Fndae24WEB

Ministre de l'Agriculture et de la PcheFNDAE n 24Document technique

Performances des systmes de traitement biologique arobie des graissesGraisses isssues des dgraisseurs de stations d'puration traitant des effluents dominante domestiqueJean-Pierre Canler

Groupement de Lyon UR Qualit des eaux et prvention des pollutions 3 bis quai Chauveau CP 220 69336 Lyon Cedex 09 Tl. 04 72 20 87 87

Ce document a t ralis grce : au concours financier du Fond national pour le dveloppement des adductions d'eau (FNDAE), du ministre de l'Agriculture, et de la Pche (Direction de l'espace rural et de la fort) ; la participation de D. Gorini et de son quipe du laboratoire de chimie des eaux du Cemagref, groupement de Lyon ; l'aide de stagiaires dont C. Royer, tudiante en troisime anne l'ENGEES ; l'quipe traitement des eaux rsiduaires du Cemagref du groupement de Lyon, et plus particulirement J-M. Perret pour sa trs importante contribution.

Crdit photographique : J-L. Beckert, CemagrefCouverture Racteur de traitement couvert, local de prparation et de stockage des nutriments p. 7 et 13 Dgraisseur, racleur entranant les graisses flottes vers la goulotte de rcupration p. 17 et 29 Racteur de traitement des graisses non couvert, ar et brass en continu p. 37 Filasses conduisant au bouchage des organes de pompage p. 45 Racteur de traitement couvert, locaux des surpresseurs et de prparation des nutriments

Ministre de l'Agriculture et de la pche ISBN 2-11-092851-4 ; Cemagref 2001 Cemagref ditions ISBN 2-85362-556-7 Performances des systmes de traitement biologique arobie des graisses Graisses issues des dgraisseurs de stations d'puration traitant des effluents dominante domestique. Jean-Pierre Canler (Cemagref) Document technique FNDAE n 24, 2001. 1re dition Coordonne par le Cemagref : conception et cration graphique : Julienne Baudel ; infographie : Franoise Peyriguer. Dpt lgal : 2e trimestre 2001 Impression : Jouve, 18 rue Saint-Denis, BP 2734, 75027 Paris Cedex 01. Diffusion : Publi-Trans, ZI Marinire 2, Rue Dsir Prvost, 91080 Bondoufle, Tl. 01 69 10 85 85, Fax. 01 69 10 85 84. Diffusion aux libraires : Technique et documentation Lavoisier, 14, rue de Provigny, 94236 Cachan Cedex, tl. 01 47 40 67 00. Prix :12,96 e (85 FF)

Sommaire

CHAPITRE I : G DFINITIONS

N R A L I T S

S U R

L E S

L I P I D E S

7 7 8 9

PRINCIPALES CARACTRISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DES LIPIDES GISEMENT GRAISSEUX EN FRANCE ET SES NUISANCES

D

CH A P I T R E II : C A R AC T R I S ATION 'PURATION . RECOMMANDAT I O N S E T L ' A N A LY S E DGRAISSEUR

D E S S U R

G R A I S S E S L

S U R

S TAT I O N S

'CHANTILLONNAGE

13 13 13 17 17 21 29 29 31 32

RECOMMANDATIONS CONCERNANT LA CARACTRISATION DU DCHET GRAISSEUX

CHAPITRE III :

L E

T R A I T E M E N T

D E S

G R A I S S E S

RECENSEMENT DES PRINCIPALES TECHNIQUES DE TRAITEMENT DES GRAISSES LE TRAITEMENT BIOLOGIQUE AROBIE DES GRAISSES CHAPITRE IV RAPPELS CARACTRISATION DU DCHET GRAISSEUX CARACTRISATION DE LA BIOMASSE PRSENTE DANS CES RACTEURS :R S U LTAT S

PERFORMANCES OBTENUES AUTRES RSULTATS CH A P I T R E

33 34

V :

R E C O M M A N DAT I O N S

T E C H N I Q U E S

37 37 41 43 45 47 50

DIMENSIONNEMENT DES INSTALLATIONS QUIPEMENTS SPCIFIQUES EXPLOITATION DE CES RACTEURS

C

H A P I T R E

VI :

C O N C L U S I O N

LISTE BIBLIOGRAPHIQUE LISTE DES ANNEXES

Introduction

e pr-traitement des eaux uses domestiques gnre diffrents sous-produits dont les dchets graisseux. Dans la majorit des cas, le principal dbouch actuel retenu en France est leur mise en dcharge. Mais, compte tenu de la nouvelle rglementation applicable partir de 2002, ces rsidus considrs comme non ultimes en raison de leur traitabilit, de leur faible siccit et de leur taux lev en matire organique, ne seront plus accepts dans les centres d'enfouissement techniques. Plusieurs filires de traitement ont t mises au point et/ou sont en cours de dveloppement. Le traitement biologique arobie des graisses est le procd le plus prometteur. Cette filire de traitement est relativement rcente et donc encore peu connue des matres d'uvre et d'ouvrage. Le prsent document est principalement ax sur le traitement biologique arobie des graisses. Il retrace d'abord les caractristiques qualitatives et quantitatives des dchets graisseux issus des dgraisseurs de stations d'puration traitant des effluents dominante domestique, ainsi que les nuisances et difficults qu'ils peuvent engendrer dans la gestion des filires de traitement des eaux uses. Puis il se concentre sur le traitement biologique arobie de ces produits, en faisant plus particulirement le point sur les paramtres de dimensionnement et de fonctionnement de ce procd, ses performances, ses limites, tout en apportant des recommandations afin d'en faciliter l'exploitation courante.

L

Chapitre I

GNRALITS SUR LES LIPIDES

DfinitionsLESLIPIDES

1987). Par simplification, la formule chimique dun triglycride peut scrire : CH2 CH CH2 Glycrol (alcool) 0 CO 0 CO 0 CO Liaisons (ester) R1 R2 R3 Acides gras

Les lipides sont des esters composs dalcool et dacides gras plus ou moins longue chane qui peuvent dans certains cas se combiner avec dautres lments. La raction destrification est la suivante : alcool + acides gras ester + eau Lhydrolyse dun lipide correspond la raction inverse. Elle peut tre biologique par lintermdiaire denzymes ou chimique (saponification) par ajout dune base. On parlera : ! de lipides simples : esters dacides gras et de divers alcools, ! de lipides complexes : di- ou triesters auxquels sajoutent divers groupements phosphors. lentre des stations dpuration, les lipides sont essentiellement dorigine animale ou vgtale. On les nomme aussi matire grasse ou graisses, et sont principalement composs de triglycrides 98 % de la masse (Entressangles,

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Le glycrol possde trois fonctions alcools, on parle de : ! mono-glycride lorsquune fonction alcool est estrifie, ! diglycride lorsque deux fonctions alcools sont estrifies, ! triglycride lorsque les trois fonctions alcools sont estrifies. On parlera galement de : ! triglycrides simples lorsque les acides gras sont identiques (R1= R2 = R3), et de ! triglycrides mixtes lorsque les acides gras sont diffrents : cas des corps gras alimentaires.

