FR2942220A1 - Procede et dispositif d'epuration d'effluents liquides - Google Patents

Abstract

Il s'agit d'un procédé et d'un dispositif d'épuration d'effluents liquides chargés de substances organiques et/ou minérales, dissoutes ou non, alimentées en continu à un débit Df. Après une opération préalable de flottation des effluents s'il y a lieu, on réalise au moins un cycle de traitement, le cycle de traitement comprenant une première étape dans laquelle on effectue une oxydation radicalaire des effluents par circulation dans un premier compartiment en générant une très forte turbulence, puis une deuxième étape dans laquelle on agglomère par coagulation/floculation les éléments non dissous contenus dans les effluents avant circulation de ces derniers dans un deuxième compartiment à surface libre, avec raclage des boues obtenues en partie supérieure, en bullant et en conservant une faible turbulence dans ledit deuxième compartiment.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF D'EPURATION D'EFFLUENTS LIQUIDES

La présente invention concerne un procédé d'épuration d'effluents liquides chargés de substances organiques et/ou minérales, dissoutes ou non. Elle permet de les amener en dessous d'une DCO et/ou d'un rapport DCO/DB05 déterminé, mais aussi de descendre le taux de COT (carbone total) et de MES (Matière en suspension) à des valeurs inférieures à un seuil déterminé. L'invention concerne également un dispositif d'épuration de tels effluents.

Elle trouve une application particulièrement importante bien que non exclusive dans le domaine de l'épuration des effluents pétroliers ou des effluents issus de procédés de fabrication de produits issus de l'agriculture en particulier des effluents à très forte DCO initiale [(> 30.000 mg 02/1, au mg/l par abus d'écriture comme utilisé par la suite)] dont les chaînes carbonées sont longues, c'est-à-dire difficiles à dégrader. Elle permet également et par exemple de réaliser un traitement des pollutions diffuses comprenant des molécules complexes telles que celles des pesticides complexes. La DCO ou Demande Chimique en Oxygène, est la consommation en oxygène par les oxydants chimiques forts, nécessaire à l'oxydation des substances organiques (et minérales) de l'eau. Elle permet d'évaluer la charge polluante des eaux usées et mesure la totalité des substances oxydables, ce qui inclut celles qui sont biodégradables.

La quantité de matières biodégradables par oxydation biochimique (oxydation par des bactéries aérobies qui tirent leur énergie de réaction d'oxydoréduction) contenues dans l'eau à analyser est, quant à elle, définie par le paramètre DBO (Demande Biologique en Oxygène). On sait que les effluents liquides, souvent qualifiés d'eaux usées et qui en constituent le principal exemple, sont de nature à contaminer les 10 milieux dans lesquels ils sont rejetés. Or une trop forte DCO et/ou une trop faible DBO des effluents sont nocives. En effet, les matières non biodégradables qu'elles contiennent sont amenées à être lentement oxydées par 15 le dioxygène dissous dans l'eau ou par celui de l'air en surface de l'effluent. L'oxygène gazeux dissous étant indispensable à la vie, une demande trop importante dans une eau de rivière, ou à la surface d'un plan d'eau, va être 20 nuisible à la vie animale et végétale, d'où la nécessité du traitement. On connaît déjà de nombreux procédés de traitement des eaux usées et/ou d'autres effluents issus de procédés chimiques en vue de leur rejet dans 25 l'environnement. Ces traitements peuvent être réalisés de manière collective dans une station d'épuration ou de manière individuelle. Ainsi, il existe des stations d'épuration 30 permettant d'obtenir des DCO et/ou DBO acceptables autorisant le rejet dans l'environnement, notamment par traitement oxydant.

De telles installations présentent cependant des inconvénients. Elles nécessitent en effet des sites de dimensions importantes qui doivent en général être situés à distance des zones habitées, compte tenu d'émissions d'odeurs ou d'aérosols gênants, voire toxiques. Elles ont de plus des coûts de fonctionnement importants et une efficacité limitée, de moins en moins acceptable compte tenu de l'accroissement des exigences réglementaires en matière de rejet. En particulier, des taux inférieurs à 1.000 mg/1 de DCO, voire nettement inférieurs à cette valeur, sont aujourd'hui demandés, ce qui se révèle impossible à obtenir dans le cas de certains effluents, par exemple, issus d'usines de production des huiles ou pour des effluents d'origine pétrolière en milieu salin. Par ailleurs dans le cas d'effluents particuliers nouvellement apparus, les procédés classiques se 20 révèlent inefficaces. Il est donc aujourd'hui fréquent de ne pas pouvoir atteindre les taux exigés pour la remise dans l'environnement, ce qui entraîne des solutions exorbitantes en coût, comme par exemple 25 l'incinération. On conçoit en particulier quelorsque ces effluents sont générés en milieu hostile et éloigné, comme c'est le cas sur une plateforme de forage en mer, des coûts de transport importantS sont par 30 ailleurs à mettre en œuvre. S'il existe depuis peu une solution efficace (FR 2.914.919) pour répondre à ce besoin longtemps non comblé, elle peut encore être améliorée.

