5z et en une eau résiduaire peu chargée Ez Cette ultime étape de séparation (5) conduit à l'obtention, pour une tonne initiale de lisier, de 620 litres d'eau résiduaire peu chargée Ex et de 230 kg à 22 % de matières sèches de solide essentiellement minéral S2. La composition de l'eau résiduaire peu chargée est donnée dans le tableau 3.
The mixture obtained after the flocculation can then be easily separated into an essentially inorganic solid mixture 5z and into a waste water with little charge. This final separation step (5) leads to obtaining, for an initial ton of manure, 620 liters of effluent water with low Ex content and from 230 kg to 22% dry matter of essentially mineral solid S2. The composition of the light waste water is given in Table 3.
<tb> <SEP> Paramètres <SEP> Quantité
<tb> Phosphates <SEP> (P295 <SEP> mgl) <SEP> 50
<tb> <SEP> (PYO4 <SEP> izg") <SEP> 22
<tb> <SEP> Azote <SEP> (N.NH4+ <SEP> ) <SEP> 0,4 <SEP> à <SEP> 0,8
<tb> <SEP> Azote <SEP> total <SEP> gaz <SEP> 1,02 <SEP>
<tb> <SEP> DCO <SEP> g/kg <SEP> 15 <SEP> à <SEP> 28
<tb> <tb><SEP> Parameters <SEP> Quantity
<tb> Phosphates <SEP> (P295 <SEP> mgl) <SEP> 50
<tb><SEP> (PYO4 <SEP> izg) <SEP> 22
<tb><SEP> Nitrogen <SEP> (N.NH4 + <SEP>) <SEP> 0.4 <SEP> to <SEP> 0.8
<tb><SEP> Nitrogen <SEP> total <SEP> gas <SEP> 1,02 <SEP>
<tb><SEP> COD <SEP> g / kg <SEP> 15 <SEP> to <SEP> 28
<Tb>
Tableau3
Le solide essentiellement minéral S2 est principalement constitué de phosphate ammoniaco-magnésien. Sa teneur en azote ammoniacal, en azote total et en phosphate est donnée dans le tableau 4
Table 3
The essentially inorganic solid S2 consists mainly of ammonium-magnesium phosphate. Its content of ammonia nitrogen, total nitrogen and phosphate is given in Table 4
<tb> <SEP> Paramètres <SEP> Quantité
<tb> Azote <SEP> (N.NH4 <SEP> + <SEP> g/kg) <SEP> 10,1
<tb> Azote <SEP> total <SEP> (N <SEP> akg) <SEP> 12,3
<tb> Phosphore <SEP> P94 <SEP> g/kg <SEP> 22,9
<tb>
Tableau 4
Ainsi l'eau résiduaire peu chargée E2 contient une teneur en azote ammoniacal et en phosphates inférieure de près de 90% à la teneur initiale du lisier de départ.<tb><SEP> Parameters <SEP> Quantity
<tb> Nitrogen <SEP> (N.NH4 <SEP> + <SEP> g / kg) <SEP> 10.1
<tb> Nitrogen <SEP> total <SEP> (N <SEP> akg) <SEP> 12.3
<tb> Phosphorus <SEP> P94 <SEP> g / kg <SEP> 22.9
<Tb>
Table 4
Thus the waste water E2 low content contains ammonia nitrogen and phosphates less than 90% to the initial content of the slurry.
Cette eau résiduaire peut être facilement réutilisée sur les exploitations et, dans le cadre du procédé, peut servir à effectuer les dilutions des polymères floculants. Le solide S2 constitue quant à lui un produit de valorisation pouvant par exemple servir d'engrais. Ce solide peut être collecté et par exemple exploité hors zone excédentaire, ou être transformé de façon à se présenter sous forme de granulés et se conserver longtemps puisqu'il ne contient que peu de matière organique, ce qui augmente encore son champ d'application.This waste water can be easily reused on farms and, as part of the process, can be used to carry out the dilutions of the flocculating polymers. The S2 solid is a recovery product that can for example be used as fertilizer. This solid can be collected and for example exploited outside the surplus zone, or be transformed to be in the form of granules and keep for a long time since it contains only little organic matter, which further increases its field of application.
