WO2024003249A1 - Systeme de traitement d'une source liquide comprenant de l'ammoniaque et methode associee - Google Patents

Systeme de traitement d'une source liquide comprenant de l'ammoniaque et methode associee Download PDF

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WO2024003249A1
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WO
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ammonia
liquid source
module
liquid
phosphorus
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PCT/EP2023/067819
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Mathieu Haddad
Safwan AL AYOUBI
Clément ROCHE
Original Assignee
Suez International
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Definitions

  • the present invention relates to a system for treating a liquid source comprising ammonia. More particularly, the system of the present invention comprises a module for extracting the ammonia in the form of gaseous ammonia from the liquid source and a module for converting the gaseous ammonia extracted into dinitrogen and dihydrogen.
  • the present invention also relates to a method of treating a liquid source comprising ammonia. More particularly, the method of the present invention comprises a step of extracting the ammonia in the liquid source in the form of gaseous ammonia and a step of converting the extracted gaseous ammonia into dinitrogen and dihydrogen.
  • the management and treatment of wastewater is necessary for the protection of the environment.
  • the objective of wastewater treatment is to eliminate pollution, in particular particulate pollution (we also speak of suspended matter) and soluble pollution (we also speak of dissolved pollution), and in particular carbon, nitrogen and phosphorus pollution.
  • a wastewater treatment plant can also recover this pollution by reusing it, for example for resource recovery or energy generation.
  • growing urbanization and population growth are putting significant pressure on the land available for wastewater treatment plants. These must be more compact and limit the discharge of pollutants even though they must deal with larger quantities of pollution to be treated.
  • Ammonia is considered a pollutant because its accumulation in water bodies can cause serious ecological problems, such as accelerated eutrophication of lakes and rivers, oxygen depletion dissolved and toxicity to fish and other aquatic animals present in the water body.
  • effluent treatment processes are based on the elimination of pollutants (anaerobic and aerobic biological processes, adsorption, chemical oxidation or combustion) or on the concentration of these pollutants (flocculation, precipitation, ultrafiltration, nanofiltration, reverse osmosis and evaporation ).
  • the traditional method of removing ammonia from municipal and industrial wastewater is based on biological treatments, i.e. nitrification and denitrification.
  • nitrification which includes an aerobic process, that is to say requiring active aeration, in which a specialized group of aerobic chemo-autotrophic bacteria transforms ammoniacal nitrogen (NH 4 + ) into nitrate (NO3').
  • Biological nitrification can be represented as follows (Overall reaction):
  • denitrification includes an anoxic process in which a specialized group of heterotrophic bacteria (mostly facultative anaerobic) couples the oxidation of organic substrates to the reduction of nitrates to N 2 O or N 2 .
  • Biological denitrification can be represented as follows (overall reaction):
  • Anaerobic digestion is used to treat wastewater and sewage sludge.
  • Systems including anaerobic digesters produce digester liquors, commonly called centrates or filtrates when separation by centrifugation or filtration (e.g. with a belt filter or filter press) is carried out.
  • the total nitrogen discharge authorization limit has a significant impact on the configuration of the wastewater treatment system (high/medium/low load/prolonged aeration).
  • the lower the limit the longer and more extensive the nitrification stage and therefore the oxygen requirements (by aeration).
  • the low total nitrogen discharge limits are difficult to achieve by biological denitrification, requiring the addition of an exogenous carbon source (carbonates, to increase alkalinity, or methanol) for post-denitrification.
  • Low carbon requirements also require the implementation of tertiary treatment, because biological treatments are not able to treat recalcitrant organic matter.
  • the sludge retention time (whose acronym “SRT” comes from the English “sludge retention time”) is one of the key parameters for the design of wastewater treatment installations because nitrifying bacteria Autotrophs grow slowly compared to heterotrophic microorganisms (as an indication, the growth rate is approximately 0.1 for autotrophic nitrifying bacteria compared to 0.3 per day for heterotrophic microorganisms) and must be maintained in the system to achieve high nitrification efficiencies (resulting in better total nitrogen removal). The lower the temperature, the longer the sludge retention time required to achieve nitrification. A strict limit on total nitrogen discharge clearance and/or low operating temperatures necessarily results in high sludge age, high hydraulic retention time and significant bulk for suspended growth systems such as activated sludge basins.
  • the liquor from the anaerobic digester (digestate) with a high ammonia content (generally between 500 and 3000 mg/L) which returns to the plant collector can represent a challenge and a significant burden for the operation of the plant, which leads to an increase in the consumption of energy and chemicals (methanol, bicarbonate).
  • methanol, bicarbonate energy and chemicals
  • These disadvantages are exacerbated when advanced anaerobic digestion processes are implemented, as they increase the ammonia content of the anaerobic digestion liquor due to increased sludge concentration and/or removal efficiencies. volatile solids.
  • the liquor from an anaerobic digestion plant represents only a minor hydraulic flow (less than 5% of the total flow) but can contain more than 20% of the nitrogen mass load to be treated.
  • Biological treatment of ammonia generally results in oxidation complete or partial (in N 2 or in NO 3 '/NO 2 ') and does not allow the recovery of a value-added product.
  • the ammonia can be recovered under the form 1) of a concentrated solution of ammonium hydroxide (ValeAz process), used as fertilizer for agricultural purposes, mining (mineral extraction), or in the treatment of fumes and sodium nitrate used in the protection of sewerage networks, 2) sulfate or phosphate salts (by acid washing), used as fertilizer for agricultural purposes, 3) anhydrous ammonia (Organics Group process), generally used for the production of H 2 by thermal cracking.
  • a concentrated solution of ammonium hydroxide ValeAz process
  • mining mining
  • sulfate or phosphate salts by acid washing
  • anhydrous ammonia Organics Group process
  • Ammonia in gas form can be used for cracking processes.
  • Ammonia cracking is the process by which ammonia is broken down into hydrogen and nitrogen over a catalyst. This step can be formulated as follows:
  • This gas mixture obtained is called “forming gas” in English. It is typically used in applications where hydrogen is needed either as an energy source or to form downstream manufacturing processes.
  • the reaction is endothermic, requiring 383 kJ/mol.
  • the process is carried out at a high temperature, between 850 and 950 °C, in the presence of nickel as a catalyst.
  • existing cracking technologies use a nickel-based catalyst, which makes them expensive both from the point of view of CAPEX, i.e. capital expenditure, as well as OPEX, that is to say the expenses inherent to the activity.
  • the recovery of phosphorus in a recoverable form can also be implemented in anaerobic digester liquors using the crystallization/precipitation of non-metallic minerals, for example in the form of struvite (mineral composed of mono-ammonium phosphate , known in English under the name “Magnesium Ammonium Phosphate” whose acronym is “MAP”), calcium phosphates, brushite, hydroxyapatite, etc.
  • struvite mineral composed of mono-ammonium phosphate , known in English under the name “Magnesium Ammonium Phosphate” whose acronym is “MAP”
  • patent application EP 2238081 discloses a phosphorus recovery process aimed at limiting the undesirable precipitation of phosphorus in the form of struvite in the digester and/or the pipes.
  • the crystallization processes are based on the solubility balance of the minerals formed, which depend on the temperature and/or the pH.
  • the more concentrated the solution from which the phosphorus is to be recovered the easier it is to convert a large portion of it into the desired valuable mineral. Therefore, the conversion efficiency that can be achieved is concentration dependent, and the rather low initial concentration of phosphate in the anaerobic digestion liquor often limits the applicability and recovery efficiency of these crystallization processes. Consequently, such a phosphorus recovery process may not be applicable to all installations due to a PO 4 content that is sometimes too low to carry out crystallization or due to too low conversion rates which are detrimental to the process. economic balance of such a solution.
  • phosphorus we mean several forms of compound comprising phosphorus, in particular the chemical forms phosphate and compounds comprising ammonia and phosphate, such as mono-ammonium phosphate (MAP), salts of ammonia and phosphate. phosphoric acid, etc.
  • MAP mono-ammonium phosphate
  • salts of ammonia and phosphate such as phosphoric acid, etc.
  • the present invention aims to overcome all or part of the problems cited above by proposing a system which uses in an optimized manner the ammonia concentration and optionally the phosphorus concentration of a liquid source.
  • the system of the present invention makes it possible in particular to directly recover the ammonia and/or phosphorus contained in a liquid source instead of eliminating them, these being previously considered mainly as pollutants.
  • the system of the present invention doubles the value of these elements by their recovery, potentially their separation, and by their reuse.
  • the subject of the invention is a system for treating a liquid source comprising ammonia, the system comprising a module for extracting the ammonia included in the source in the form of gaseous ammonia. liquid and producing a discharge liquid, and a module for converting the ammonia extracted into dinitrogen and dihydrogen, the conversion module being a reactor using a non-thermal plasma coupled or not to catalysis.
  • the system further comprises an ammonia concentration module in the liquid source which supplies a concentrated liquid source of ammonia to the extraction module.
  • the concentration module of one of the systems previously described comprises at least one filtration module by ultrafiltration, by nanofiltration, by direct osmosis, by reverse osmosis, or by electrodialysis.
  • the stripping module of one of the systems previously described is configured to operate under vacuum.
  • the liquid source comprising ammonia from one of the systems previously described is fermented urine.
  • one of the systems previously described further comprises a module for purifying and/or separating the dinitrogen and the dihydrogen extracted by the conversion module.
  • one of the systems described above further comprises a means for reinjecting the dinitrogen and the dihydrogen produced by the means of converting the extracted ammonia, or a means for reinjecting the dihydrogen purified and/or separated from the dinitrogen , towards a methanation reactor.
  • one of the systems previously described further comprises, upstream of the concentration module, an anaerobic digester supplying at least one anaerobic digestate liquor to a liquid/solid separation module and/or a dehydration module, the liquid/solid separation module and/or the dehydration module providing a liquid fraction being the liquid source comprising ammonia.
  • the system further comprises a means for reinjecting the dinitrogen and the dihydrogen produced by the means of converting the extracted ammonia, or a means for reinjecting the dihydrogen purified and/or separated from the dinitrogen, towards the anaerobic digester .