La présente invention vise à fournir un tel procédé, et un dispositif de traitement des effluents correspondant, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle permet un traitement compact, économique et efficace reposant sur une combinaison de traitements successifs uniques ou multiples, comportant une ou plusieurs étapes clairement différenciées d'une part d'agression mécanique et d'oxydation radicalaire encore appelée hyperoxydation et d'autre part de flottation avec écrémage. Dans ce but, l'invention propose essentiellement un procédé d'épuration d'effluents liquides chargés de substances organiques et/ou minérales, dissoutes ou non, alimentées en continu à un débit Df, caractérisé en ce que, après une opération préalable de flottation des effluents s'il y a lieu, on réalise au moins un cycle de traitement, ledit cycle de traitement comprenant une première étape dans laquelle on effectue une oxydation radicalaire des effluents par circulation dans un premier compartiment en générant une très forte turbulence, puis une deuxième étape dans laquelle on agglomère par coagulation/floculation les éléments non dissous contenus dans les effluents avant circulation de ces derniers dans un deuxième compartiment à surface libre, avec raclage des boues obtenues en partie supérieure, en bullant et en conservant une faible turbulence dans ledit compartiment.

Un tel procédé permet l'obtention d'une DCO en dessous de valeurs seuils déterminées et s'il y a lieu, de descendre le rapport DCO/DBO5 et/ou le taux de MES en dessous respectivement d'un deuxième et d'un troisième seuil déterminé. Il permet de plus de rechercher un rapport DBO/DCO au dessus d'une valeur particulière, ce qui est intéressant pour faciliter ensuite la décontamination biologique. Par très forte turbulence il faut entendre un brassage par pompe de recirculation dans le compartiment concerné tel que le débit de la pompe et supérieur à cinq fois le débit Df d'alimentation en continu, et avantageusement supérieur à dix fois, voir jusqu'à cinquante fois, voir plus dudit débit Df. Autrement dit le régime hydraulique vertical dans l'enceinte est en régime fortement turbulent (Re 3000 m2 s-1) entraînant, en combinaison avec l'hyperoxydation, un éclatement et un cassage des molécules longues polluantes. Par faible turbulence, il faut entendre le maintien du régime hydraulique dans le compartiment proche du régime laminaire (Re < 2000 m2 s-l), par exemple par un léger brassage obtenu par recirculation des effluents à un débit proche ou inférieur à celui de l'alimentation en continu, i.e. à un débit q Df. Avec un tel procédé, on met ainsi et notamment en oeuvre des écoulements verticaux organisés au détriment d'écoulements horizontaux, qui sont pratiquement bannis, de sorte qu'on maximise les rencontres entre les éléments interagissants. L'eau à épurer est ici elle-même utilisée comme réactif grâce au pompage et à la recirculation du produit lui-même épuré et porteur d'une fonction oxydante.

Dans des modes de réalisation avantageux, on a de plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes . - on génère une forte turbulence dans le premier compartiment par brassage en faisant circuler les effluents entre le haut et le bas dudit compartiment à un débit Q > 5 Df ; - le débit de recirculation est tel que Q > 25 Df , avantageusement Q > 40 Df ou > 50 Df; - on effectue l'oxydation radicalaire par circulation des effluents captés en partie basse du premier compartiment et réintroduction en partie haute dudit compartiment au travers d'un circuit d'électrolyse ; - l'oxydation radicalaire s'effectue par électrolyse sur des électrodes revêtues d'une couche comportant du diamant et du bore; - l'oxydation radicalaire s'effectue par électrolyse sur des électrodes revêtues d'une couche comportant des atomes de carbone et d'azote ; - on conserve une faible turbulence dans le deuxième compartiment en faisant circuler les effluents en partie basse dudit compartiment à un débit q < Df par le biais de moyens externes de cavitation pour générer un bullage vertical ; - on dégaze les effluents en sortie du circuit d'électrolyse et on utilise les gaz obtenus pour alimenter les moyens externe de cavitation du bullage vertical ; - le procédé comporte au moins deux cycles de traitement ; on fait circuler les effluents en série au travers de n cycles de traitement, le nombre n > 2 étant agencé pour obtenir petit à petit une séparation de phase solide/liquide en surface des compartiments à surface libre de façon à amener les effluents en sortie de traitement à un DCO déterminé ; - chaque cycle de traitement comporte de plus une étape intermédiaire entre les première et deuxième étapes, dans la quelle on effectue une opération de post oxydation avec catalyseur dans un troisième compartiment intermédiaire en laissant le flux et les bulles produits par électrolyse monter vers le haut. Avantageusement on génère de plus une turbulence moyenne dans ledit troisième compartiment; on injecte le débit Df dans le troisième compartiment en partie basse dudit compartiment à partir d'une dérivation du circuit d'électrolyse, par exemple en faisant circuler les effluents en partie basse dudit compartiment à moyen débit (Df < d < 3 Df). En d'autres termes, on réalise l'opération de post oxydation en soutirant le débit Df à la sortie du circuit d'électrolyse ; - on réalise l'opération de flottage préalable par bullage après coagulation/floculation puis recirculation des effluents en partie basse d'une enceinte à surface libre à faible turbulence munie de moyens de raclage en partie haute et de moyens de cavitation pour générer un bullage vertical pour oxydation / séparation dans ladite enceinte ; - l'oxydant radicalaire est, seul ou en combinaison, choisi parmi les oxydants H2O2, 03, 0° ou OH° ; - le procédé comporte de plus une filtration biologique.