Performances des systmes de traitement biologique arobie des graissesGraisses issues des dgraisseurs de stations d'puration traitant des effluents dominante domestique

LES ACIDES

GRAS

Tous les acides gras sont constitus dune chane hydrocarbone comprenant un groupement mthyle (CH3-) lune de ses extrmits et un groupement carboxyle (-COOH) lautre extrmit (Entressangles,1987). Les acides gras se diffrencient entre eux par : ! la longueur de la chane carbone

! acide linolque C18H32O2 : acide gras polyinsatur (C18 : 2) : deux doubles liaisons Dans notre domaine dtude, les principaux acides gras recenss sont gnralement composs dun nombre pair datomes de carbone, compris entre 12 et 18. On parlera dun produit gras partir de six atomes de carbone. lentre dune station dpuration, le dchet graisseux est compos dacides gras libres (hydrolyss) et dacides gras estrifis. Ainsi, un dchet graisseux moyen obtenu aprs analyses de nombreux chantillons aux origines diverses (bac graisses, entre de station dpuration, rseau) rvle une trs grande htrognit dans sa composition. On observe de nombreux acides gras diffrents : les C18 mono-insaturs reprsentant 40 % des acides gras totaux ; les C18 poly-insaturs reprsentant 15 % des acides gras totaux : acide linolique ; et les C16 saturs reprsentant 25 % des acides gras totaux : acide palmitique. Un indice dacidit faible, infrieur 25 %, est rvlateur dun degr dhydrolyse peu important.

de 6 10 atomes de carbone : acides gras courte ou moyenne chane appels acides butyreux ;

8

de 12 22 atomes de carbone : acides gras chane longue, ce sont les acides gras proprement dits ; plus de 22 atomes de carbone : acides gras trs longue chane appels acides cireux.! le degr de saturation de cette chane carbone, qui dsigne la prsence ou labsence de doubles liaisons. On parlera :

8

dacides gras saturs lorsquil y a absence de double liaison dans la chane hydro-carbone. La chane aliphatique est sature et sa formule est de type (CnH2nO2) ; titre d'exemple, C16H32O2 acide palmitique C18H36O2 acide starique

Principales caractristiques physico-chimiques des lipidesLa longueur de leur chane carbone, le degr de saturation de cette chane et lisomrisation * vont avoir une influence importante sur les proprits des acides gras, et par consquent des lipides. En effet : ! linsolubilit dans leau des acides gras saturs augmente avec le nombre datomes de carbone constituant la molcule et le caractre gras napparat qu partir de six huit atomes de carbone (Beture, 1996). ! la biodgradabilit des corps gras est facilite lorsquils comportent des acides gras insaturs (Beture, 1996). loppos, les acides gras

dacides gras insaturs lorsquil y a prsence dune double liaison (mono-insaturs) ou de plusieurs (poly-insaturs).La nomenclature retenue pour ces acides est la suivante : Cx : y avec x : le nombre datomes de carbone dans la molcule. y (insaturs) : le nombre de doubles liaisons. titre d'exemple : ! acide olique C18H34O2 : acide gras monoinsatur (C18 :1) : une double liaison* position des chanes carbones par rapport aux doubles liaisons


saturs prsentent une plus grande stabilit et leur assimilation est plus difficile. ! le point de fusion augmente avec la longueur de la chane carbone, diminue avec le nombre de doubles liaisons, lui-mme tant dpendant de lisomrisation. Les tempratures de solidification des corps gras alimentaires varient en fonction de leur composition en acides gras (Entressangles, 1987) : cf. annexe I 2. Les acides gras saturs sont le plus souvent solides la temprature ordinaire. En revanche, les acides gras insaturs sont liquides ces mmes tempratures, cest le cas des huiles. Les lipides sont gnralement prsents dans la phase aqueuse sous une forme disperse. Les gouttelettes dhuile sont entoures de matires facilitant lmulsion : protines, phospholipides, dtergents, amidon et ses drivs. La matire grasse mulsionne prsente une surface de contact avec leau plus leve que la matire grasse non mulsionne. Le substrat est donc plus accessible aux micro-organismes. Cette mulsion facilite le transport de la matire grasse car elle vite les dpts, mais elle diminue lefficacit des sparateurs (Thonart, 1997). ! Enfin, la densit des lipides est infrieure celle de leau. titre indicatif, voici les masses volumiques de quelques corps gras : 910 kg/m3 pour le beurre, 917 kg/m 3 pour lhuile dolive, 922 kg/m3 pour lhuile de tournesol.

! ltape de dgraissage-deshuilage des stations dpuration, ! la collecte des bacs graisses de restaurants, ! les diffrentes tapes de prtraitements ou de traitements par les industriels, essentiellement les industries agro-alimentaires, ! les vidanges des chapeaux graisseux provenant de lassainissement autonome (Maillet, 1997). Ces dchets graisseux sont communment appels graisses . Ils sont en fait trs htrognes et constitus par : ! des matires organiques biodgradables (principalement des corps gras), ! des matires non biodgradables (dbris divers), ! des matires dissoutes, ! de leau, ! dautres polluants (hydrocarbures, mtaux lourds), gnralement en faible quantit (Maillet, 1997). Plus particulirement, les graisses rcupres au niveau des dgraisseurs situs en tte des stations dpuration proviennent des eaux rsiduaires (mnagres et vannes) et des matires de vidange rceptionnes (industries, restaurants, habitations disposant dassainissement individuel).