  • the liquid source further comprises phosphorus and the system further comprises a first phosphorus recovery module included in the liquid source or the concentrated liquid source, the ammonia concentration module in the liquid source being also a module for concentrating the phosphorus present in the liquid source.
  • the liquid source further comprises phosphorus and the system further comprises a second phosphorus recovery module included in the discharge liquid, the extraction module being configured to maintain a residual concentration of ammonia in the discharge liquid.
  • the extraction module is a stripping module, and the first or the second phosphorus recovery module and the stripping module are included in a single reactor.
  • the invention also relates to a method of treating a liquid source comprising ammonia, the method comprising the following steps: a step of extracting gaseous ammonia from the ammonia included in the liquid source and producing a discharge liquid, and a step of converting the gaseous ammonia extracted into dinitrogen and dihydrogen, the conversion step being carried out with a reactor using a non-thermal plasma coupled or not to catalysis.
  • the liquid source further comprises phosphorus
  • the method further comprises a step of recovering the phosphorus in the liquid source, and/or in the liquid source after a step of concentrating the phosphorus in the liquid source, and/or in the discharge liquid.
  • the method further comprises a step of reinjecting the dihydrogen and the extracted dinitrogen, or the dihydrogen alone after purification or separation of the dinitrogen, to an anaerobic digester or to a methanation reactor.
  • the method further comprises a preliminary step of concentrating the ammonia included in the liquid source before the step of extracting the gaseous ammonia from the ammonia included in the liquid source.
  • Figure 1 represents a system for treating a liquid source comprising ammonia according to the present invention and an option of this system.
  • Figure 2 represents a system for treating a liquid source comprising ammonia, and optionally phosphorus, according to the present invention and further comprising one or more additional elements among: one or more phosphorus recovery modules , a dihydrogen and dinitrogen separation module, and a methanation reactor.
  • Figure 3 represents a system for treating a liquid source as described in Figure 2, further comprising optional reinjection means towards an anaerobic digester and a liquid/solid separation module.
  • Figure 1 represents a treatment system 10 of a liquid source 11 comprising ammonia according to the present invention and an option of this system.
  • the system of the present invention comprises an extraction module 12 in the form of gaseous ammonia from the ammonia included in the liquid source 11.
  • the extraction module 12 receives as input the liquid source 11 comprising ammonia and makes it possible to separate the liquid ammonia in the form of an ammonia gas from the liquid source, transforming the liquid source into a discharge liquid 13 , this discharge liquid necessarily containing an ammonia concentration lower than the ammonia concentration of the liquid source 11.
  • the extraction module 12 allows the transfer of ammonia into the gas phase and the recovery of this gas phase.
  • the extraction module can be a stripping module, also called “strippers", or stripping columns. .
  • stripping systems are described in patent FR2988304 B1.
  • Such a stripping module makes it possible in particular to cause the ammonia to volatilize by means of a current of steam, gas or air passing through the liquid against the current.
  • the stripping module in the system of the present invention can be a physicochemical or membrane stripping module.
  • Membrane stripping comprises two treatment stages, the first stage consisting of a pretreatment of the liquor obtained from the anaerobic digester, this liquor having preferably undergone a liquid/solid separation stage, during which the equilibrium of the liquid phase is moved to the gas phase typically by raising the pH between 9.3 and 10 and increasing the temperature of the liquid source, typically between 35 and 50°C. Further pH modifications may be necessary. Pretreatment potentially extracts suspended solids and byproducts contained in liquors and byproducts from elevated temperature and pH. The ammonia then diffuses through a hydrophobic membrane or a membrane contactor, with the possibility of circulating an acidic solution on the other side of the membrane contactor (TMCS: transmembrane chemisorption) to improve the transfer. In the case of a TMCS, the acidic liquor concentrated in NH 4 + can then be subjected to an increase in pH to pass the ammonia in the dissolved phase (NH 4 + ) towards the ammonia gas phase (NH 3 ).
  • TMCS transmembrane chem
  • the stripping module is a vacuum stripping module.
  • vacuum stripping requires a single pH change step to extract ammonia in gaseous form and optionally allows the use of dinitrogen as a vector.
  • a vacuum stripping module allows you to remove the necessary quantity of stripping air.
  • the ammonia in gaseous form extracted by the extraction module 12 is then transferred to a conversion module allowing the transformation of the gaseous ammonia extracted into dinitrogen and dihydrogen 15.
  • the conversion module is a reactor using a non-thermal plasma coupled or not to catalysis.
  • the reactor using a non-thermal plasma coupled to catalysis is a plasma discharge reactor with a dielectric barrier, also called a “DBD reactor”.
  • a reactor using a non-thermal plasma also called cold plasma or non-equilibrium plasma
  • the majority of the coupled energy is mainly delivered to the free electrons which exceed several orders of magnitude the temperature of the heavy species in the plasma (ions and neutral molecules).
  • Such mixtures will have high-energy electrons in a relatively cold mass of neutral ions and molecules; therefore, the apparent temperature of the gas remains similar to the ambient temperature if exothermic or endothermic phenomena are absent.
  • This type of plasma refers to a plasma state which is not in thermal equilibrium: equilibrium is not reached because the electron density is not high enough compared to other heavy particles to achieve a transfer of energy. sufficient energy between electrons and heavy particles.
  • Ionization and chemical processes in these plasmas are established by the temperature (or energy level) of the electrons and are not so sensitive to thermal processes and gas temperature.
  • the most common method of generating plasma involves applying an electric field to a neutral gas. If the applied field exceeds a certain energy density threshold (called breakdown voltage), a gas discharge is formed, thus initiating the formation of a plasma.
  • breakdown voltage a certain energy density threshold
  • a DBD, or DBD plasma, reactor involves a specific type of alternating current (AC) discharge at atmospheric pressure, providing an unbalanced, non-thermal, cold plasma.
  • the main advantages of the DBD plasma reactor are its ability to produce highly reactive plasma at room temperature with low electrical power consumption and short response time.
  • An ammonia gas can then be transformed into hydrogen and nitrogen (dihydrogen and dinitrogen) in a DBD plasma reactor with high yields.
  • Mr. El-Shafie has proven that a “PPR” reactor (Plasma Plate Reactor) can be used for this purpose (M.
  • source of liquid comprising ammonia is meant a liquid source whose ammonia concentration is greater than 0. However, for economic and industrial reasons, a minimum concentration of at least 500 mg /l is preferred.
  • the liquid source 1 1 comprising ammonia according to the present invention can be an effluent from a water treatment plant, an industrial or agricultural operation or any other effluent comprising ammonia.
  • the liquid source may have undergone prior stages of transformation, fermentation or not.
  • the liquid source 1 1 may comprise fermented urine, or aged urine (known in English under the term "lant”) mixed or not with another liquid, the fermentation increasing the ammonia concentration by decomposition of the urea.
  • an ammonia concentration of at least 3000 mg/l is preferred.
  • a source of waste heat for example energy production sites heat emitters, would allow evaporation and would make it possible to reach an economically feasible concentration. All means making it possible to increase the ammonia concentration of a liquid source are possible for supplying the system of the present invention.
  • the treatment system 10 of a liquid source 11 of the present invention comprises a concentration module 16 of the ammonia in the liquid source.
  • This concentration module 16 makes it possible to increase the ammonia concentration of the liquid source 11 so as to make this concentration sufficient for the treatment of the concentrated liquid source to be economically and industrially interesting.
  • the concentration module 16 of the present invention may comprise a filtration module by ultrafiltration, by nanofiltration, by direct osmosis, by reverse osmosis, or even by electrodialysis.
  • a combination of these modules can also be implemented.
  • These filtration modules used for the present invention which could be interchangeably called membrane separation modules, allow in particular the separation of dissolved materials and thus the obtaining of a concentrated flow and a diluted flow, also called concentrate. /retentate and permeate respectively.
  • Figure 2 represents a treatment system 20 of a liquid source comprising ammonia, and optionally phosphorus, according to the present invention.
  • the treatment system of Figure 2 comprises the supply of a liquid source 11 to an extraction module 12 in the form of gaseous ammonia from the ammonia included in the liquid source 11.
  • the extracted gaseous ammonia is then transferred to a conversion module 14 allowing the transformation of the extracted gaseous ammonia into dinitrogen and dihydrogen 15, the conversion module 14 being a reactor using a non-thermal plasma coupled or not to catalysis, preferably a DBD reactor.
  • the treatment system 20 of a liquid source 11 of the present invention comprises a concentration module 16 for the ammonia in the liquid source, this concentration module 16 being able to be a concentration module 16. filtration by ultrafiltration, by nanofiltration, by direct osmosis, by reverse osmosis, or by electrodialysis. A combination of these modules can also be implemented.
  • the treatment system 20 of a liquid source 11 also optionally comprises a purification and/or separation module 21 of the dinitrogen and dihydrogen extracted by the conversion module 14.
  • such module allows the reuse of dihydrogen without dinitrogen or vice versa.
  • the treatment system 20 of a liquid source 11 comprising ammonia and phosphorus according to Figure 2 can optionally comprise a first recovery module 23 of the phosphorus included in the liquid source 11 or the concentrated liquid source 11a after its concentration by the concentration module 16.
  • liquid source 11 comprising ammonia and phosphorus according to the present invention can be an effluent from a water treatment plant, from an industrial or agricultural operation or any other effluent comprising ammonia and phosphorus .
  • the liquid source may have undergone prior stages of transformation, fermentation or not.
  • the liquid source 11 may comprise fermented urine, or aged urine (known in English under the term "lant") mixed or not with another liquid, the fermentation increasing the ammonia concentration by decomposition of the urea. .
  • an ammonia concentration of at least 150 mg/l is preferred. All means making it possible to increase the phosphorus concentration of a liquid source are possible for supplying the system of the present invention.
  • the concentration module 16 of the liquid source 11 can make it possible to increase the concentration of ammonia and/or phosphorus so as to achieve economically and industrially preferred concentrations.
  • the treatment system 20 of a liquid source 11 comprising ammonia and phosphorus according to Figure 2 can optionally comprise a second recovery module 24 of the phosphorus included in the discharge liquid 13.