Grâce au cassage ou découpage de la longueur des molécules obtenues avec les étapes précédentes du procédé, le rapport DCO/DBO5 est devenu très favorable et un tel traitement biologique supplémentaire permet un résultat encore plus exceptionnel. L'invention propose également un dispositif mettant en œuvre un ou plusieurs des modes de réalisation du procédé décrit ci-dessus.

Elle propose aussi un dispositif d'épuration d'effluents liquides chargés de substances organiques et/ou minérales, dissoutes ou non, alimentées en continu à un débit Df, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un premier jeu de deux compartiments verticaux successifs, à savoir un premier compartiment muni de moyens d'oxydation radicalaire des effluents et comprenant des moyens de génération dans ledit premier compartiment d'une très forte turbulence et un deuxième compartiment à surface libre d'oxydation / séparation agencé pour maintenir une faible turbulence dans ledit deuxième compartiment, ledit deuxième compartiment étant muni de moyens externes de coagulation/floculation, de moyens de raclage en partie haute, et de moyens de bullage, les compartiments communiquant entre eux en partie basse. En fait les étapes de coagulation/floculation s'effectuent à l'extérieur du deuxième compartiment grâce auxdits moyens externes. Les effluents ayant bénéficié de ces deux actions sont ensuite introduits dans le deuxième compartiment, et vont alors pouvoir être dissociés en eau d'un coté et en polluant surnageant de l'autre, par l'action du bullage dans lesdits effluents. Dans des modes de réalisation avantageux on a de plus recours à l'une et/ou l'autre des dispositions 5 suivantes . - les moyens de génération d'une très forte turbulence comprennent un premier circuit de recirculation des effluents captés en partie basse du compartiment et réintroduit en partie haute à un 10 débit Q > 5 Df ; - le débit Q > 25 Df , avantageusement Q > 40 Df, ou 50 Df; - le dispositif comporte une enceinte de flottage préalable à surface libre à faible turbulence 15 comprenant des moyens externes de coagulation/floculation et des moyens de recirculation des effluents en partie basse, ladite enceinte étant munie de moyens de raclage en partie haute et de moyens de cavitation pour générer un 20 bullage vertical pour oxydation / séparation dans ladite enceinte ; - le premier compartiment comprend des moyens d'oxydation radicalaire par électrolyse ; - les moyens d'oxydation radicalaire par 25 électrolyse comprennent des électrodes revêtues d'une couche comprenant du diamant et du bore; les moyens d'oxydation radicalaire par électrolyse comprennent des électrodes revêtues d'une couche comprenant des atomes de carbone et d'azote ; 30 - les moyens d'oxydation radicalaire sont situés sur le premier circuit de re-circulation des effluents ; - le deuxième compartiment comprend un deuxième circuit de re-circulation des effluents en partie basse comportant des moyens de cavitation pour générer un bullage vertical dans ledit compartiment ; - le deuxième circuit de re-circulation est à faible débit, compris entre 1/20 Df (un vingtième de Df) et 1/2 Df (un demi Df) ; - le dispositif comporte au moins un deuxième jeu de compartiments en série avec le premier ; - le dispositif comporte n jeux de compartiments dans lesquels on fait circuler les effluents en série, le nombre n > 2 étant agencé pour obtenir petit à petit une séparation de phase solide/liquide en surface des compartiments à surface libre de façon à amener les effluents en sortie de traitement à un DCO déterminé ; - chaque jeu de compartiments comporte au moins un troisième compartiment intermédiaire entre les premier et deuxième compartiment, dans lequel on effectue une opération de post oxydation avec catalyseur en brassant à turbulence moyenne ; - le dispositif comporte en partie basse dudit troisième compartiment un troisième circuit de circulation des effluents a un débit Df < d < 3 Df pour générer une moyenne turbulence dans ledit troisième compartiment ; - le troisième compartiment intermédiaire est alimenté en partie basse à partir du premier circuit de circulation lui même muni des moyens d'oxydation radicalaire ; - le bullage de cavitation est effectué avec de l'air, la dimension moyenne du diamètre équivalent des bulles étant comprise entre 0,2 mm et 1 mm ; - les compartiments ont une hauteur utile comprise entre 3 m et 5 m ; L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation donnés ci-après à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels : La figure 1 est un schéma de fonctionnement d'un premier mode de réalisation d'un dispositif selon 10 l'invention. La figure 2 est un schéma de fonctionnement d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. La figure 3 est un schéma de fonctionnement d'un 15 troisième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. La figure 4 est une vue schématique illustrant une succession de cycles de traitement selon la figure 3. La figure 5 est un graphe montrant la décroissance 20 de la DCO selon un succession de cycles du type correspondant à la figure 4. La figure 6 est un diagramme montrant les étapes mises en oeuvre dans un mode de réalisation d'un procédé selon l'invention. 25 La figure 1 montre un dispositif 1 d'épuration d'effluents introduit en continu en 2 à un débit Df, par exemple de lm3/h. Les effluents sont chargés en substances organiques et/ou minérales, dissoutes ou non, par 30 exemple avec une DCO de 30.000 mg d'oxygène O2/1. Le dispositif 1 est par exemple formé par une cuve 3 parallélépipédique en acier de 3 m de haut, pour un volume total de l'ordre de 2 m3 comprenant quatre compartiments verticaux successifs 4, 5, 6 et 7 parallélépipédiques de dimensions calculées en fonction des conditions de temps de séjour et de recirculation de façon à la portée de l'homme du métier. Plus précisément et dans l'exemple plus particulièrement décrit ici, le dispositif comprend un compartiment préalable ou une enceinte de flottage 4 de l'ordre de 0,3 m3, un premier compartiment 5 d'oxydation radicalaire de plus grand volume, par exemple de 1 m3, un deuxième compartiment 7 d'oxydation séparation de valeur plus faible, i.e. 0,3 m3 et un troisième compartiment 6 intermédiaire entre le premier et le deuxième compartiment, dans lequel on effectue une opération de post oxydation sensiblement de même dimension soit 0,3 m3. L'enceinte de flottage 4 est à surface libre 8 et comprend des moyens de raclage 9 permettant d'évacuer les matériaux solides flottants, par exemple dans une cuve de récupération (non représentée). D'autres modes de réalisation du dispositif sont bien entendu possibles, par exemple un dispositif formé par une cuve ouverte cylindrique dont les compartiments et l'enceinte préalable forment des quartiers disposés radialement, un compartiment de récupération des boues étant alors prévu dans ledit cylindre, après le deuxième compartiment, les moyens de raclage étant circulaires et tournant en continu. L'enceinte de flottage 4 est alimentée en 10 via une pompe d'entrée 11 en partie haute de l'enceinte. Les effluents sont préalablement traités en ligne via des bacs mélangeurs 12 et 13 en coagulant et floculant.