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QUANTITSOn estime entre 300 000 et 450 000 m3 le volume de dchets graisseux collects chaque anne en France. Ce gisement est en augmentation, ce qui sexplique en partie par les progrs de lassainissement : taux de raccordement, efficacit des ouvrages, meilleure gestion des ouvrages (collectifs et individuels), meilleur entretien des rseaux (ANRED, 1989 : M. de Lauzanne). Voici lvaluation des principaux gisements de graisses en France :

Gisement graisseux en France et ses nuisancesDFINITIONDU GISEMENT GRAISSEUX

On dsigne par dchets graisseux les rsidus issus principalement de :


Industries Bacs graisses (I.A.A. surtout) 32% 29% de restaurants sainissement Station d'puration 16% As tonome dgraissage 23% au

traintes dexploitation en raison de lencrassement frquent des poires de niveau provoquant des dysfonctionnements et de la formation de chapeaux graisseux dans les diffrents postes de relvement. ! Elles sont responsables de nuisances olfactives dans les rseaux et sur station en raison de leur caractre fermentescible important. . ! Les graisses constituent un substrat privilgi pour la croissance de certains organismes filamenteux hydrophobes [GIS Mousses, 1993] comme Microthrix Parvicella qui affecte la dcantabilit de la boue et Nocardia amarae qui est lorigine de mousses brunes visqueuses et stables susceptibles de crer des problmes dexploitation et des rejets non conformes. ! Dans les bassins daration, elles rduisent les transferts doxygne deux niveaux diffrents : au niveau du floc, par adsorption sur celui-ci (cration dun film lipidique qui rduit le transfert doxygne dissous entre leau et le floc) et au niveau de la surface du bassin par la constitution dune pellicule entre lair et leau. Des mesures ont montr que les huiles rduisaient le coefficient de transfert de laration. Un ajout de 10 mg/l de lipides dans un bassin daration en prsence de boues abaisse la dissolution de loxygne de lordre de 10 %. Des travaux ont montr que cette diminution du cfficient de transfert intervient aussi bien en eau claire quen boue. Pour les mesures en boue, la diminution du transfert est fonction de la concentration en lipides dans le milieu. Cette relation na pas t observe en eau claire. ! Lorsque les graisses sont prsentes en trop fortes concentrations dans les boues, elles affectent les performances de la dshydratation. Elles pnalisent galement la phase dpaississement par leur volution rapide en milieu anarobie (fermentation induisant des remontes de boues).

daprs I. Maillet (1997)

Daprs une tude de lagence de lEau Loire Bretagne (Beture, 1996), le gisement des graisses industrielles serait suprieur 60 000 tonnes/an. Il faut noter quune partie de ces graisses est rcupre au niveau des prtraitements des industries avant rejet au rseau communal.

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10

Pour ce qui est des graisses en provenance de la restauration (issues des bacs graisses de restaurants), on value le gisement environ 230 000 tonnes/an, avec une incertitude importante de lordre de 90 000 tonnes/an tant donn le manque de statistiques sur le sujet et les difficults de prlvement et danalyse. Ces dchets devraient tre collects mais certains restaurateurs les rejettent dans le rseau (avec ou sans ajout de bio-additifs), et les bacs graisses collects le sont souvent quand leur capacit est largement dpasse (lexcdent ayant dj t dvers dans le rseau). Enfin, on estime le ratio moyen de graisses domestiques rejetes par habitant et par jour de 16 18 g de MEH, soit 7,3 kg de lipides par an et par quivalent-habitant (Bridoux, 1992).

NUISANCES

ENGENDRES PAR LES GRAISSES

Les graisses prsentes dans leffluent traiter posent de nombreux problmes dans le domaine de lpuration. ! La solidification de certaines graisses temprature ambiante associe leur caractre insoluble peut entraner le colmatage des canalisations (du rseau dassainissement ou de la station dpuration) et des supports de culture dans les stations dpuration cultures fixes. Leur prsence augmente le plus souvent les con-


! Le dchet graisseux reprsente une grande partie de la pollution organique des eaux brutes lentre de la station dpuration, estime environ 35 % de la DCO totale traiter. ! Enfin, la raction stchiomtrique thorique des besoins en oxygne (DCO) pour oxyder un compos graisseux (C18) peut tre calcule.51 C18 H34 O2 + O2 " 18 CO2 + 17 H2O 2

Les valeurs exprimentales obtenues au Cemagref sur la matire grasse extraite au chloroforme et au ttrachlorure de carbone partir dune centaine dchantillons deffluents domestiques et agro-alimentaires donnent la valeur moyenne suivante : 1 mg de lipides est quivalent 2,3 mg de DCO. Plus rcemment, la difficult de prlvement pour lanalyse du dchet graisseux a ncessit lhydrolyse de lchantillon par saponification, entranant ainsi un produit beaucoup plus soluble pour les prises dchantillons. Cette saponification facilite loxydation et, dans ce cas, le mg de lipides quivaut 2,4 2,5 mg de DCO.

titre dexemple, loxydation dun gramme dacide olique (C18 H34 O2) dun poids molculaire de 282 grammes ncessite la prsence de 2,89 grammes doxygne (816g/282g) pour tre totalement oxyd, ce qui correspond une DCO de 2,89 grammes.

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Chapitre II

CARACTRISATION DES GRAISSES SUR STATIONS D'PURATION. RECOMMANDATIONS SUR L'CHANTILLONNAGE ET L'ANALYSEDgraisseurCompte tenu des principales nuisances voques prcdemment, le dgraissage des effluents en tte de stations dpuration, et plus particulirement le pigeage des graisses dites particulaires voire flottables, est indispensable. Les performances des dgraisseurs sont trs variables et dpendent de nombreux facteurs, comme la concentration dentre, le type de graisse, le degr dhydrolyse des acides gras, la conception de louvrage 1980). Une attention toute particulire devra donc tre apporte au prlvement. Lautomatisation du prlvement est rarement envisageable, voire trs fortement dconseille. La charge journalire est souvent approche par le stockage du dchet graisseux dans une bche approprie o une agitation intense devra tre envisage lors du prlvement. En labsence de stockage, lchantillon ponctuel nest pas reprsentatif et ne peut tre retenu en raison dune trs forte variabilit de la nature et de la concentration du produit au cours de la journe. Dans ce cas, le stockage des graisses racles dans la goulotte de rcupration, renouvel plusieurs fois au cours de la journe, peut tre envisag avec la mise en place dune agitation artificielle lors des prlvements. Le flux de graisses traiter pourra aussi tre estim par la production de boues du racteur biologique des graisses. Avant toute analyse, la prparation de lchantillon brut est indispensable : prlvement en plusieurs fois (entre cinq et dix) accompagn dune agitation pousse pour

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Recommandations concernant la caractrisation du dchet graisseuxLCHANTILLONNAGEET LE STOCKAGE

Le prlvement des produits graisseux pose dimportantes difficults de reprsentativit compte tenu de la nature mme du produit (Duchne,


la confection dun chantillon, puis stockage dans un flacon en verre ; broyage de lchantillon laide dun broyeur de laboratoire pendant cinq dix minutes ; acidification pH 2 pour stopper toute activit biologique, et conservation 4 C.

ce qui rvle une amlioration de la capacit doxydation.