  • the second recovery module 24 of phosphorus in the discharge liquid 13 allows the recovery of phosphorus in the discharge liquid 13 by precipitation or by mineral or metallic crystallization, for the formation of struvite, calcium phosphates, brushite, hydroxyapatite, or others.
  • the compounds formed depend on the materials available to transform them with the phosphorus in the discharge liquid 13.
  • the first phosphorus recovery module 23 allows the recovery of phosphorus in the liquid source 11 or the concentrated liquid source 11a by precipitation or by mineral or metallic crystallization, for the formation of struvite, calcium phosphates, brushite, hydroxyapatite, or others.
  • the compounds formed depend on the materials available to transform them with the phosphorus in the liquid source 11 or the concentrated liquid source 11a.
  • the first phosphorus recovery module 23 and/or the second phosphorus recovery module 24 make it possible to obtain elements comprising phosphorus, in particular precipitates or crystallized elements which can be reused 25 By reuse, it is understood that the product recovered comprising phosphorus, in particular a precipitate or a crystallized element, by the first recovery module 23 and/or by the second phosphorus recovery module 24 is used in other processes, for example by using the struvite formed as fertilizer for agriculture.
  • the recovery of phosphorus by the first and/or the second phosphorus recovery module 23, 24 can be carried out by physicochemical treatment, consisting of the precipitation of phosphorus by adding, for example, a metallic salt or an alkaline earth salt.
  • a metallic salt or an alkaline earth salt for example, ferric chloride or calcium salts such as calcium chloride can be used.
  • the phosphorus in precipitated form is then extracted in a separator, the phosphorus precipitated with the metallic or alkaline earth salt being retained in the physicochemical sludge resulting from the separation.
  • the extraction module 12 in the form of gaseous ammonia from the ammonia included in the liquid source 11 or in the concentrated liquid source 11 a can be configured so as to carry out stripping operations beyond a predefined ammonia concentration threshold and to stop the stripping operations if the ammonia concentration in the source liquid 11 or the concentrated liquid source 11 a is lower than this predefined concentration threshold.
  • the extraction module 12 can be configured so as to carry out stripping operations beyond a residual concentration threshold. predefined amount of ammonia in the discharge liquid 13 and to stop the stripping operations if the residual ammonia concentration is below the concentration threshold. Indeed, a residual concentration of ammonia in the discharge liquid may be necessary in the case where an operator wishes to form a precipitate requiring ammonia with the second phosphorus recovery module 24. In the case where an operator wishes to form a precipitate not requiring ammonia with the second phosphorus recovery module, then it is not necessary to control the residual concentration of ammonia in the discharge liquid 13, at the outlet of the extraction module 12.
  • the extraction module 12 is configured so that the residual concentration of ammonia in the discharge liquid respects a targeted objective. , making it possible to optimize phosphorus recovery with the phosphorus recovery module 24.
  • the extraction module 12 in the form of gaseous ammonia from the ammonia included in the liquid source 11 can be configured so as to carry out stripping operations beyond a predefined phosphorus concentration threshold and to stop the stripping operations if the phosphorus concentration in the liquid source 11, in the liquid source 11a, or in the discharge liquid 13 is lower than this predefined concentration threshold .
  • the concentrated liquid source 11a or in the discharge liquid 13 one or more sensors can be arranged at the inlet and/or or inside and/or at the outlet of the extraction module 12 so as to measure the concentration of ammonia and/or phosphorus. Such sensors can also or alternatively be arranged at the entrance and/or inside and/or at the outlet of the concentration module 16.
  • Figure 2 also illustrates that the treatment system 20 of the present invention can comprise a purification and/or separation module 21 of the dinitrogen and dihydrogen 15 converted by the conversion module 14 from the ammonia extracted by the extraction module 12.
  • This purification and/or separation module 21 allows in particular the reuse of dinitrogen and/or dihydrogen individually.
  • Figure 2 also illustrates that the treatment system 20 of the present invention can comprise a methanation reactor 22 which receives the dihydrogen purified or separated by the purification and/or separation module 21.
  • the methanation reactor typically allows the synthesis of methane (CH 4 ) from dihydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ).
  • Figure 3 represents a treatment system 30 of a liquid source 11 as described in Figure 2, further comprising optional reinjection means towards an anaerobic digester and a liquid/solid separation module.
  • the reinjection means according to Figure 3 correspond to one or more conduits allowing transfer from the conversion means 14 and/or from the purification and/or separation module 21 to an anaerobic digester 31.
  • a transfer from the conversion means 14 a mixture of dihydrogen and dinitrogen is transferred to the anaerobic digester 31.
  • a transfer from the purification and/or separation means 21 it is only the purified and/or separated dihydrogen which is transferred to the anaerobic digester 31.
  • Figure 3 also illustrates the possibility for the treatment system 30 of the present invention to form a complete cycle by connecting the anaerobic digester 31 to the inlet of the ammonia extraction module included in the liquid source 1 1.
  • the anaerobic digester makes it possible to obtain a digester liquor anaerobic (or a digestate) of which a portion, the liquid fraction of the anaerobic digester liquor obtained after separation in a solid/liquid separation module (for example by dehydration), can serve as a liquid source 1 1.
  • the anaerobic digester liquor 31 can plausibly comprise a quantity of solids that is too large to be treated directly by the processing module. extraction 12 of ammonia in gaseous form.
  • a liquid/solid separation module 32 is necessary, making it possible to obtain, among other things, a liquid fraction of the anaerobic digester liquor 31.
  • This module can be a solids separation module from pore water, a dehydration module, a sedimentation module, a filtration module, a centrifugation module, or even a combination of these.
  • the liquid fraction of the anaerobic digester liquor 31 after treatment by the liquid/solid separation module 32 can be transferred to a concentration module 16 in order to obtain the concentrated liquid source 1 1 a.
  • the first or the second recovery module phosphorus and the ammonia gas extraction module are combined in a single reactor.
  • the precipitation of phosphorus can be done in the lower part of the reactor with a pH close to or below the pKa NH 4 7NH 3 , the precipitation, for example, of struvite being more effective at a higher pH, while stripping can be induced. in an upper part of the reactor, where the pH will be above the pKa.
  • the single reactor comprising the stripping module and a phosphorus recovery module is configured to operate under vacuum.
  • gas injections that is to say sparging (in English "gas sparging") in this single reactor can be carried out to make the phosphorus recovery and extraction operations by stripping of the phosphorus more efficient. gaseous ammonia.
  • the present invention also relates to a method of treating a liquid source 1 1 comprising ammonia and optionally phosphorus.
  • This processing method can be implemented using any of the processing systems previously described.
  • the liquid source 11 comprising ammonia and optionally phosphorus as described above is suitable for the method of the present invention.
  • the present invention thus also relates to a method of treating a liquid source 11 comprising ammonia, the method comprising a step of extracting gaseous ammonia from the ammonia included in the liquid source 11 .
  • This step is preferably carried out by a stripping module, even more preferably a vacuum stripping module.
  • the liquid obtained at the end of this step therefore has an ammonia concentration lower than that of the liquid source 11 before this step.
  • This liquid obtained at the end of this step is called discharge liquid 13.
  • the gaseous ammonia extracted by the extraction step is then converted during a step of converting the gaseous ammonia extracted into dinitrogen and dihydrogen 15.
  • This step is carried out using a reactor using a non-thermal plasma coupled or not to catalysis, preferably a dielectric barrier plasma discharge reactor (DBD).
  • DBD dielectric barrier plasma discharge reactor
  • the use of such a reactor for the conversion of gaseous ammonia is advantageous because it eliminates the need for high heat, unlike conventional thermal cracking methods for which significant heat is necessary, this depends on the catalyst used.
  • the method of the present invention can be completed when the liquid source 11 also comprises phosphorus, the method then comprising a step of recovering the phosphorus in the liquid source 11 and/or in the discharge liquid 13. This step can be carried out with a phosphorus recovery module as described in the systems of the present invention.
  • the method may include receiving measurements by sensors making it possible to evaluate the ammonia and/or phosphorus concentration so as to determine whether these concentrations exceed specific thresholds for which phosphorus recovery is industrially interesting.
  • these thresholds vary depending on the materials available to combine with the phosphorus and/or ammonia from the liquid source 11 or from the liquid of discharge, depending on the desired material after recovery and combination, in particular among the following materials: struvite, calcium phosphates, brushite, hydroxyapatite, or others.
  • These thresholds can also vary depending on the choice of the operator, who can prioritize or not the extraction and conversion of ammonia in the liquid source 11.
  • the processing system allows, to adapt the system according to an objective or one or more concentration thresholds.
  • the method may also include a step of reinjection of the dihydrogen and the dinitrogen 15 obtained at the end of the conversion step, or only the dihydrogen, towards an anaerobic digester 31 or towards a methanation reactor 22.
  • the method includes the purification and/or separation of dihydrogen and dinitrogen using a purification and/or separation module 21.
  • the anaerobic digester 31 to which the dihydrogen or the dihydrogen and the dinitrogen 15 are reinjected can provide a liquid source comprising ammonia which can be reused for the method of the present invention.
  • the liquor from the anaerobic digester 31 probably requires prior treatment in order to reduce the quantity of solids.
  • This step prior to supplying the liquid source 11 comprising ammonia, for a step of extracting gaseous ammonia includes a step of liquid/solid separation and/or dehydration.
  • a liquid/solid separation module 32 is necessary.
  • This module can be a solids separation module from pore water, a dehydration module, a sedimentation module, a filtration module, a centrifugation module, or even a combination of these.
  • the method can advantageously comprise a step of concentrating the ammonia and optionally the phosphorus included in the liquid source 11 before the step of extracting the gaseous ammonia from the ammonia included in the liquid source 11.
  • This concentration step can be carried out by a filtration module by ultrafiltration, by nanofiltration, by direct osmosis, by reverse osmosis, or even by electrodialysis. A combination of these modules can also be implemented.
  • the present invention also corresponds to an installation comprising a system as described above and/or implementing the method as described above.