Pour ce faire, des moyens 14 d'alimentation en réactifs sont prévus. Ils comprennent par exemple un premier bac 15 d'alimentation en continu, par pompe doseuse 16 et électrovanne 17, d'un réactif de coagulation connu en lui-même et un deuxième bac 18 d'alimentation en continu par pompe doseuse 19 et électrovanne 20 d'un réactif de floculation également de type connu adaptés l'un et l'autre en fonction de l'effluent à traiter de manière à la portée de l'homme du métier. L'enceinte de flottage comprend de plus des moyens 21 de recirculation des effluents en partie basse 22 à petit débit, par exemple sensiblement égal au débit Df.

Ces moyens 21 de recirculation comprennent une pompe 23 par exemple de 0,1m3/h et des moyens 24 de cavitation pour générer un bullage vertical 25 dans le compartiment de flottage par l'intermédiaire d'une tuyauterie 26 coudée permettant une oxydation optimum, et débouchant donc en partie basse de l'enceinte 4. Le premier compartiment 5 d'oxydation radiculaire appelée également par la suite hyper-oxydation, est relié à l'enceinte 4 de flottage préalable en partie basse 27, par l'intermédiaire d'un passage par exemple de diamètre correspondant au débit Df, qui est soit formé par un orifice 28 pratiqué dans la paroi 29 de séparation entre premier compartiment et enceinte de flottage, soit dans le cas où l'enceinte de flottage est à distance de ce compartiment, via une tuyauterie autorisant un débit Df. Le premier compartiment 5 comprend des moyens externes 30 d'oxydation radiculaire comprenant une pompe 31 de circulation à gros débit par exemple 30 m3/h et des moyens d'oxydation par électrolyse 32 comportant plusieurs électrodes 33 par exemple au diamant, par exemple trois jeux de cinq électrodes consommables, disposées en parallèle et en ligne avec une tuyauterie d'alimentation 34 débouchant en partie haute 35 du premier compartiment 5. Dans le mode de réalisation décrit dans la figure 1 ce premier compartiment est également à surface libre 8, mais fermé en partie haute par un couvercle 36. Les moyens 30 d'oxydation radicalaire par électrolyse sont agencés pour faire recirculer dans le premier compartiment un débit de l'ordre de 29 m3/h. (On observe alors un temps de séjour moyen d'une heure dans le compartiment de 1 m3, alimenté par ailleurs via l'orifice 28 à ce débit de lm3/h). Le circuit 30 permet par ailleurs de dériver vers le troisième compartiment intermédiaire 6 un débit Df pour traitement post oxydation. Des vannes de régulation 37 disposées en parallèle sur le circuit 38 en aval des électrodes 33 permettent de régler les débits entre premier compartiment 5 et troisième compartiment 6 intermédiaire. Le débit Df est injecté en partie basse du compartiment ici encore et par exemple par une tuyauterie 39 avec un coude. Au niveau de cette injection est également réalisée une introduction en 40 d'un catalyseur, par exemple des ions ferreux Fe2+, ou cuivreux Cu-, ou plus généralement des métaux près à perdre un électron, tel que du sodium, qui permettent donc un traitement aussi efficace que possible de post oxydation. Enfin, le dispositif 1 comprend le deuxième compartiment 7 à surface libre 41 d'oxydation/séparation, agencé pour maintenir une faible turbulence dans ledit compartiment par le biais d'une petite pompe 42 de recirculation assujettie à des moyens d'oxydation par bullage 43 via un dispositif de cavitation 44 connu en lui-même.

A noter que les moyens de raclage 9 de l'enceinte au préalable peuvent par exemple également être utilisés pour racler les surfaces libres de l'ensemble des compartiments et en particulier et plus spécifiquement des deuxième et troisième compartiments 7 et 6, qui permettent la séparation par flottation des produits solidifiés en surface. Le troisième compartiment intermédiaire et le deuxième compartiment sont reliés entre eux en partie basse par l'intermédiaire de moyens 45 de coagulation/floculation comprenant une pompe 46 de débit Df et deux blocs mélangeurs de réactifs 47 et 48 connus en eux-mêmes et situés en ligne sur le circuit. Enfin, le débit Df est évacué en partie haute 49 25 par exemple par débordement, pour un éventuel traitement ultérieur. La figure 2 montre un autre mode de réalisation d'un dispositif 50 selon l'invention. Dans la suite de la description on utilisera les 30 mêmes numéros de référence pour désigner des éléments identiques ou similaires. Le dispositif 50 comporte une enceinte de flottage 4 préliminaire muni de moyens de coagulation/floculation tels que décrits en référence à la figure 1 alimenté au débit Df, par exemple de 5 m3/h. Il comporte un premier compartiment d'hyper- oxydation muni de moyens 51 de brassage à très forte turbulence comprenant une pompe 52 à fort débit et de moyens 53 d'oxydation par électrolyse par exemple avec des électrodes au diamant comme décrit ci-avant. Les effluents sont entrant par exemple à 50 m3/h en partie basse 54 du premier compartiment 5 et les rejettent en partie haute 56. Le premier compartiment 5, qui est ici fermé en 57, et ce bien qu'il présente une surface libre 58, par un couvercle étanche éventuellement amovible, comporte une chambre verticale 59 latérale de petit volume parallélépipédique d'aspiration en partie haute 60 par une pompe 61 de débit Df alimentant des moyens de coagulation/floculation 62, connus en eux-mêmes, avant rejet en partie basse 63 d'un deuxième compartiment 7 du type décrit en référence à la figure 1. Ce deuxième compartiment qui comporte de plus des moyens de bullage par cavitation 43, est relié en partie basse 64 à un compartiment supplémentaire 5A identique au premier compartiment 5 décrit ici avant. Le traitement d'hyper oxydation supplémentaire à très forte turbulence grâce au circuit externe 51, permet encore d'affiner la descente en DCO, les effluents étant ensuite évacués en 65 au débit Df.

On a représenté en figure 3 un autre mode de réalisation d'in dispositif 70 selon l'invention.

Ce dispositif 70 comprend une enceinte préalable 4 munie de moyens de floculation/coagulation tels que décrit ci-avant. Il comprend par ailleurs un premier compartiment 5 identique au compartiment décrit en référence à la figure 1, à surface libre comportant de plus une pompe immergée 71 d'augmentation du débit, et un pot de dégazage 72 en aval de la dérivation 73 du circuit d'effluents après le circuit 32 d'oxydation par électrolyse, dégazage par ailleurs et par exemple utilisé (trait interrompu 74) pour le bullage/cavitation (44) au niveau du deuxième compartiment 7 tel que décrit en référence à la figure 1.