ANALYSE

DES LIPIDES

Mthodes quantitatives Plusieurs mthodes sont actuellement utilises. Elles se diffrencient par le solvant et par la technique de mesure utilise. Les plus courantes sont : une mesure dabsorbance de la solution extraite par les infrarouges ; ou une mesure gravimtrique (donc une pese) avant et aprs vaporation du solvant. On observe des rendements dextraction diffrents suivant les solvants retenus. De nombreux travaux ont rvl que les rendements dextraction les plus importants sont obtenus avec le chloroforme (cf. annexe II 4). La classification des rsultats moyens, par rapport au ttrachlorure de carbone (CCl4), est la suivante : chloroforme (SEC) : 10 % en plus de lipides ; hexane (MEH) : 10 % en moins de lipides. La mthode retenue par le Cemagref, base sur lutilisation du CCl4, est motive par les trois raisons suivantes. Le dosage prend en compte les acides gras volatils. Avec les autres techniques, le risque de pertes par vaporation est important. La limite de dtection est plus faible (0,2 mg/l). Cette mthode est donc applicable pour des chantillons faiblement concentrs. Cette prcision est obtenue par la lecture au spectro-photomtre infrarouge. Les acides gras petites chanes (nombre datomes de carbone < 8) sont doss. Ce nombre d'atomes de carbone est la rfrence pour dcrire la caractristique graisseuse du produit (cf. annexe II 3).

LES

ASPECTS ANALYTIQUES

Afin de caractriser le dchet graisseux, lanalyse de la DBO5 nest pas envisageable et sera approche par le paramtre DCO. En effet, le paramtre DBO5 nest pas adapt ce produit particulaire, fort caractre hydrophobe et compos de molcules complexes entirement biodgradables mais pour des temps de sjour importants suprieurs cinq jours.

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14

ANALYSE DE

LA

DCO

De nombreuses prcautions doivent tre prises (cf. annexe II 2). les chantillons graisseux sont trs htrognes et la fraction lipidique est dans la majorit des cas sous forme particulaire et trs hydrophobe. La solubilit et lhomognit du produit peuvent tre amliores par une raction de saponification en formant un sel dacide gras (savon) beaucoup plus soluble. Cette saponification est effectue par ajout de soude jusqu un pH de 13 ; le prlvement se fera par pese, de lordre de 40 50 g de produit ; des dilutions avant analyse seront effectues suivant la concentration du produit de dpart. Les prises dessais pour les diffrentes dilutions, dun volume suprieur 50 ml, seront ralises la fiole jauge.

Remarques : lors des ractions de saponification, lhydrolyse est totale et aboutit la formation de molcules plus petites. Sur un mme chantillon, les valeurs de DCO obtenues sont toujours plus leves aprs une saponification,


Mthodes qualitatives La mthode la plus couramment utilise est la chromatographie. Elle permet de sparer et de doser sparment les acides gras ainsi que les esters dacides gras.Ce point ne sera pas abord dans le document. Lanalyse qualitative permet de recenser les types dacides gras caractrisant lchantillon et dapprcier la part de lipides hydrolyss avant le traitement arobie des graisses.

Les variations du ratio DCO/lipides mthode dextraction sont ainsi : avec le chloroforme ~ avec le CCl4 ~ ~ avec lhexane

selon la 2,30 2,56 2,88

et par la difficult doxydation complte de la molcule lors de lanalyse de la DCO. Dans tous les cas de figures, le ratio DCO/ lipides devra tre suprieur 2,3. Des valeurs plus faibles sont des indicateurs derreurs analytiques importantes. Lorsque lhydrolyse samorce ou est bien tablie, le ratio DCO/lipides peut lgrement augmenter. Le mcanisme de lhydrolyse peut tre schmatis comme ci-dessous :TriglycrideO||

ANALYSE

DES

MES

La matire sche est obtenue par pese aprs schage 105 C durant 24 heures. Pendant ce schage, certains composs peuvent svaporer en partie, en particulier certaines graisses plus volatiles. Des essais en laboratoire ont permis dapprcier ces pertes pouvant tre suprieures 10 % pour des graisses issues dindustries. Ce point est important pour deux raisons : des prcautions doivent tre prises sur linterprtation du ratio lipides/MVS (on rappelle qu1g de lipides apporte 1g de MVS) ; le dosage des graisses partir des matires sches est proscrire.

Glycrol + acide gras

R C O CH2 R C O CH||

CH2 OH

O||

CH OH + 3 (R C OH) H2 O

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O

R C O CH2||

RATIO DCO/LIPIDESDaprs la raction stchiomtrique thorique doxydation des lipides (C18), 1 g de lipides apporte 2,89 g de DCO. Or, les ratios issus de la caractrisation relle des dchets graisseux obtenus sur plusieurs sites sont diffrents et tendent vers une valeur se situant entre 2,3 et 2,5. Ces diffrences peuvent sexpliquer : par les rendements dextraction diffrents en fonction des solvants utiliss. titre dexemple, pour un mme chantillon graisseux analys, les principaux rsultats obtenus sont les suivants :DCO Lipides chloroforme CCL4 hexane 23 g/l 10 g/l 9 g/l 8 g/l

O DCO lipides

2,3 2,5

poids molculaire 833 g

Aprs hydrolyse, la quantit massique de lipides obtenue est plus faible en raison de la perte de la molcule de glycrol, par contre la DCO est quivalente entre le triglycride et le produit de lhydrolyse, ce qui aboutit laugmentation du ratio DCO/lipides. Le ratio DCO/lipides nest pas suffisamment prcis pour apporter des indications sur le degr dhydrolyse (ge du dchet graisseux). En revanche,le degr dhydrolyse peut sapprcier par la valeur de pH (forte production dacide gras) et par la mesure de lindice dacidit (voir Norme franaise NF ISO 660 daot 1996) ou par une analyse qualitative.