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Abstract

L'invention concerne un système de traitement d'une source liquide (11) comprenant de l'ammoniaque, le système comprenant un module d'extraction (12) sous forme d'ammoniac gazeux de l'ammoniaque compris dans la source liquide (11) et 5 produisant un liquide de décharge (13), et un module de conversion (14) de l'ammoniac extrait en diazote et dihydrogène (15), le module de conversion étant un réacteur utilisant un plasma non-thermique couplé ou non à une catalyse. L'invention concerne également une méthode de traitement d'une source liquide (11) comprenant de l'ammoniaque, la méthode comprenant une étape d'extraction de 10 l'ammoniac gazeux et une étape de conversion de l'ammoniac gazeux extrait en diazote et dihydrogène (15).

Description

Description
Titre de l'invention: SYSTEME DE TRAITEMENT D’UNE SOURCE LIQUIDE COMPRENANT DE L’AMMONIAQUE ET METHODE ASSOCIEE
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
[0001 ] La présente invention a trait à un système de traitement d’une source liquide comprenant de l’ammoniaque. Plus particulièrement le système de la présente invention comprend un module d’extraction sous forme d’ammoniac gazeux de l’ammoniaque dans la source liquide et un module de conversion de l’ammoniac gazeux extrait en diazote et dihydrogène.
[0002] La présente invention concerne également une méthode de traitement d’une source liquide comprenant de l’ammoniaque. Plus particulièrement la méthode de la présente invention comprend une étape d’extraction sous forme d’ammoniac gazeux de l’ammoniaque dans la source liquide et une étape de conversion de l’ammoniac gazeux extrait en diazote et dihydrogène.
ETAT DE LA TECHNIQUE
[0003] La gestion et le traitement des eaux usées est nécessaire à la protection de l’environnement. L’objectif du traitement des eaux usées est d’éliminer la pollution, notamment la pollution particulaire (on parle aussi de matières en suspension) et soluble (on parle aussi de pollution dissoute), et en particulier la pollution carbonée, azotée et phosphorée. Au-delà de l’élimination de la pollution, une station d’épuration peut également valoriser cette pollution en la réutilisant, pour la récupération de ressources ou la génération d’énergie par exemple. Par ailleurs, l’urbanisation croissante et l’augmentation démographique entraînent une pression importante sur le foncier disponible pour les usines de traitements des eaux usées. Celles-ci doivent être plus compactes et limiter le rejet de polluants alors même qu’elles doivent faire face à des quantités de pollution à traiter plus importantes.
[0004] L'ammoniaque est considérée comme un polluant car son accumulation dans les masses d’eau peut entraîner de graves problèmes écologiques, tels que l'eutrophisation accélérée des lacs et des rivières, l'appauvrissement en oxygène dissout et la toxicité chez les poissons et autres animaux aquatiques présents dans le plan d'eau. Généralement, les procédés de traitement des effluents sont basés sur l'élimination des polluants (procédés biologiques anaérobies et aérobies, adsorption, oxydation chimique ou combustion) ou sur la concentration de ces polluants (floculation, précipitation, ultrafiltration, nanofiltration, osmose inverse et évaporation). La méthode traditionnelle d'élimination de l'ammoniaque des eaux usées municipales et industrielles est basée sur des traitements biologiques, c'est-à- dire la nitrification et la dénitrification. Cette méthode traditionnelle débute par une première étape, la nitrification, qui comprend un processus aérobie, c'est-à-dire nécessitant une aération active, dans lequel un groupe spécialisé de bactéries chimio-autotrophes aérobies transforme l'azote ammoniacal (NH4 +) en nitrate (NO3'). La nitrification biologique peut être représentée comme suit (Réaction globale) :
[0005] [Equation 1 ] NH + 2O2 NO3 + 2H+ + H2O
[0006] Cette méthode traditionnelle se poursuit par une deuxième étape, la dénitrification, qui comprend un processus anoxique dans lequel un groupe spécialisé de bactéries hétérotrophes (la plupart anaérobies facultatives) couple l'oxydation des substrats organiques à la réduction des nitrates en N2O ou N2. La dénitrification biologique peut être représentée comme suit (réaction globale) :
[0007] [Equation 2] 2NO2 + 10e" + 12H+ - N2 + 6H2O
[0008] La digestion anaérobie est utilisée afin de traiter les eaux usées et les boues d’épuration. Des systèmes comprenant des digesteurs anaérobies produisent des liqueurs de digesteur, communément appelés centrats ou filtrats lorsqu’une séparation par centrifugation ou par filtration (avec par exemple un filtre à bande ou un filtre presse) est effectuée.
[0009] En fonction de la réglementation en vigueur, la limite d'autorisation de rejet de l'azote total a un impact significatif sur la configuration de la filière de traitement des eaux usées (charge élevée/moyenne/faible / aération prolongée). Plus la limite est basse, plus l'étape de nitrification et par conséquent les besoins en oxygène (par aération) sont longs et étendus. En outre, les faibles limites de rejet d'azote total sont difficilement réalisables par dénitrification biologique, nécessitant l'ajout d'une source de carbone exogène (carbonates, pour augmenter l’alcalinité, ou du méthanol) pour la post-dénitrification. Les exigences en matière de faible teneur en carbone nécessitent également la mise en œuvre d'un traitement tertiaire, car les traitements biologiques ne sont pas en mesure de traiter la matière organique récalcitrante.
[0010] Le temps de rétention des boues (dont l’acronyme « SRT >> provient de l’anglais « sludge retention time ») est l'un des paramètres clés pour la conception des installations de traitement des eaux usées car les bactéries nitrifiantes autotrophes se développent lentement par rapport aux microorganismes hétérotrophes (à titre indicatif, le taux de croissance est d'environ 0,1 pour les bactéries nitrifiantes autotrophes contre 0,3 par jour pour les microorganismes hétérotrophes) et doivent être maintenues dans le système pour atteindre des efficacités de nitrification élevées (résultant en une meilleure élimination de l’azote total). Plus la température est basse, plus le temps de rétention des boues nécessaire pour atteindre la nitrification est long. Une limite stricte de l'autorisation de rejet d'azote total et/ou des températures de fonctionnement basses se traduit nécessairement par un âge élevé des boues, un temps de rétention hydraulique élevé et un encombrement important pour les systèmes de croissance en suspension tels que les bassins à boues activées.
[0011] En outre, l'élimination biologique de l'ammoniaque peut être facilement inhibée par un choc toxique, un changement de pH, un faible taux d'oxygène dissout ou encore une température basse en hiver. Cette méthode présente donc des faiblesses ou requiert au minimum des contrôles réguliers.
[0012] Par conséquent, la liqueur du digesteur anaérobie (digestat) à forte teneur en ammoniaque (généralement entre 500 et 3000 mg/L) qui retourne dans le collecteur de l'usine peut représenter un défi et une charge importante pour l'exploitation de l'usine, ce qui entraîne une augmentation de la consommation d'énergie et de produits chimiques (méthanol, bicarbonate). Ces inconvénients sont exacerbés lorsque des procédés avancés de digestion anaérobie sont mis en œuvre, car ils augmentent la teneur en ammoniaque de la liqueur issue de la digestion anaérobie en raison de l'augmentation de la concentration des boues et/ou des rendements d'élimination des solides volatils. Typiquement, la liqueur d’un atelier de digestion anaérobie ne représente qu’un flux hydraulique mineur (moins de 5% du flux total) mais peut contenir plus de 20% de la charge massique en azote à traiter. Le traitement biologique de l'ammoniaque entraîne généralement une oxydation complète ou partielle (en N2 ou en NO3' / NO2') et ne permet pas la récupération d'un produit à valeur ajoutée.
[0013] Si l’azote est récupéré par stripping, i.e. un procédé de désorption visant à réduire la teneur en ammoniaque d'un flux d'eaux usées par l'utilisation de chaux ou de caustique, l'ammoniac peut être récupéré sous la forme 1 ) d’une solution concentrée d'hydroxyde d'ammonium (procédé ValeAz), utilisée comme engrais à des fins agricoles, minières (extraction de minéraux), ou dans le traitement des fumées et du nitrate de sodium utilisé dans la protection des réseaux d’assainissement, 2) de sels de sulfate ou de phosphate (par lavage à l'acide), utilisé comme engrais à des fins agricoles, 3) d’ammoniac anhydre (procédé Organics Group), généralement utilisé pour la production de H2 par craquage thermique.
[0014] Cependant, ce procédé de stripping nécessite un changement de pH de la liqueur pour transformer le NH4 + en NH3. Pour ce faire, il faut généralement ajouter des produits chimiques (soude caustique), de la chaleur (généralement 50 MJ/kg d'ammoniac éliminé) ou une combinaison des deux. Par conséquent, plus l'effluent est dilué, plus le besoin en produits chimiques ou en chaleur est élevé. C'est pourquoi les systèmes de stripping NH3 sont généralement adaptés aux eaux usées à forte teneur en ammoniac (>1 000 mg/L).
[0015] L’ammoniac sous forme de gaz peut être utilisé pour des procédés de craquage. Le craquage de l'ammoniac est le processus par lequel l'ammoniac est décomposé en hydrogène et en azote sur un catalyseur. Cette étape peut être formulée comme suit :
[0016] [Equation 3] 2 3 N2 + 3H2
[0017] Ce mélange gazeux obtenu est appelé « forming gas >> en anglais. Il est généralement utilisé dans des applications où l'hydrogène est nécessaire soit comme source d'énergie, soit pour former des procédés de fabrication en aval. La réaction est endothermique, nécessitant 383 kJ/mol. Le processus est réalisé à une température élevée, comprise entre 850 et 950 °C, en présence de nickel comme catalyseur. Outre une consommation d'énergie élevée, les technologies de craquage existantes utilisent un catalyseur à base de nickel, ce qui les rend coûteuses tant du point de vue du CAPEX, c’est-à-dire des dépenses d’investissement, ainsi que de l'OPEX, c’est-à-dire les dépenses inhérentes à l’activité. [0018] Concernant le traitement du phosphore ou sa récupération, le phosphore dissout contenu dans les liqueurs de digesteur anaérobie, qui retournent habituellement en tête de station d'épuration, peut représenter un défi et un fardeau important pour l'exploitation de la station, entraînant une augmentation de la consommation de produits chimiques et de la production de boues, puisque le PO4 est éliminé de la filière de traitement de l’eau par précipitation physico-chimique en ajoutant des sels métalliques (sels à base de fer ou d'aluminium). Une autre solution consiste à doser le produit chimique dans les liqueurs de digesteur anaérobie, mais les boues physico-chimiques ainsi créées doivent encore être traitées dans la ligne de traitement des boues.