Un compartiment intermédiaire 6 est quant à lui avantageusement alimenté en catalyseur en 40 du type Fe2+ comme décrit ci-avant. On a représenté sur la figure 4 un dispositif 80 selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux comprenant en l'espèce plus de deux cycles, à savoir quatre cycles de traitement identiques de type de ceux décrits en référence à la figure 3. Après une enceinte de flottage 4 alimentée par des effluents au débit Df après coagulation/floculation 14, on alimente en partie basse un premier compartiment 5 lui-même hyperoxydé à très forte turbulence. Après un temps de traitement de l'ordre d'une heure dans le compartiment 5 on dérive un débit après le circuit d'oxydation électrolyse 32 égal au débit Df, pour alimenter en partie basse le troisième compartiment intermédiaire 6, qui lui-même va alimenter via le circuit de floculation/coagulation 45, en partie basse, le deuxième compartiment 7 à surface libre muni de moyens de raclage, et de bullage 43 générant une faible turbulence.

Les effluents sont ensuite évacués par exemple par trop plein vers un deuxième cycle identique 5', 6', 7', lui-même alimentant de façon similaire un troisième cycle 5", 6", 7" raccordé à son tour en série avec un quatrième cycle 5"', 6" ' , 7" ' avant évacuation pour traitement complémentaire par exemple pour traitement biologique (non représenté). On a montré sur la figure 5 l'évolution graphique (courbe 81) de la teneur en DCO d'effluents prétraités en fonction de l'ajout de cycles successifs du type de ceux décrits en référence à la figure 4, où l'on voit donc que ladite courbe 81 décroit régulièrement. On voit ainsi que en multipliant le nombre de cycles on peut arriver à une descente en DCO jamais égalée, grâce au procédé de la présente invention. Selon l'une des particularités du procédé, l'effluent est, comme on l'a vu, lui-même utilisé pour effectuer le travail physique et chimique souhaité.

C'est ainsi l'énergie cinétique engendrée sur un volume de celui-ci qui permet la production de bulles, mais c'est aussi cette énergie qui permet de casser les émulsions du produit lui-même. Enfin, c'est la capacité du produit à conduire lui-même l'électricité, qui permet d'introduire des réactifs oxydants produits sur la molécule d'eau contenue dans l'effluent comme c'est le cas dans une oxydation par électrolyse.

Une grande économie de matière et d'énergie est ainsi réalisée, ce qui est un des gros avantages de la présente invention. On va maintenant décrire un mode de réalisation 5 et de mise en œuvre du procédé selon l'invention en référence à la figure 6. Après une première étape 82 de séparation des matières en suspension et des colloïdes avec recirculation en 83 à faible débit à l'intérieur de 10 l'enceinte préalable, on réalise en 84 une hyperoxydation ou oxydation radicalaire en circulation à très fort débit avec recirculation 85 sur des électrodes au diamant. L'étape préalable 82 aura permis, par 15 l'intermédiaire du traitement physicochimique avec flottation et micro-bullage, de diminuer la DCO de façon significative sur les éléments les plus facilement accessibles par un procédé classique. L'étape 84 procède comme on vient de le dire, à 20 une oxydation radicalaire qui va être ensuite reprise éventuellement plusieurs fois en fonction du nombre de cycles. Cette phase d'hyper-oxydation se révèle celle qui va véritablement permettre, surtout si elle est 25 répétée, de détruire les molécules complexes. Elle permet de casser le talon de DCO et de le descendre sous 120mg/1 de DCO. Elle augmente de plus le rapport DCO sur DBO 5 (le DBO 5 est la demande biologique en oxygène sur 5 jours) et montre ainsi 30 une grande biodégradabilité du substrat pour un découpage des chaînes moléculaires permettant d'obtenir in fine la plus petite structure organique possible c'est à dire du CO2.

Il est ainsi possible avec l'invention de descendre le rapport DCO/DBO 5 en dessous de 2 et avantageusement sensiblement en dessous de 1,5, par exemple à 1,2.

Dans le mode de réalisation plus particulièrement décrit l'hyper-oxydation est réalisée à partir d'ions OH0, obtenues par électrolyse. Ces derniers sont ici produits à la surface d'électrodes plates empilées en parallèle insérées dans un module sur une épaisseur de quelques dizaines de millimètres. Un transfert de masse est provoqué au contact des électrodes et la présence d'un écoulement le plus turbulent possible à la traversée de celle-ci provoque un entraînement de microbulles. Du fait de cette électrolyse par exemple réalisée à un débit qui peut être de l'ordre de 10, 15 voire 50 m3/h pour rendre le fluide efficace et le charger suffisamment en oxydant OH0 celui devient donc hyper-oxydant. On observe alors que les relations chimiques deviennent fugaces et violentes, le radical hydroxyde arrachant un proton et un électron H+ à la première structure organique qu'il rencontre et ce afin de reformer une molécule d'eau stable. On comprend alors que ce phénomène s'accompagne d'un découpage de la structure carbonée produisant une structure radicalaire à la recherche d'un hydrogène à prélever.