CH2 OH glycrolacides gras en C16 C18

DCO lipides 92 g

> 2,5

768 g

Chapitre III

LE TRAITEMENT DES GRAISSES

Le recensement des principales techniques de traitement des graissesLes dchets graisseux sont des produits trs fermentescibles pouvant gnrer une pollution importante du milieu naturel et des nuisances olfactives. Les installations de traitement de tels dchets sont des installations classes, selon le dcret du 21 septembre1997 de la rglementation destine la protection de lenvironnement. Diffrentes solutions existent pour traiter ou liminer les dchets graisseux collects.

solutions alternatives doivent tre rapidement adoptes. Jusqu ce jour, cette solution tait trs rpandue mais la tendance des responsables des Centres denfouissement technique (CET) est de refuser de plus en plus leur admission. Ladministration essaye donc de limiter le nombre de ces dcharges, de contrler strictement leur gestion en raison de la saturation des sites existants et de lapplication de la nouvelle rglementation. La mise en dcharge tait dj soumise aux dispositions de la circulaire du 11 mars 1987 interdisant ladmission de dchets fermentescibles dont la teneur en eau dpasse 70 %.

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STOCKAGELa mise en dcharge contrle de classe II pour les dchets assimils des ordures mnagres nest quune solution temporaire. En effet, la loi du 13/07/1992 (arrt dapplication du 1/03/1993) dfinit la notion de dchets ultimes (comme rsidus non recyclables, non valorisables ou non transformables par un procd existant et un cot raisonnable) et prcise que seuls les dchets ultimes seront admis en dcharge partir du 1er juillet 2002. Des

RECYCLAGELIPOCHIMIECertaines graisses peuvent tre rutilises en lipochimie mais elles ne concernent pas les dchets graisseux issus de stations dpuration en raison des exigences de qualit demandes.

ALIMENTATION POUR

ANIMAUX

La rutilisation des graisses dans la fabrication daliments pour le btail ne concerne pas non


plus les dchets graisseux issus des stations dpuration. En effet, tout dchet gras mis en contact avec les matires fcales, collect de faon non slective, ou possdant un indice dacidit suprieur 10 %, ne peut prtendre ce type de traitement.

CONCENTRATION (PR-TRAITEMENT)FLOTTATION (OUAROFILTRATION)

Ce procd permet de limiter les volumes transporter grce l'obtention d'une siccit suprieure 30 %.

PANDAGELpandage est une solution largement utilise pour les boues de stations puisquil concerne 50 % des boues produites, mais galement pour les dchets graisseux puisquil est utilis pour au moins 28 % dentre eux.

COAGULATION-NEUTRALISATIONFLOCULATION

18

18

Du point de vue rglementaire, lpandage est soumis au Rglement sanitaire dpartemental (RSD). Mais les corps gras ny sont pas nommment cits bien quils fassent partie des dchets pour lesquels le RSD prcise les bonnes pratiques permettant dviter la pollution des eaux (distances du point sensible et priodes dpandage notamment). Du point de vue de la fertilisation, le dchet graisseux est peu intressant en raison de sa teneur trs faible en azote et phosphore. De plus, lors de lpandage, les graisses peuvent entraner un certain nombre dinconvnients : asphyxie des sols (Beture, 1996) ; mauvaise biodgradabilit des graisses sur les sols ; et une inhibition de la germination par les acides gras (Hlaine, 1995). Un pandage massif de graisses seules nest donc pas envisageable, et les quantits prconises, de lordre de 1 3 tonnes de graisses/ha/an, semblent tre raisonnables. Un apport de chaux peut, par ailleurs, tre ncessaire pour neutraliser les odeurs (Beture, 1996). titre indicatif, le cot de lpandage de graisses mlanges des boues (chaulage et stockage inclus) est compris entre 150 et 180 FHT/t de mlange (Beture, 1996).

Cest un procd physique bas sur une coagulation au FeCl3 suivie dune neutralisation par du lait de chaux et dune floculation par ajout dun floculant organique. Les boues sont ensuite paissies et dshydrates. Ce procd ne traite pas la matire organique, il ne fait que la concentrer et le dchet obtenu ne pourra plus tre mis en dcharge aprs 2002. Leffluent issu des phases dpaississement est encore trs charg et ncessite un traitement avant rejet dans le milieu rcepteur (Hlaine, 1995).

PROCD LIPOVALCe procd a t dvelopp par le CREED (Centre de recherche et dessai pour lenvironnement et le dchet) et la socit ECOPUR. Il comporte deux tapes : une sparation de leffluent en trois phases (solide, aqueuse et grasse), ralise par chauffage et coagulation au moyen dagents naturels ; une valorisation de la fraction grasse, en qualit de bio-fioul ou de matire premire de seconde gnration, pour lalimentation animale ou la lipochimie. La qualit et la destination finale du concentr gras dpendent videmment de lorigine du dchet graisseux entrant. Le concentr gras obtenu a un pouvoir calorifique denviron 80 % de celui du fuel domestique (qui est de 42 000 kj/kg brut) et sa teneur en soufre est 5 10 fois infrieure ce dernier. Les caractristiques des diffrentes phases sont globalement constantes avec : une phase solide trs organique, avec un PCI infrieur celui des ordures mnagres ;


une phase aqueuse trs importante en volume qui ncessite un pr-traitement avant dtre valorise ; une phase grasse (solide temprature ambiante) qui sera hyginise par chauffage 90 C avant dtre valorise.

DGRADATIONINCINRATION

OU LIMINATION

temps de sjour dans le racteur de traitement des graisses peuvent tre diminus. Cette saponification induit dans des milieux brasss, et surtout ars, un moussage excessif pouvant entraner dnormes contraintes dexploitation. Ce moussage peut tre limit par lutilisation de chaux entranant un prcipit de sels dacides gras. ! Procd WPO (Bonnard, 1992) Cest un procd de traitement des effluents industriels aqueux chargs en matires organiques, pouvant tre toxiques et/ou non biodgradables. Il met en uvre du peroxyde dhydrogne haute temprature en prsence dun catalyseur ferreux, pH lgrement acide. Le degr doxydation obtenu dpend de la dose de peroxyde dhydrogne applique. Pour les graisses de stations dpuration le plus souvent non accompagnes de toxiques, cette technique au cot lev prsente peu dintrt car le traitement ultime ne doit pas systmatiquement tre recherch.

Elle peut tre ralise spcifiquement ou conjointement avec des ordures mnagres ou des boues de stations dpuration. Les dchets graisseux doivent tre pralablement dshydrats en raison de leur forte teneur en eau. Les dchets graisseux dshydrats peuvent provoquer des coups de feu dans les fours, inconvnient majeur pour la gestion des boues. Lincinration des graisses seules ncessite une siccit de lordre de 20 % et reprsente un PCI important (entre 33 500 45 000 kj/kg de matire grasse). Ce procd entrane le traitement des fumes, ce qui augmente le cot de traitement.