[0019] La récupération du phosphore sous une forme valorisable peut également être mise en oeuvre dans les liqueurs de digesteur anaérobie en utilisant la cristallisation/préci pitation de minéraux non métalliques, par exemple sous la forme de struvite (minéral composé de phosphate mono-ammonique, connu en anglais sous le nom « Magnesium Ammonium Phosphate >> dont l’acronyme est « MAP »), de phosphates de calcium, de brushite, d'hydroxyapatite, etc.
[0020] Par exemple, la demande de brevet EP 2238081 divulgue un procédé de récupération du phosphore visant à limiter la précipitation indésirable du phosphore sous forme de struvite dans le digesteur et/ou les canalisations.
[0021 ] Les processus de cristallisation reposent sur l'équilibre de solubilité des minéraux formés, qui dépendent de la température et/ou du pH. Plus la solution à partir de laquelle le phosphore doit être récupéré est concentrée, plus il est facile d'en convertir une grande partie dans le minéral précieux souhaité. Par conséquent, l'efficacité de la conversion qui peut être atteinte dépend de la concentration, et la concentration initiale plutôt faible de phosphate dans la liqueur de digestion anaérobie limite souvent l'applicabilité et l'efficacité de la récupération de ces processus de cristallisation. Par conséquent, un tel procédé de récupération du phosphore peut ne pas être applicable sur toutes les installations en raison d'une teneur en PO4 parfois trop faible pour mettre en oeuvre la cristallisation ou en raison de taux de conversion trop faibles qui nuisent à l'équilibre économique d'une telle solution. [0022] Par phosphore on entend plusieurs formes de composé comprenant du phosphore, notamment les formes chimiques phosphate et les composés comprenant de l'ammoniac et du phosphate, tel que le phosphate mono-ammonique (MAP), les sels d’ammoniaque et d’acide phosphorique, etc.
[0023] Il existe donc un besoin concernant le traitement des eaux usées et particulièrement des liquides comprenant de l’ammoniaque et potentiellement du phosphore. En effet, ces éléments sont considérés comme des polluants et leurs éliminations requièrent des installations de traitement afin de les éliminer ou de les récupérer et/ou de les valoriser.
[0024] Cependant, les installations et systèmes connus, s’ils permettent de suivre les règlementations concernant les limites de rejets de polluants, doivent être améliorés afin de réduire ces rejets et potentiellement, de revaloriser, réutiliser ces rejets de manière bénéfique.
RESUME DE L’INVENTION
[0025] La présente invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant un système qui utilise d’une manière optimisée la concentration en ammoniaque et optionnellement la concentration en phosphore d’une source liquide. Le système de la présente invention permet notamment de valoriser directement l’ammoniaque et/ou le phosphore contenus dans une source liquide au lieu de les éliminer, ceux-ci étant considérés auparavant principalement comme des polluants. Le système de la présente invention valorise doublement ces éléments par leur récupération, potentiellement leur séparation, et par leur réutilisation.
[0026] A cet effet, l’invention a pour objet un système de traitement d’une source liquide comprenant de l’ammoniaque, le système comprenant un module d’extraction sous forme d’ammoniac gazeux de l’ammoniaque compris dans la source liquide et produisant un liquide de décharge, et un module de conversion de l’ammoniac extrait en diazote et dihydrogène, le module de conversion étant un réacteur utilisant un plasma non-thermique couplé ou non à une catalyse.
[0027] Avantageusement, le système comprend en outre un module de concentration de l’ammoniaque dans la source liquide qui fournit une source liquide concentrée en ammoniaque au module d’extraction. [0028] Avantageusement, le module de concentration d’un des systèmes précédemment décrits comprend au moins un module de filtration par ultrafiltration, par nanofiltration, par osmose directe, par osmose inverse, ou par électrodialyse.
[0029] Avantageusement, le module de stripping d’un des systèmes précédemment décrits est configuré pour fonctionner sous vide.
[0030] Avantageusement, la source liquide comprenant de l’ammoniaque d’un des systèmes précédemment décrits est de l’urine fermentée.
[0031] Avantageusement, l’un des systèmes précédemment décrits comprend en outre un module de purification et/ou de séparation du diazote et du dihydrogène extrait par le module de conversion.
[0032] Avantageusement, l’un des systèmes précédemment décrits comprend en outre un moyen de réinjection du diazote et du dihydrogène produit par le moyen de conversion de l’ammoniac extrait, ou un moyen de réinjection du dihydrogène purifié et/ou séparé du diazote, vers un réacteur de méthanation.
[0033] Avantageusement, l’un des systèmes précédemment décrits comprend en outre, en amont du module de concentration, un digesteur anaérobie fournissant au moins une liqueur de digestat anaérobie à un module de séparation liquide/solide et/ou un module de déshydratation, le module de séparation liquide/solide et/ou le module de déshydratation fournissant une fraction liquide étant la source liquide comprenant de l’ammoniaque.
[0034] Avantageusement, le système comprend en outre un moyen de réinjection du diazote et du dihydrogène produit par le moyen de conversion de l’ammoniac extrait, ou un moyen de réinjection du dihydrogène purifié et/ou séparé du diazote, vers le digesteur anaérobie.
[0035] Avantageusement, la source liquide comprend en outre du phosphore et le système comprend en outre un premier module de récupération du phosphore compris dans la source liquide ou la source liquide concentrée, le module de concentration de l’ammoniaque dans la source liquide étant également un module de concentration du phosphore présent dans la source liquide.
[0036] Avantageusement, la source liquide comprend en outre du phosphore et le système comprend en outre un second module de récupération du phosphore compris dans le liquide de décharge, le module d’extraction étant configuré pour maintenir une concentration résiduelle d’ammoniaque dans le liquide de décharge.
[0037] Avantageusement, le module d’extraction est un module de stripping, et le premier ou le second module de récupération du phosphore et le module de stripping sont compris dans un unique réacteur.
[0038] L’invention a également pour objet une méthode de traitement d’une source liquide comprenant de l’ammoniaque, la méthode comprenant les étapes suivantes : une étape d’extraction de l’ammoniac gazeux à partir de l’ammoniaque compris dans la source liquide et produisant un liquide de décharge, et une étape de conversion de l’ammoniac gazeux extrait en diazote et dihydrogène, l’étape de conversion étant effectuée avec un réacteur utilisant un plasma non-thermique couplé ou non à une catalyse.
[0039] Avantageusement, la source liquide comprend en outre du phosphore, et la méthode comprend en outre une étape de récupération du phosphore dans la source liquide, et/ou dans la source liquide après une étape de concentration du phosphore dans la source liquide, et/ou dans le liquide de décharge.
[0040] Avantageusement, la méthode comprend en outre une étape de réinjection du dihydrogène et du diazote extrait, ou du dihydrogène seul après purification ou séparation du diazote, vers un digesteur anaérobie ou vers un réacteur de méthanation.
[0041] Avantageusement, la méthode comprend en outre une étape préalable de concentration de l’ammoniaque compris dans la source liquide avant l’étape d’extraction de l’ammoniac gazeux à partir de l’ammoniaque compris dans la source liquide.
FIGURES
[0042] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemples et qui représentent : [0043] La figure 1 représente un système de traitement d’une source liquide comprenant de l’ammoniaque selon la présente invention et une option de ce système.
[0044] La figure 2 représente un système de traitement d’une source liquide comprenant de l’ammoniaque, et optionnellement du phosphore, selon la présente invention et comprenant en outre un ou plusieurs éléments supplémentaires parmi : un ou plusieurs modules de récupération du phosphore, un module de séparation du dihydrogène et du diazote, et un réacteur de méthanation.
[0045] La figure 3 représente un système de traitement d’une source liquide tel que décrit à la figure 2, comprenant en outre des moyens de réinjection optionnelles vers un digesteur anaérobie et un module de séparation liquide/solide.
EXPOSE DETAILLE DE L’INVENTION
[0046] La figure 1 représente un système de traitement 10 d’une source liquide 11 comprenant de l’ammoniaque selon la présente invention et une option de ce système.
[0047] Le système de la présente invention comprend un module d’extraction 12 sous forme d’ammoniac gazeux de l’ammoniaque compris dans la source liquide 11 . Le module d’extraction 12 reçoit en entrée la source liquide 11 comprenant de l’ammoniaque et permet de séparer l’ammoniaque liquide sous forme d’un gaz d’ammoniac de la source liquide, transformant la source liquide en un liquide de décharge 13, ce liquide de décharge contenant nécessairement une concentration en ammoniaque inférieure à la concentration en ammoniaque de la source liquide 11.
[0048] Le module d’extraction 12 permet le transfert de l’ammoniaque en phase gazeuse et de récupérer cette phase gazeuse. Dans un mode de réalisation de l’invention, qui peut être combiné avec n’importe lequel des modes de réalisation de cette description, le module d’extraction peut être un module de stripping, aussi appelée « strippeurs >>, ou colonnes de stripping. Notamment, des systèmes de stripping sont décrits dans le brevet FR2988304 B1 . Un tel module de stripping permet notamment de provoquer de volatiliser l’ammoniac au moyen d’un courant de vapeur, de gaz ou d’air traversant le liquide à contre-courant. Le module de stripping dans le système de la présente invention peut être un module de stripping physicochimique ou bien membranaire.