Il y a ainsi une chaîne de réaction d'oxydation de la matière organique qui peut être exploitée. L'électrolyse produit en outre une très grande concentration de micro bulles qui vont se révéler fonctionner comme des structures tensio-actives de la molécule organique. Au passage d'une microbulle on constate alors que la molécule s'accroche par son pole hydrophobe et 5 remonte vers la surface. Plus le bullage est dense plus on constate que l'extraction est bonne et le processus d'écumage performant. Par exemple un effluent sur lequel le procédé 10 suivant l'invention peut être appliqué est décrit ci-après à partir de ce que l'on appelle des eaux blanches . Il s'agit d'un effluent d'aspect laiteux, de pH proche de la neutralité (pH = 6,8), produit par la 15 centrifugation, puis d'une flottation ayant permis le déshuilage. Il est alors à une température de l'ordre de 60°C. Plus précisément les produits traités sont les matières organiques issues du traitement des graines 20 oléagineuses après soustraction des matières lipidiques. Ces résidus sont issus du raffinage des graines puis d'une phase de centrifugation utilisée pour soustraire le complément huileux. 25 L'effluent à traiter est ainsi constitué : ^ de protéines, 2 à 3% de la matière sèche. ^ de résidus huileux non récupérés par centrifugation dont des cires (acides gras à 30 carbones), 20 à 30% de la matière sèche. 30 ^ et de glucides (amidons majoritairement), le reste de la matière sèche.

En d'autres termes, l'effluent est majoritairement constitué de structures carbonées à longues chaînes ou d'assemblages de ces structures moléculaires. Il est sous forme émulsionnée d'une DCO de référence se situant entre 15.000 et 30.000 mg /1. Un tel effluent après traitement avec un cycle de deux voire trois flottations hyper-oxydation telle que décrit ci-dessus a un débit initial de 5 m3/h pour un volume total d'enceinte de l'ordre de 26 m3 permet de descendre à une DCO très inférieure à 500 mg/l voire 100 mg/l. En référence à la figure 6 l'étape suivante est une étape intermédiaire 86 de flottation naturelle avec bulles par l'intermédiaire d'un circuit de cavitation, avant coagulation en 87, floculation en 88 puis évacuation en 89 dans un compartiment à surface libre du type deuxième compartiment 7 décrit ci-avant, en recirculant à faible débit en 90 avec bullage par cavitation pour bien permettre une flottation. Le débit Df est par ailleurs soutiré en partie haute en continu en 91, avec raclage des mousses solides obtenues. Dans les modes de réalisation on a de plus la 25 possibilité ou non en 92 de renouveler les étapes précédentes 34 à 91 n fois (ligne 93). Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, la présente invention ne se limite pas aux modes de réalisation plus 30 particulièrement décrits. Elle en a embrasse au contraire toutes les variantes et notamment celles où les moyens de récupération des gaz sont prévus

Claims (31)