19

COMPOSTAGE ET

LOMBRICOMPOSTAGE

TRAITEMENTSCHIMIQUES

ET

CONDITIONNEMENTS

! Compostage Les dchets graisseux sont mlangs un support (vgtaux ou sciures par exemple) et moyennant un apport de nutriments (N et P) on obtient au bout de quelques mois, aprs une phase de maturation, un produit stable et non odorant pouvant tre utilis en compost. Ce sont gnralement les techniques en andains ou en tas qui sont utilises. Le compostage permet une diminution de 40 % du volume brut initial, une diminution de lhumidit de 30 % et lhyginisation du produit final par la chaleur. On obtient un rsidu riche en matires humifiables, en sels minraux et en micro-organismes. Sa facilit de mise en uvre et lintrt conomique quils prsentent sont intressants mais il est impratif de procder au pralable une tude

! Conditionnement chimique par saponification (Kallel, 1994) La saponification est une hydrolyse en milieu alcalin. Les acides gras apparaissent alors sous forme de savons (sels dacides) et non dacides. Ce traitement permet de liqufier et dhomogniser le produit gras car ces savons sont beaucoup plus solubles dans leau que les acides gras. La quantit moyenne de soude utile pour la raction de saponification est denviron 40 g de soude par kg de graisse sche (matire sche) mais elle dpend bien sr de ltat dhydrolyse du produit graisseux traiter. Une fois les graisses saponifies par ajout de soude, le produit peut subir un traitement biologique arobie (cf. page 21). Dans ce cas, les


de march local pour trouver des dbouchs. Une grande surface impermable et btonne, avec rcupration des jus, est ncessaire. Il faut aussi remarquer que ce traitement entrane des nuisances olfactives et les quantits de graisses mises en jeu sont assez faibles par rapport aux autres matires utilises. Ce procd est sensible aux prcipitations et le temps requis lobtention dun produit de qualit est assez long (Beture, 1996). En effet, lors dune exprience de co-compostage dchets verts/boues de stations d'puration/dchets gras, seulement 50 % des matires grasses ont t dgrades aprs deux mois de compostage actif et trois mois de maturation.

lement de la population bactrienne. En exploitation, on peut redouter la formation dune crote surnageante et lacidification du milieu (ANRED, 1989, M. Defaye). Les rendements dlimination varient de 50 60 % pour les MES et la DCO totale. Les volumes de gaz produits sont de lordre de 0,5 m3 de gaz/kg de DCO limin dont 60 65 % de mthane et 30 35 % de CO2 (AESN, 1994). ! Les bioadditifs Ces produits sont trs nombreux sur le march. Ils se prsentent sous forme liquide ou en poudres lyophilises et contiennent des bactries lipolytiques slectionnes (essentiellement de type arobie facultatif) en grande quantit auxquelles peuvent tre associes dautres substances (enzymes, nutriments...). Les produits en poudre sont les plus rpandus actuellement. Ils ncessitent une ractivation avant ensemencement du milieu traiter alors que les produits liquides sont confronts un problme de conservation (puisement de la solution dans le temps). Diffrents crneaux dutilisation existent en fonction du point dinjection : injection dans les racteurs de traitement biologique des graisses, avec une injection continue ou uniquement pour lensemencement ; injection dans le dgraisseur pour lhydrolyse et ventuellement lassimilation ; injection dans le bassin daration ou au sein du rseau dassainissement. Les bactries utilises ne sont pas stables dans le temps et ont des difficults dacclimatation dans les milieux. Il est ncessaire densemencer rgulirement le racteur, ce qui augmente le cot dexploitation (de 80 600 F HT/m3 de graisses traiter). ! Traitement biologique arobie Cette technique prsente lavantage dtre facile mettre en uvre. Elle peut tre associe un conditionnement chimique (saponification) ou

20

! Lombricompostage (ou vermiculture) Il sagit de dvelopper des vers rouges Eisina Ftida andrei sur un support constitu dun mlange graisses/boues de stations dpuration ou paille ou fumier. Lobtention dun produit stable et non odorant est plus rapide que pour un compostage classique. Le lombricompostage est peu dvelopp en France. Son intrt conomique par rapport au compostage traditionnel est faible pour un gisement important. Il sagit surtout dun traitement dappoint simple pour les structures faible production (en France, les deux seules grosses structures ayant exist sont situes Toulouse et Vannes). De plus, la qualit et le comportement du produit obtenu vis--vis du sol et de la plante sont encore mal connus et le taux de dgradation apparent est faible.

20

TRAITEMENT BIOLOGIQUE! Traitement biologique anarobie Ce traitement comporte trois phases : hydrolyse et solubilisation puis action des bactries dans lactognse et la mthanognse. Les charges volumiques appliques se situent entre 5 et 10 kg de DCO/m3 de racteur.j et les conditions optimales sont un pH entre 6 et 8, une temprature entre 30 et 40 C et un potentiel redox infrieur - 350 mV. Il permet de bonnes performances mais il est difficile contrler du fait du faible taux de renouvel-


lutilisation de bioadditifs. La prsente tude concerne uniquement le traitement biologique arobie sans apport de bioadditifs.

Le traitement biologique arobie des graissesLensemble de ce paragraphe reprend les donnes acquises et connues sur ce procd au dbut des exprimentations.

Cette hydrolyse gnre des composs intermdiaires comme des diglycrides et des monoglycrides. En milieu aqueux, cette hydrolyse est rapide, complte et seffectue aussi bien sur la partie adsorbe que sur la fraction prsente dans leau interstitielle. Rappelons que ces lipides, caractriss par leur caractre hydrophobe, ont une capacit dadsorption trs importante sur les particules. Les acides gras sont ensuite absorbs par la biomasse.

LA

BTA-OXYDATION

PRINCIPELE MCANISME DE TRAITEMENTLes graisses vont subir dabord une hydrolyse biologique grce aux exo-enzymes appeles lipases (coupure au niveau des liaisons esters) pour former des acides gras et des alcools. Des endoenzymes vont ensuite catalyser l'hydrolyse de ces acides gras majoritairement longues chanes par une succession de coupures oxydatives (mcanisme de la bta-oxydation) pour former de lactyl co-A, tape pralable la respiration pour aboutir la formation de CO2, deau et dnergie ncessaire la multiplication cellulaire. Ces ractions sont arobies et ncessitent un apport doxygne.