[0049] Le stripping membranaire comprend deux étapes de traitement, la première étape consistant en un prétraitement de la liqueur obtenue du digesteur anaérobie, cette liqueur ayant préférentiellement subie une étape de séparation liquide/solide, pendant lequel l’équilibre de la phase liquide est déplacé vers la phase gazeuse typiquement par élévation du pH entre 9,3 et 10 et en augmentant la température du la source liquide, typiquement entre 35 et 50°C. D’autres modifications du pH peuvent être nécessaires. Le prétraitement extrait potentiellement les matières en suspension et les sous-produits contenus dans les liqueurs et les sous-produits issus de l’élévation de la température et du pH. L’ammoniaque diffuse ensuite à travers une membrane hydrophobe ou un contacteur membranaire, avec la possibilité de circuler une solution acide de l’autre côté du contacteur membranaire (TMCS : transmembrane chemisorption) pour améliorer le transfert. Dans le cas d’une TMCS, la liqueur acide concentrée en NH4 + peut ensuite être soumise à une élévation de pH pour faire passer l’ammoniaque en phase dissoute (NH4 +) vers la phase gaz ammoniac (NH3).
[0050] De manière avantageuse, le module de stripping est un module de stripping sous vide. Notamment, le stripping sous vide requiert une unique étape de changement du pH pour réaliser l’extraction de l’ammoniac sous forme gazeuse et permet optionnellement d’utiliser du diazote comme vecteur. Un module de stripping sous vide permet d’enlever la quantité d’air de stripping nécessaire.
[0051] L’ammoniac sous forme gazeuse extrait par le module d’extraction 12 est ensuite transféré vers un module de conversion permettant la transformation de l’ammoniac gazeux extrait en diazote et dihydrogène 15. Notamment, dans le système de la présente invention, le module de conversion est un réacteur utilisant un plasma non-thermique couplé ou non à une catalyse. De manière préférée, le réacteur utilisant un plasma non-thermique couplé à une catalyse est un réacteur de décharge plasma à barrière diélectrique, aussi appelé « réacteur DBD ».
[0052] Dans un réacteur utilisant un plasma non-thermique (aussi nommé plasma froid ou plasma hors équilibre), la majeure partie de l'énergie couplée est principalement délivrées aux électrons libres qui dépassent de plusieurs ordres de grandeur la température des espèces lourdes du plasma (ions et molécules neutres). De tels mélanges auront des électrons de haute énergie dans une masse relativement froide d'ions et de molécules neutres ; par conséquent, la température apparente du gaz reste similaire à la température ambiante si les phénomènes exothermiques ou endothermiques sont absents. Ce type de plasma fait référence à un état de plasma qui n'est pas en équilibre thermique : l'équilibre n'est pas atteint car la densité électronique n'est pas assez élevée par rapport aux autres particules lourdes pour réaliser un transfert d'énergie suffisant entre les électrons et les particules lourdes. L'ionisation et les processus chimiques dans ces plasmas sont établis par la température (ou le niveau d'énergie) des électrons et ne sont pas si sensibles aux processus thermiques et à la température du gaz. La méthode la plus courante de génération de plasma consiste à appliquer un champ électrique à un gaz neutre. Si le champ appliqué dépasse un certain seuil de densité énergétique (appelé tension de claquage), une décharge gazeuse se forme, initiant ainsi la formation d'un plasma.
[0053] Les processus chimiques dans les plasmas non thermiques sont basés sur l'activation non thermique des particules par des collisions d'électrons de haute énergie (également appelées impact d'électrons). Ces collisions électron-particule vont produire différents mécanismes réactionnels initiateurs tels que l'ionisation, la dissociation, l'excitation et la fixation des électrons. Cela conduit à la formation d'une multitude de particules activées, de radicaux ou d'ions qui interagissent entre eux ou avec d'autres particules plus stables avant de se recombiner et de produire de nouvelles molécules qui peuvent être non seulement des gaz mais aussi des liquides, des solides ou des polymères.
[0054] Un réacteur DBD, ou à plasma DBD, implique un type spécifique de décharge en courant alternatif (CA) à la pression atmosphérique, fournissant un plasma non- équilibré, non-thermique, froid. Les principaux avantages du réacteur à plasma DBD sont sa capacité à produire un plasma hautement réactif à température ambiante avec une faible consommation d'énergie électrique et un temps de réponse court. Un gaz d’ammoniac peut alors être transformé en hydrogène et en azote (dihydrogène et diazote) dans un réacteur à plasma DBD avec des rendements élevés. A titre d'exemples pour l'utilisation du plasma non-thermique et plus particulièrement du réacteur à plasma DBD : M. El-Shafie a prouvé qu’un réacteur "PPR" (Plasma Plate Reactor) peut être utilisé à cette fin (M. El-Shafie et al, (2020), Hydrogen Production and Heat Transfer Distributions of Ammonia Decomposition in an Atmospheric Pressure Plasma Plate Reactor, Journal of Sustainable Development of Energy Water and Environment Systems). Le gaz ammoniac a été introduit entre deux électrodes à plaques parallèles. Du verre de quartz a été utilisé comme élément diélectrique avec une épaisseur de 2 mm. Une haute tension sinusoïdale (12-18 kV à 10 kHz) a été appliquée entre les deux électrodes. Le rendement en hydrogène a atteint 83% lorsque la distance entre les électrodes était de 4,5 mm. Le même auteur a étudié l'utilisation de la catalyse couplée au plasma pour améliorer le rendement de la production d'hydrogène. Des catalyseurs à base de zéolithe, de lithium ou de ruthénium ont permis de convertir le NH3 en H2 avec un taux supérieur à 99% (M. El- Shafie et al, Development of zeolite-based catalyst for enhancement hydrogen production from ammonia decomposition, Catalysis Today, 2021 , ISSN 0920-5861 ).
[0055] L’avantage d’un tel module de conversion est qu’il permet de s’affranchir d’un besoin en chaleur élevée pour la conversion de l’ammoniac sous forme gazeuse en dihydrogène et diazote, contrairement aux méthodes classiques de craquage thermique pour lesquelles une chaleur importante est nécessaire, celle-ci dépendant du catalyseur utilisé.
[0056] Par « source de liquide comprenant de l’ammoniaque >>, il est entendu une source liquide dont la concentration en ammoniaque est supérieure à 0. Cependant, pour des raisons économiques et industrielles, une concentration minimale d’au moins 500 mg/l est préférée. La source liquide 1 1 comprenant de l’ammoniaque selon la présente invention peut être un effluent d’une usine de traitement de l’eau, d’une exploitation industrielle, agricole ou tout autre effluent comprenant de l’ammoniaque. Notamment, la source liquide peut avoir subi des étapes préalables de transformation, de fermentation ou non. Par exemple, la source liquide 1 1 peut comprendre de l’urine fermentée, ou urine vieillie (connue en anglais sous le terme « lant ») mélangée ou non à un autre liquide, la fermentation augmentant la concentration en ammoniaque par décomposition de l’urée.
[0057] Encore plus préférentiellement, et pour des raisons économiques et industrielles, une concentration en ammoniaque d’au moins 3000 mg/l est préférée. Notamment, dans le cas d’une source liquide comprenant 500 mg/l d’ammoniaque, une source de chaleur fatale, par exemple des sites de production d’énergie émetteurs de chaleur, permettrait l’évaporation et permettrait d’atteindre une concentration économiquement réalisable. Tous les moyens permettant d’augmenter la concentration en ammoniaque d’une source liquide sont envisageables pour alimenter le système de la présente invention.
[0058] Ainsi, de manière optionnelle mais préférentielle, le système de traitement 10 d’une source liquide 1 1 de la présente invention comprend un module de concentration 16 de l’ammoniaque dans la source liquide. Ce module de concentration 16 permet d’augmenter la concentration en ammoniaque de la source liquide 1 1 de manière à rendre cette concentration suffisante pour que le traitement de la source liquide concentrée soit économiquement et industriellement intéressant.
[0059] Notamment, le module de concentration 16 de la présente invention peut comprendre un module de filtration par ultrafiltration, par nanofiltration, par osmose directe, par osmose inverse, ou encore par électrodialyse. Une combinaison de ces modules peut également être mise en oeuvre. Ces modules de filtration utilisées pour la présente invention, qui pourraient être appelés de manière interchangeable des modules de séparation membranaire, permettent notamment la séparation de matières dissoutes et ainsi l’obtention d’un flux concentré et d’un flux dilué, appelé également concentrat/rétentat et perméat respectivement.
[0060] La figure 2 représente un système de traitement 20 d’une source liquide comprenant de l’ammoniaque, et optionnellement du phosphore, selon la présente invention. Le système de traitement de la figure 2 comprend l’apport d’une source liquide 1 1 à un module d’extraction 12 sous forme d’ammoniac gazeux de l’ammoniaque compris dans la source liquide 1 1 . L’ammoniac gazeux extrait est ensuite transféré vers un module de conversion 14 permettant la transformation de l’ammoniac gazeux extrait en diazote et dihydrogène 15, le module de conversion 14 étant un réacteur utilisant un plasma non-thermique couplé ou non à une catalyse, préférentiellement un réacteur DBD.
[0061 ] De manière optionnelle mais préférentielle, le système de traitement 20 d’une source liquide 1 1 de la présente invention comprend un module de concentration 16 de l’ammoniaque dans la source liquide, ce module de concentration 16 pouvant être un module de filtration par ultrafiltration, par nanofiltration, par osmose directe, par osmose inverse, ou encore par électrodialyse. Une combinaison de ces modules peut également être mise en oeuvre.
[0062] Le système de traitement 20 d’une source liquide 11 selon la figure 2 comprend également de manière optionnelle un module de purification et/ou de séparation 21 du diazote et du dihydrogène extrait par le module de conversion 14. Notamment, un tel module permet la réutilisation de dihydrogène sans diazote ou inversement.
[0063] Le système de traitement 20 d’une source liquide 11 comprenant de l’ammoniaque et du phosphore selon la figure 2 peut comprendre de manière optionnelle un premier module de récupération 23 du phosphore compris dans la source liquide 11 ou la source liquide concentrée 11a après sa concentration par le module de concentration 16.