1. REVENDICATIONS1. Procédé d'épuration d'effluents liquides chargés de substances organiques et/ou minérales, dissoutes ou non, alimentées en continu à un débit Df, caractérisé en ce que, après une opération préalable de flottation des effluents s'il y a lieu, on réalise au moins un cycle de traitement, ledit cycle de traitement comprenant une première étape dans laquelle on effectue une oxydation radicalaire des effluents par circulation dans un premier compartiment en générant une très forte turbulence, puis une deuxième étape dans laquelle on agglomère par coagulation/floculation les éléments non dissous contenus dans les effluents avant circulation de ces derniers dans un deuxième compartiment à surface libre, avec raclage des boues obtenues en partie supérieure, en bullant et en conservant une faible turbulence dans ledit compartiment.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on génère une forte turbulence dans le premier compartiment par brassage en faisant circuler les effluents entre le haut et le bas dudit compartiment à un débit Q > 5 Df.
3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que Q > 25 Df.
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que on effectue l'oxydation radicalaire par circulation des effluents captés en partie basse du premier compartiment et réintroduction en partie haute dudit compartiment au travers d'un circuit d'électrolyse.
5. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'oxydation radicalaire s'effectue par électrolyse sur des électrodes revêtues d'une couche comprenant du diamant et du bore.
6. 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'oxydation radicalaire s'effectue par électrolyse sur des électrodes revêtues d'une couche comprenant des atomes de carbone et d'azote.
7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que on conserve une faible turbulence dans le deuxième compartiment en faisant circuler les effluents en partie basse dudit compartiment à un débit q < Df par le biais de moyens externes de cavitation pour générer un bullage vertical.
8. 8. Procédé selon la revendication 7 dépendante de l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que on dégaze les effluents en sortie du circuit d'électrolyse et on utilise les gaz obtenus pour alimenter les moyens externe de cavitation du bullage vertical.
9. 9. Procédé selon l'une quelconque des 25 revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux cycles de traitement.
10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que on fait circuler les effluents en série au travers de n 30 cycles de traitement, le nombre n > 2 étant agencé pour obtenir petit à petit une séparation de phase solide/liquide en surface des compartiments à surface libre de façon à amener les effluents en sortie detraitement à une charge polluante, une DCO et/ou un COT déterminés.
11. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque cycle de traitement comporte de plus une étape intermédiaire entre les première et deuxième étapes, dans la quelle on effectue une opération de post oxydation avec catalyseur laissant le flux et les bulles produites par électrolyse monter vers le haut, dans un troisième compartiment intermédiaire.
12. 12. Procédé selon l'une des revendications 4 et suivantes dépendantes de la revendication 4, caractérisé en ce que on injecte le débit Df dans le troisième compartiment en partie basse dudit compartiment à partir d'une dérivation du circuit d'électrolyse.
13. 13. Procédé selon l'une des revendications 11 et 12 dépendantes de l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que on réalise l'opération de post oxydation en soutirant le débit Df à la sortie du circuit d'électrolyse.
14. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que on réalise l'opération de flottage préalable par bullage après coagulation/floculation puis re-circulation des effluents en partie basse d'une enceinte à surface libre à faible turbulence munie de moyens de raclage en partie haute et de moyens de cavitation pour générer un bullage vertical pour oxydation / séparation dans ladite enceinte.