Ce mcanisme est intracellulaire et beaucoup plus complexe, il ne sera pas dtaill dans ce document. Les acides gras saturs ou insaturs librs lors de lhydrolyse sont transforms en acide gras saturs pralablement loxydation. Lors de cette raction doxydation intracellulaire, on aboutit la dgradation des acides gras en formant du CO2, de leau et de la biomasse. Cette raction est dautant plus efficace que la longueur de la chane carbone des acides gras diminue et que le milieu est arobie. Ladsorption puis lassimilation dpendent de certaines conditions du milieu comme : la temprature : lhydrolyse biologique est dpendante de la temprature du milieu ; le pH : labsorption optimale par la biomasse se situe un pH de 7 8.

21

LHYDROLYSELors de lhydrolyse des glycrides, il y a libration dacides gras et dalcool.O || O || R2-C-O -CH CH2-O-C-R1 + H2 O " O || CH2-O-C-R3 Raction de lhydrolyse dun triglycride CH2-OH R3-COOH CH-OH + R2-COOH CH2-OH R1-COOH

LA BIOMASSE

IMPLIQUE

Les micro-organismes lipolytiques les plus frquents parmi les espces arobies et anarobies facultatives vhicules par les eaux vannes (MAES, 1994) sont les Pseudomonas (arobies strictes) et les Entrobactries. Dans les racteurs de traitement biologique des graisses, lorsque le systme est stabilis et la biomasse adapte au substrat dgrader, on remarque un enrichissement en bactries forte-


ment lipolytiques par rapport la biomasse issue des boues actives. La plupart des bactries prsentes sont des bactries Gram ngatif (donc plus rsistantes aux inhibiteurs que les bactries Gram positif grce la composition de leur paroi). Les principaux genres rencontrs sont Pseudomonas, Acinetobacter et Aeromonas, ces dernires tant capables dassurer la fois lhydrolyse des graisses et loxydation des acides gras.

partir de ces trois paramtres de dimensionnement pralablement fixs, on obtient : la concentration en MVS du racteur biologique, symbolise par [MVS], correspondant au rapport : [MVS] = Charge volumique Charge massique = Cv Cm (1)

la concentration en DCO du dchet graisseux inject correspondant au produit : [DCO]dg = Charge volumique x Temps (2) de sjour = Cv x TsDchet graisseux [DCO]dg V Boue [MVS] V

MISE EN UVRE DU 22

TRAITEMENT

BIOLOGIQUE DES GRAISSES

22

Le traitement biologique des graisses ncessite uniquement un bassin daration spcifique pour le dveloppement de micro-organismes arobies. Les ouvrages ou quipements prcdant ce bassin ont pour seule fonction la prparation du dchet graisseux afin de faciliter son transport, de rpartir les variations de charge, dacclrer le traitement par une hydrolyse chimique et ventuellement de rectifier le pH. Ces traitements pralables ne sont pas obligatoires mais ils limitent les contraintes dexploitation lors de linjection du dchet graisseux dans le racteur biologique et amliorent les performances du systme. Les principaux paramtres essentiels pour dimensionner un racteur de traitement biologique arobie des graisses sont :Charge massique (Cm) = Kg de DCO inject par jour Quantit de biomasse dans le systme (MVS)

[MVS]

Schma simplifi du traitement avec [DCO] dg : concentration en DCO du dchet graisseux (en g/l) V : volume de dchet graisseux inject par jour ou volume de biomasse vacu par jour (en m3/j) [MVS] : concentration en MVS dans le racteur (en g/l)

Cas particulier li la concentration leve du dchet graisseuxLabsence de recirculation de la boue dans le racteur sexplique par la concentration trs importante du dchet graisseux qui entrane une production de boue gale la quantit de boue vacue chaque alimentation en raison de lquilibre hydraulique de louvrage et dans une gamme de concentration o le transfert en oxygne est connu et peu affect. Les performances du systme (vitesse dassimilation de la biomasse) dpendent des paramtres de dimensionnement et de fonctionnement pralablement fixs (Cm, aration et particulirement la quantit de MVS dans le racteur) et de leur stabilit.

Elle sexprime en kg de DCO traiter/kg de MVS/jour Kg de DCO inject par jour Volume du racteur Elle sexprime en kg de DCO traiter/m3 de racteur/jour Volume du racteur Volume de dchet inject par jour Il s'exprime en jours.

Charge volumique (Cv) =

Temps de sjour hydraulique (Ts) =


Ainsi, dans un systme en quilibre hydraulique, il faut que la quantit en MVS produite par jour soit quivalente la quantit de biomasse vacue du racteur pour cette mme Quantit de biomasse produite journalirementCharge traiter x Production de boue (V X [DCO]dg) X PB en kg de MVS / kg de DCO apport

priode, ce qui entrane une bonne matrise du volume inject donc de la dilution du dchet graisseux traiter.

== =

Quantit de biomasse vacue journalirementVolume de sortie ou d'entre x concentration en MVS dans le racteur V en m3/j X [MVS] en g de MVS/l

en kg de DCO apport par jour

Ce qui montre que la concentration en MVS est dpendante du produit : [MVS] = [DCO]dg X PB (3)

partir des trois quations prcdentes (1, 2, 3) et pour un racteur biologique en quilibre (hydraulique et biomasse), on obtient : 1 Cm X PB

23

Temps de sjour (Ts)

=

= ge de boue (4)

Do une relation inversement proportionnelle entre le temps de sjour ou lge de boue et le produit de la charge massique et de la production de boue. Le temps de sjour le plus souvent prconis, de 12 20 jours, est li au paramtre de dimensionnement du procd (charge massique de lordre de 0,25 kg DCO/kg MVS/jour et dune production de boue de 0,25 kg MVS/kg DCO limin) et non pas directement la nature du produit traiter (taille des molcules).

PRINCIPALES

BASES DE DIMENSIONNEMENT

ET LIMITES DU SYSTME

Les principales bases de dimensionnement prsentes par les constructeurs sont les suivantes : Charge volumique (en kg DCO/m3 de racteur/jour) Temps de sjour ou ge de boue (en jours) Concentration en MVS (en g/l)

2,5

15 20

10 12


De ces trois paramtres, on en dduit pour lexemple suivant : Cv = 2,5 kg DCO/m 3 de racteur/j ; Ts = 15 jours ; [ MVS] = 12 g/l la concentration en DCO du dchet graisseux partir de lquation (2) : [DCO]dg = Cv x Ts soit 37,5 g/l ; la charge massique partir de lquation (1) : Cm = Cv/[MVS] soit 0,21 kg DCO appliqu/ kg MVS/j ;

assimiler les acides gras et leffet tampon du systme. Cette forte charge massique, do une forte concentration en acide gras dans le racteur, occasionne galement : un moussage important et un blocage de lactivit bactrienne, li lacidification du milieu ; des difficults de transfert dO2 dissous dans le floc bactrien ; et lors dune activit biologique, une production de boue plus leve et donc un ge de boue (ou temps de sjour) plus court, insuffisant pour la dgradation complte de la molcule. Les concentrations en MVS (biomasse) sont limites par la concentration du dchet graisseux en raison de la relation voque par lquation (3). Des concentrations en biomasse plus importantes permettraient, pour une charge massique quivalente, de fonctionner des charges volumiques plus leves dans des systmes plus compacts (non tudis dans ce document). Mais ce fonctionnement rencontre les limites suivantes : lexception dune forte demande en oxygne, des difficults de transfert dO2 en raison de la coalescence des bulles dair ; un risque de dpt entranant des puissances de brassage leves ; et des risques de moussage beaucoup plus importants en raison de la forte concentration en acide gras au moment de linjection et non encore adsorbe avant assimilation sur le floc bactrien.