Exemple 2
Bien que pouvant être réutilisée dans le cadre d'une exploitation agricole, l'eau résiduaire E2 est encore trop chargée pour pouvoir être rejetée dans le milieu naturel. Dans le cadre d'unités centralisées fixes auxquelles un grand nombre d'éleveurs apportent régulièrement leur production de lisier, cette eau résiduaire ne peut trouver d'utilisation directe et doit donc être épurée. En référence à la figure 2, le procédé selon l'invention inclut, à l'image du procédé décrit dans l'exemple 1, une étape de réception du lisier (1), suivi d'une étape de floculation et de séparation (2), permettant d'obtenir un solide essentiellement organique S et un liquide résiduaire El, puis une étape de précipitation (4) couplée à une floculation et à une séparation permettant d'obtenir une eau résiduaire peu chargée
Ex et un solide essentiellement minéral S2. Example 2
Although it can be reused on a farm, wastewater E2 is still too much to be discharged into the natural environment. In the case of fixed centralized units to which a large number of farmers regularly contribute their slurry production, this wastewater can not be used directly and must therefore be purified. With reference to FIG. 2, the method according to the invention includes, in the same way as the process described in example 1, a stage for receiving slurry (1), followed by a flocculation and separation step (2). ), to obtain an essentially organic solid S and a waste liquid El, then a precipitation step (4) coupled to a flocculation and separation to obtain a waste water
Ex and an essentially mineral solid S2.
L'eau résiduaire peu chargée Ex subit ensuite un traitement biologique visant à perfectionner l'épuration en la débarrassant de charges oxydables résiduelles (DCO), de fayote et du phosphore qu'elle contient encore. Cette étape de boues (7) activées est effectuée en dérivant l'eau résiduaire Envers un bassin d'aération au niveau duquel elle subit des étapes alternées nitrifiantes et dénitrifiantes. A l'issue de ce traitement, on obtient un solide S3 et une eau résiduaire E3 qui possède une DCO 40 fois plus faible que celle de l'eau résiduaire Ex et qui peut ensuite subir un étape de lagunage (8), consistant à faire séjourner cette eau résiduaire dans un zone appropriée pendant une période de temps suffisamment longue pour permettre l'élimination naturelle de la plus grande partie de l'azote et du phosphore restant encore dans l'effluent. L'effluent obtenu E4 à la suite de cette étape de lagunage présente un taux d'azote extrêmement faible de l'ordre de 0,02 kg/m3, un taux de phosphore de l'ordre de 0,002 kg/m3 et une DCO d'environ 0,12 kg/m3. I1 peut être rejeté dans le milieu naturel. The effluent wastewater Ex is then subjected to a biological treatment to improve the purification by removing residual oxidizable charges (COD), fayote and phosphorus it still contains. This activated sludge stage (7) is carried out by diverting the waste water towards a ventilation tank at which it undergoes alternating nitrifying and denitrifying stages. At the end of this treatment, a solid S3 and a waste water E3 are obtained which has a COD 40 times lower than that of the effluent water Ex and which can then undergo a lagooning stage (8), consisting of this wastewater should be kept in a suitable area for a period of time long enough to allow the natural removal of most of the remaining nitrogen and phosphorus in the effluent. The effluent obtained E4 following this lagooning step has an extremely low nitrogen content of the order of 0.02 kg / m3, a phosphorus level of the order of 0.002 kg / m3 and a COD of about 0.12 kg / m3. It can be rejected in the natural environment.
Les exemples ici décrits ne sauraient en aucun cas être considérés comme limitatifs de l'invention. n pourra être envisagé d'y apporter de multiples modifications sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, d'autres floculant ainsi que d'autres réactifs magnésiens ou phosphoriques ou d'autres composés pour alcaliniser le milieu pourront être utilisés. The examples described here can not in any case be considered as limiting the invention. It can be envisaged to make multiple modifications without departing from the scope of the invention. In particular, other flocculants as well as other magnesium or phosphoric reagents or other compounds for alkalinizing the medium may be used.
On notera que l'invention présente l'avantage de diminuer les germes contenus dans les rejets de traitement, notamment l'eau résiduaire E2, du fait que celle-ci présente un pH de l'ordre de ou supérieur à 9, qui n'est pas favorable au développement de la flore. It should be noted that the invention has the advantage of reducing the germs contained in the treatment discharges, in particular the waste water E2, because this has a pH of the order of or greater than 9, which does not is not conducive to the development of flora.
On a également constaté que le procédé réduit les odeurs, notamment du fait de l'extraction en tête des matières fermentescibles, du fait du piégeage de l'ammoniac dans l'étape de précipitation des phosphates ammoniaco-magnésien, et du fait que le pH est maintenu aux alentours de 9,2 ce qui diminue le strippage et l'évaporation de l'ammoniac (le pK de NH3 et NH4+ est de l'ordre de 9,2). It has also been found that the process reduces odors, in particular due to the extraction at the top of the fermentable materials, because of the trapping of ammonia in the ammonia-magnesium phosphate precipitation step, and the fact that the pH is maintained around 9.2, which reduces the stripping and evaporation of ammonia (the pK of NH3 and NH4 + is of the order of 9.2).
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FR9201258A FR2686814B1 (en) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | PROCESS FOR THE TREATMENT AND RECOVERY OF ANIMAL DEJECTIONS OBTAINED IN INDUSTRIAL BREEDING ABOVE GROUND, SUCH AS SLURRY. |
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