15. 15. Dispositif d'épuration d'effluents liquides chargés de substances organiques et/ou minérales, dissoutes ou non, alimentées en continu à un débitDf, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un premier jeu de deux compartiments verticaux successifs, à savoir un premier compartiment muni de moyens d'oxydation radicalaire des effluents et comprenant des moyens de génération dans ledit premier compartiment d'une très forte turbulence et un deuxième compartiment à surface libre d'oxydation / séparation agencé pour maintenir une faible turbulence dans ledit deuxième compartiment, ledit deuxième compartiment étant muni de moyens externes de coagulation/floculation, de moyens de raclage en partie haute, et de moyens de bullage, les compartiments communiquant entre eux en partie basse.
16. 16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens de génération d'une très forte turbulence comprennent un premier circuit de re-circulation des effluents captés en partie basse du compartiment et réintroduit en partie haute à un débit Q > 5 Df.
17. 17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que Q > 25 Df.
18. 18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que il comporte une enceinte de flottage préalable à surface libre à faible turbulence comprenant des moyens de coagulation/floculation et des moyens de recirculation des effluents en partie basse, ladite enceinte étant munie de moyens de raclage en partie haute et de moyens de cavitation pour générer un bullage vertical pour oxydation / séparation dans ladite enceinte.
19. 19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 18, caractérisé en ce que lepremier compartiment comprend des moyens d'oxydation radicalaire par électrolyse.
20. 20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que les moyens d'oxydation radicalaire par électrolyse comprennent des électrodes au diamant.
21. 21. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que les moyens d' oxydation radicalaire par électrolyse comprennent des Io électrodes au carbone azote.
22. 22. Dispositif selon lune quelconque des revendications 19 à 21 dépendantes de la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens d'oxydation radicalaire sont situés sur le premier 15 circuit de re-circulation des effluents.
23. 23. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 22, caractérisé en ce que le deuxième compartiment comprend un deuxième circuit de re-circulation des effluents en partie basse 20 comportant des moyens de cavitation pour générer un bullage vertical dans ledit compartiment.
24. 24. Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce que le deuxième circuit de recirculation est à faible débit, compris entre 1/20 Df 25 et 1/2 Df.
25. 25. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 24, caractérisé en ce que il comporte au moins un deuxième jeu de compartiments en série avec le premier. 30
26. 26. Dispositif selon la revendication 25, caractérisé en ce que il comporte n jeux de compartiments dans lesquels on fait circuler les effluents en série, le nombre n > 2 étant agencé pourobtenir petit à petit une séparation de phase solide/liquide en surface des compartiments à surface libre de façon à amener les effluents en sortie de traitement à un DCO déterminé.
27. 27. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 26, caractérisé en ce que chaque jeu de compartiments comporte au moins un troisième compartiment intermédiaire entre les premier et deuxième compartiment, dans lequel on effectue une opération de post oxydation avec catalyseur en brassant à turbulence moyenne.
28. 28. Dispositif selon la revendication 27, caractérisé en ce que il comporte en partie basse dudit troisième compartiment un troisième circuit de circulation des effluents à un débit Df < d < 3 Df pour générer une moyenne turbulence dans ledit troisième compartiment.
29. 29. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 28, caractérisé en ce le troisième compartiment intermédiaire est alimenté en partie basse à partir du premier circuit de circulation lui même muni des moyens d'oxydation radicalaire.
30. 30. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 29, caractérisé en ce que le bullage est effectué avec de l'air, la dimension moyenne du diamètre équivalent des bulles étant comprise entre 0,2 mm et 1 mm.
31. 31. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 30, caractérisé en ce que les compartiments ont une hauteur utile comprise entre 3 m et 5 m.