[0064] Par « comprenant du phosphore >>, il est entendu une source liquide dont la concentration en phosphore est supérieure à 0. Cependant, pour des raisons économiques et industrielles, une concentration minimale d’au moins 50 mg/l P-PO4 est préférée. La source liquide 11 comprenant de l’ammoniaque et du phosphore selon la présente invention peut être un effluent d’une usine de traitement de l’eau, d’une exploitation industrielle, agricole ou tout autre effluent comprenant de l’ammoniaque et du phosphore. Notamment, la source liquide peut avoir subi des étapes préalables de transformation, de fermentation ou non. Par exemple, la source liquide 11 peut comprendre de l’urine fermentée, ou urine vieillie (connue en anglais sous le terme « lant ») mélangée ou non à un autre liquide, la fermentation augmentant la concentration en ammoniaque par décomposition de l’urée.
[0065] Encore plus préférentiellement, et pour des raisons économiques et industrielles, une concentration en ammoniaque d’au moins 150 mg/l est préférée. Tous les moyens permettant d’augmenter la concentration en phosphore d’une source liquide sont envisageables pour alimenter le système de la présente invention. Notamment le module de concentration 16 de la source liquide 11 peut permettre d’augmenter la concentration en ammoniaque et/ou en phosphore de manière à atteindre des concentrations économiquement et industriellement préférées. [0066] Alternativement ou en complément, le système de traitement 20 d’une source liquide 11 comprenant de l’ammoniaque et du phosphore selon la figure 2 peut comprendre de manière optionnelle un second module de récupération 24 du phosphore compris dans le liquide de décharge 13.
[0067] Le second module de récupération 24 du phosphore dans le liquide de décharge 13 permet la récupération du phosphore dans le liquide de décharge 13 par précipitation ou par cristallisation minérale ou métallique, pour la formation de struvite, calcium phosphates, brushite, hydroxyapatite, ou autres. Notamment les composés formés dépendent des matériaux disponibles pour les transformer avec le phosphore dans le liquide de décharge 13.
[0068] Le premier module de récupération 23 du phosphore permet la récupération du phosphore dans la source liquide 11 ou la source liquide concentrée 11a par précipitation ou par cristallisation minérale ou métallique, pour la formation de struvite, calcium phosphates, brushite, hydroxyapatite, ou autres. Notamment les composés formés dépendent des matériaux disponibles pour les transformer avec le phosphore dans la source liquide 11 ou la source liquide concentrée 11a.
[0069] Le premier module de récupération 23 du phosphore et/ou le second module de récupération 24 du phosphore permettent d’obtenir des éléments comprenant du phosphore, notamment des précipités ou des éléments cristallisés qui peuvent faire l’objet d’une réutilisation 25. Par réutilisation, il est entendu que le produit récupéré comprenant du phosphore, notamment un précipité ou un élément cristallisé, par le premier module de récupération 23 et/ou par le second module de récupération 24 du phosphore est exploité dans d’autres procédés, par exemple par emploi de la struvite formée comme engrais pour l’agriculture.
[0070] La récupération du phosphore par le premier et/ou par le second module de récupération 23, 24 du phosphore peut être effectuée par un traitement par voie physico-chimique, consistant en la précipitation du phosphore par ajout, par exemple, d’un sel métallique ou d’un sel alcalinoterreux. Par exemple, le chlorure ferrique ou des sels de calcium tels que le chlorure de calcium peuvent être utilisés. Le phosphore sous forme précipité est alors extrait dans un séparateur, le phosphore précipité avec le sel métallique ou alcalinoterreux étant retenu dans les boues physico-chimiques issues de la séparation. [0071] Dans le cas d’un second module de récupération 24 du phosphore, par exemple sous forme de struvite, dans le liquide de décharge 13, le module d’extraction 12 sous forme d’ammoniac gazeux de l’ammoniaque compris dans la source liquide 11 ou dans la source liquide concentrée 11 a peut être configuré de manière à réaliser des opérations de stripping au-delà d’un seuil de concentration prédéfini en ammoniaque et d’arrêter les opérations de stripping si la concentration en ammoniaque dans la source liquide 11 ou la source liquide concentrée 11 a est inférieure à ce seuil de concentration prédéfini.
[0072] Dans le cas d’un second module de récupération 24 du phosphore, alternativement ou de manière additionnelle, le module d’extraction 12 peut être configuré de manière à réaliser des opérations de stripping au-delà d’un seuil de concentration résiduelle prédéfini en ammoniaque dans le liquide de décharge 13 et d’arrêter les opérations de stripping si la concentration résiduelle en ammoniaque est inférieure au seuil de concentration. En effet, une concentration résiduelle en ammoniaque dans le liquide de décharge peut être nécessaire dans le cas où un opérateur souhaite former un précipité nécessitant de l’ammoniaque avec le second module de récupération du phosphore 24. Dans le cas où un opérateur souhaite former un précipité ne nécessitant pas d’ammoniaque avec le second module de récupération du phosphore, alors il n’est pas nécessaire de contrôler la concentration résiduelle en ammoniaque dans le liquide de décharge 13, à la sortie du module d’extraction 12.
[0073] Dans le cas d’un second module de récupération 24 du phosphore, alternativement ou de manière additionnelle, le module d’extraction 12 est configuré de manière à ce que la concentration résiduelle en ammoniaque dans le liquide de décharge respecte un objectif visé, permettant d’optimiser la récupération de phosphore avec le module de récupération du phosphore 24.
[0074] De manière similaire, alternativement ou de manière additionnelle, le module d’extraction 12 sous forme d’ammoniac gazeux de l’ammoniaque compris dans la source liquide 11 peut être configuré de manière à réaliser des opérations de stripping au-delà d’un seuil de concentration prédéfini en phosphore et d’arrêter les opérations de stripping si la concentration en phosphore dans la source liquide 11 , dans la source liquide 11 a, ou bien dans le liquide de décharge 13 est inférieure à ce seuil de concentration prédéfini. [0075] Afin d’évaluer les concentrations en ammoniaque et/ou phosphore dans la source liquide 1 1 , la source liquide concentrée 1 1 a ou dans le liquide de décharge 13, un ou plusieurs capteurs peuvent être disposés à l’entrée et/ou à l’intérieur et/ou à la sortie du module d’extraction 12 de manière à mesurer la concentration en ammoniaque et/ou phosphore. De tels capteurs peuvent également ou alternativement être disposés à l’entrée et/ou à l’intérieur et/ou à la sortie du module de concentration 16.
[0076] La figure 2 illustre également que le système de traitement 20 de la présente invention peut comprendre un module de purification et/ou de séparation 21 du diazote et du dihydrogène 15 convertis par le module de conversion 14 à partir de l’ammoniac extrait par le module d’extraction 12. Ce module de purification et/ou de séparation 21 permet notamment la réutilisation du diazote et/ou du dihydrogène individuellement.
[0077] La figure 2 illustre également que le système de traitement 20 de la présente invention peut comprendre un réacteur de méthanation 22 qui reçoit le dihydrogène purifié ou séparé par le module de purification et/ou de séparation 21 . Le réacteur de méthanation permet typiquement la synthèse du méthane (CH4) à partir de dihydrogène (H2) et de dioxyde de carbone (CO2).
[0078] La figure 3 représente un système de traitement 30 d’une source liquide 11 tel que décrit à la figure 2, comprenant en outre des moyens de réinjection optionnelles vers un digesteur anaérobie et un module de séparation liquide/solide.
[0079] Les moyens de réinjection selon la figure 3 correspondent à un ou plusieurs conduits permettant le transfert depuis le moyen de conversion 14 et/ou depuis le module de purification et/ou séparation 21 vers un digesteur anaérobie 31 . Dans le cas d’un transfert depuis le moyen de conversion 14, un mélange de dihydrogène et de diazote est transféré vers le digesteur anaérobie 31 . Dans le cas d’un transfert depuis le moyen de purification et/ou séparation 21 , c’est seulement le dihydrogène purifié et/ou séparé qui est transféré vers le digesteur anaérobie 31 .
[0080] La figure 3 illustre également la possibilité pour le système de traitement 30 de la présente invention de former un cycle complet en reliant le digesteur anaérobie 31 à l’entrée du module d’extraction de l’ammoniaque compris dans la source liquide 1 1 . En effet, le digesteur anaérobie permet l’obtention d’une liqueur de digesteur anaérobie (ou d’un digestat) dont une portion, la fraction liquide de la liqueur de digesteur anaérobie obtenue après séparation dans un module de séparation solide/liquide (par exemple par déshydratation), peut servir de source liquide 1 1 .
[0081 ] Dans un tel mode de réalisation, qui peut être combiné avec les modes de réalisation précédemment décrits, la liqueur de digesteur anaérobie 31 peut comprendre, de façon vraisemblable, une quantité de solides trop importante pour être traitée directement par le module d’extraction 12 de l’ammoniac sous forme gazeuse. Dans ce cas, un module de séparation liquide/solide 32 est nécessaire, permettant d’obtenir entre autres une fraction liquide de la liqueur de digesteur anaérobie 31 . Ce module peut être un module de séparation des solides de l’eau interstitielle, un module de déshydratation, un module de sédimentation, un module de filtration, un module de centrifugation, ou encore une combinaison de ceux-ci. De préférence ou si nécessaire la fraction liquide de la liqueur de digesteur anaérobie 31 après traitement par le module de séparation liquide/solide 32 peut être transférée vers un module de concentration 16 afin d’obtenir la source liquide concentrée 1 1 a.
[0082] Dans un mode de réalisation particulier de l’invention avec une source liquide 11 comprenant de l’ammoniaque et du phosphore, mode de réalisation qui peut être combiné avec les précédents modes de réalisation décrits, le premier ou le second module de récupération du phosphore et le module d’extraction sous forme d’ammoniac gazeux de l’ammoniaque sont combinés dans un unique réacteur. Ainsi la précipitation du phosphore peut se faire en partie basse du réacteur avec un pH proche ou en dessous du pKa NH47NH3, la précipitation par exemple de la struvite étant plus efficace à un pH plus important, tandis que le stripping peut être induit dans une partie haute du réacteur, où le pH sera au-dessus du pKa.
[0083] Avantageusement, l’unique réacteur comprenant le module de stripping et un module de récupération du phosphore est configuré pour opérer sous vide. Avantageusement également, des injections de gaz, c’est-à-dire du barbotage (en anglais « gas sparging ») dans cet unique réacteur peut être réalisé pour rendre plus efficace les opérations de récupération du phosphore et d’extraction par stripping de l’ammoniac gazeux.
[0084] La présente invention concerne également une méthode de traitement d’une source liquide 1 1 comprenant de l’ammoniaque et optionnellement du phosphore. Cette méthode de traitement peut être mise en oeuvre en utilisant n’importe lequel des systèmes de traitement précédemment décrits. La source liquide 11 comprenant de l’ammoniaque et optionnellement du phosphore telle que décrite précédemment est adaptée pour la méthode de la présente invention.
[0085] La présente invention concerne ainsi également une méthode de traitement d’une source liquide 11 comprenant de l’ammoniaque, la méthode comprenant une étape d’extraction de l’ammoniac gazeux à partir de l’ammoniaque compris dans la source liquide 11 . Cette étape est préférentiellement effectuée par un module de stripping, encore plus préférentiellement un module de stripping sous vide. Le liquide obtenu à l’issue de cette étape a donc une concentration en ammoniaque inférieure à celle de la source liquide 11 avant cette étape. Ce liquide obtenu à l’issue de cette étape est nommé le liquide de décharge 13.
[0086] L’ammoniac gazeux extrait par l’étape d’extraction est ensuite converti lors d’une étape de conversion de l’ammoniac gazeux extrait en diazote et dihydrogène 15. Cette étape est effectuée à l’aide d’un réacteur utilisant un plasma non-thermique couplé ou non à une catalyse, préférentiellement un réacteur de décharge plasma à barrière diélectrique (DBD). L’utilisation d’un tel réacteur pour la conversion de l’ammoniac gazeux est avantageuse car celle-ci permet de s’affranchir d’un besoin en chaleur élevée, contrairement aux méthodes classiques de craquage thermique pour lesquelles une chaleur importante est nécessaire, celle-ci dépendant du catalyseur utilisé.
[0087] La méthode de la présente invention peut être complétée lorsque la source liquide 11 comprend également du phosphore, la méthode comprenant alors une étape de récupération du phosphore dans la source liquide 11 et/ou dans le liquide de décharge 13. Cette étape peut être effectuée avec un module de récupération du phosphore tel que décrits dans les systèmes de la présente invention.
[0088] Dans un tel cas, la méthode peut comprendre la réception de mesure par des capteurs permettant d’évaluer la concentration en ammoniaque et/ou en phosphore de manière à déterminer si ces concentrations dépassent des seuils spécifiques pour lesquels une récupération du phosphore est industriellement intéressante. Notamment, ces seuils varient en fonction des matériaux disponibles à combiner avec le phosphore et/ou l’ammoniaque de la source liquide 11 ou du liquide de décharge, en fonction du matériau souhaité après la récupération et combinaison, notamment parmi les matériaux suivants : struvite, calcium phosphates, brushite, hydroxyapatite, ou autres. Ces seuils peuvent aussi varier en fonction du choix de l’opérateur, qui peut prioriser ou non l’extraction et la conversion de l’ammoniaque dans la source liquide 11 . Ainsi l’opérateur est capable, et le système de traitement permet, d’adapter le système selon un objectif ou un ou plusieurs seuils de concentration.
[0089] La méthode peut comprendre un outre une étape de réinjection du dihydrogène et du diazote 15 obtenu à l’issue de l’étape de conversion, ou bien seulement du dihydrogène, vers un digesteur anaérobie 31 ou vers un réacteur de méthanation 22. Dans le cas d’une étape de réinjection du dihydrogène seulement, la méthode comprend la purification et/ou la séparation du dihydrogène et du diazote à l’aide d’un module de purification et/ou séparation 21 .
[0090] Notamment, le digesteur anaérobie 31 vers lequel le dihydrogène ou le dihydrogène et le diazote 15 sont réinjectés peut fournir une source liquide comprenant de l’ammoniaque qui peut être réutilisée pour la méthode de la présente invention. Cependant dans un tel cas la liqueur issue du digesteur anaérobie 31 nécessite vraisemblablement un traitement préalable afin de réduire la quantité de solides. Cette étape préalable à l’apport de la source liquide 11 comprenant de l’ammoniaque, pour une étape d’extraction de l’ammoniac gazeux, comprend une étape de de séparation liquide/solide et/ou de déshydratation. Dans ce cas, un module de séparation liquide/solide 32 est nécessaire. Ce module peut être un module de séparation des solides de l’eau interstitielle, un module de déshydratation, un module de sédimentation, un module de filtration, un module de centrifugation, ou encore une combinaison de ceux-ci.
[0091] En outre, la méthode peut comprendre avantageusement une étape de concentration de l’ammoniaque et optionnellement du phosphore compris dans la source liquide 11 avant l’étape d’extraction de l’ammoniac gazeux à partir de l’ammoniaque compris dans la source liquide 11 . Cette étape de concentration peut être effectuée par un module de filtration par ultrafiltration, par nanofiltration, par osmose directe, par osmose inverse, ou encore par électrodialyse. Une combinaison de ces modules peut également être mise en oeuvre. [0092] La présente invention correspond également à une installation comprenant un système tel que décrit précédemment et/ou mettant en oeuvre la méthode telle que décrite précédemment.
[0093] Les différents modes de réalisation présentés dans cette description ne sont pas limitatifs et peuvent être combinés entre eux. En outre, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits mais s'étend à tout mode de réalisation entrant dans la portée des revendications.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système de traitement (10) d’une source liquide (1 1 ) comprenant de l’ammoniaque, le système comprenant un module d’extraction (12) sous forme d’ammoniac gazeux de l’ammoniaque compris dans la source liquide et produisant un liquide de décharge (13), et un module de conversion (14) de l’ammoniac extrait en diazote et dihydrogène (15), le module de conversion étant un réacteur utilisant un plasma non-thermique couplé ou non à une catalyse.
2. Système de traitement (10) selon la revendication 1 , le système comprenant en outre un module de concentration (16) de l’ammoniaque dans la source liquide (1 1 ) et fournissant une source liquide concentrée (1 1 a) en ammoniaque au module d’extraction (12).
3. Système de traitement (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le module de concentration (16) comprenant au moins un module de filtration par ultrafiltration, par nanofiltration, par osmose directe, par osmose inverse, ou par électrodialyse.
4. Système de traitement (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le module d’extraction (12) étant un strippeur, ledit strippeur étant configuré pour fonctionner sous vide.
5. Système de traitement (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, la source liquide (1 1 ) comprenant de l’ammoniaque étant de l’urine fermentée.
6. Système de traitement (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le système comprenant en outre un module de purification et/ou de séparation (21 ) du diazote et du dihydrogène extrait par le module de conversion (14).
7. Système de traitement (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un moyen de réinjection du diazote et du dihydrogène (15) produit par le moyen de conversion (14) de l’ammoniac extrait, ou un moyen de réinjection du dihydrogène purifié et/ou séparé du diazote, vers un réacteur de méthanation (22).
8. Système de traitement (30) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le système comprenant en outre, en amont du module de concentration (16), un digesteur anaérobie (31 ) fournissant au moins une liqueur de digestat anaérobie à un module de séparation liquide/solide et/ou un module de déshydratation (32), le module de séparation liquide/solide et/ou le module de déshydratation fournissant une fraction liquide étant la source liquide (1 1 ) comprenant de l’ammoniaque.
9. Système de traitement (20) selon la revendication 8, comprenant en outre un moyen de réinjection du diazote et du dihydrogène (15) produit par le moyen de conversion (14) de l’ammoniac extrait, ou un moyen de réinjection du dihydrogène purifié et/ou séparé du diazote, vers le digesteur anaérobie (31 ).
10. Système de traitement (20) selon l’une quelconque des revendications 2 à 9, la source liquide comprenant en outre du phosphore et le système comprenant en outre un premier module de récupération (23) du phosphore compris dans la source liquide (1 1 ) ou la source liquide concentrée (1 1 a), le module de concentration (16) de l’ammoniaque dans la source liquide étant également un module de concentration du phosphore présent dans la source liquide.
11. Système de traitement (20) selon l’une quelconque des revendications 2 à 10, la source liquide comprenant en outre du phosphore et le système comprenant en outre un second module de récupération (24) du phosphore compris dans le liquide de décharge (13), le module d’extraction (12) étant configuré pour maintenir une concentration résiduelle d’ammoniaque dans le liquide de décharge.
12. Système de traitement (20) selon l’une quelconque des revendications 10 ou 11 , le module d’extraction (12) étant un strippeur, et le premier ou le second module de récupération (23, 24) du phosphore et le strippeur étant compris dans un unique réacteur. Méthode de traitement d’une source liquide (11 ) comprenant de l’ammoniaque, la méthode comprenant les étapes suivantes : une étape d’extraction de l’ammoniac gazeux à partir de l’ammoniaque compris dans la source liquide et produisant un liquide de décharge (13), et une étape de conversion de l’ammoniac gazeux extrait en diazote et dihydrogène (15), l’étape de conversion étant effectuée avec un réacteur utilisant un plasma non-thermique couplé ou non à une catalyse. Méthode de traitement d’une source liquide (11 ) selon la revendication précédente, la source liquide comprenant en outre du phosphore, et la méthode comprenant en outre une étape de récupération du phosphore dans la source liquide, et/ou dans la source liquide après une étape de concentration du phosphore dans la source liquide, et/ou dans le liquide de décharge (13). Méthode de traitement d’une source liquide (11 ) selon l’une quelconque des revendications 13 ou 14, la méthode comprenant en outre une étape de réinjection du dihydrogène et du diazote extrait, ou du dihydrogène seul après purification ou séparation du diazote, vers un digesteur anaérobie (31 ) ou vers un réacteur de méthanation (22). Méthode de traitement d’une source liquide (11 ) selon l’une quelconque des revendications 13 à 15, la méthode comprenant en outre une étape préalable de concentration de l’ammoniaque compris dans la source liquide avant l’étape d’extraction de l’ammoniac gazeux à partir de l’ammoniaque compris dans la source liquide.
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