24

la production de boue obtenue partir de lquation (4) nest valable que pour un systme stable et en quilibre: Pb = 1 / (Cm x Ts (ou ge de boue)) soit 0,31 kg MVS/kg DCO appliqu ; Dans ce mme exemple et pour les mmes donnes de base, si le temps de sjour ou ge de boue augmente (20 jours), la production de boue stablit 0,24 kg MVS/kg DCO appliqu. Le respect de la charge massique et sa stabilit dans le temps sont essentiels car ils conditionnent : le rendement puratoire ; la production de boue ; le degr de stabilisation des boues ; et les besoins en oxygne.

24

Le temps de sjour ou lge de la culture est un paramtre important dans ce systme car il dtermine le temps disponible la biologie pour hydrolyser et oxyder le dchet graisseux dont les molcules sont de taille importante (chane carbone de 16 18 atomes de carbone). Dans la conception actuelle des racteurs, ces paramtres de dimensionnement ont leurs limites. En effet, on observe les remarques suivantes. Le fonctionnement des charges massiques plus leves (ou des ges de boue plus faibles) entrane une diminution du rendement et un risque dacidification du milieu li une hydrolyse des lipides en acides gras, trop importante par rapport la capacit de la biomasse

PRINCIPAUX

PROCDS EXISTANTS

ce jour, les principaux procds recenss en France sont : le Biolix (OTV), le Biomaster G (Lyonnaise des eaux), le Lipocycle et le Lipoflux (SAUR). Les trois premiers sont des procds msophiles alors que le dernier est thermophile. Dautres systmes peu reprsents sur le plan national se sont dvelopps ces dernires annes mais nont pas fait lobjet dun suivi mthodique. Les bases de dimensionnement des principaux


procds annonces par les constructeurs sont synthtises dans le tableau ci-dessous :

Nom du procd Temps de sjour (en jours) Charge volumique (en kg DCO/m3/j) Concentration en biomasse dans le racteur (en g MES/l) * Charge massique moyenne (kg DCO/kg MVS/j)

Biolix environ 20 2,5 4

Biomaster G environ 20 2,5

Lipocycle 15 20 2,5 3

Lipoflux 10 15 10

10 15

10 15

10 15

30 40 (jusqu 50)

0,32

0,25

0,27

0,37

*MES : les concentrations en MVS peuvent tre approches en prenant une teneur moyenne de 80 % des MES.

Ces diffrents systmes sont composs dun racteur biologique ar et brass selon les cas. Ce bassin peut tre prcd dune bche tampon (homognisation de la charge hydraulique et organique) qui, selon le temps de sjour, permet un dbut de traitement (hydrolyse). Les boues obtenues sont extraites pour tre diriges vers le bassin daration de la filire eau ou vers lunit de traitement des boues. Le traitement biologique dont la raction est exothermique peut tre msophile ou thermophile. Les bactries msophiles se dveloppent entre 5 et 43 C (optimum entre 30 et 37 C) et les bactries thermophiles entre 25 et 70 C (optimum vers 45 C pour les catgories thermophiles et 70 C pour les catgories thermophiles extrmes). Cette dernire technique induit nanmoins un surcot dinvestissement pour garder une temprature leve (isolation thermique). Le traitement biologique du dchet graisseux ncessite obligatoirement un apport de nutriments (N et P) car ils sont toujours en quantit insuffisante dans les dchets graisseux. Ce rquilibrage vite le blocage de lactivit biologique. De plus, certains constructeurs prconisent

lajout de chaux avec un double objectif : rguler le pH aux alentours de 7 et minimiser le risque de moussage.

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PRINCIPALES SPCIFICITSPROCDS

DES DIFFRENTS

! Le procd Biolix Le Biolix propose une variante avec un traitement conjoint des graisses et des retours de traitement de digestion des boues (brevet OTV), ainsi quun traitement intermdiaire suffisant pour obtenir un substrat soluble intressant pour la dphosphatation biologique ou la dnitrification. ! Le procd Biomaster G Deux versions sont proposes.

Version compacte : le transfert du dchet graisseux du dgraisseur vers le racteur biologique est direct et en continu (pas dapports extrieurs). Limpact des surverses sur les filires de traitement des eaux et des boues est jug ngligeable en terme de lipides. Version autonome : ce systme est aliment par la station dpuration et par des sources ext-


rieures. Il existe une fosse de dpotage en plus pour recevoir les apports extrieurs, ce qui implique un fonctionnement par bches. ! Le procd Lipocycle Les alimentations en graisses et les extractions de boue du racteur de traitement se font par cycles automatiques. Il peut tre aliment directement par le (ou les) dgraisseur(s) du site ou depuis une fosse de stockage des rsidus de dgraisseur et/ou des graisses extrieures au site. Il peut tre racteur unique ou double selon la taille.

La rpartition par procd est la suivante : Procds Nombre dinstallations en service 16 31 3 6 3 59 % du total

Biolix Biomaster G Lipocycle Lipoflux Non dtermin TOTAL

27 53 5 10 5 100

26

! Le procd Lipoflux La caractristique principale de ce dernier procd est labsence de dilution du dchet graisseux. Lautre particularit est llimination du dchet graisseux par des bactries thermophiles avec un fonctionnement entre 40 et 60 C grce un calorifugeage du racteur. Lalimentation et lextraction de boues sont galement cycliques.

26

La rpartition gographique et les capacits de traitement de ces installations sont celles mentionnes sur la carte ci-contre.

PRINCIPALES

INSTALLATIONS

FONCTIONNANT EN

1998

PERFORMANCES

ANNONCES

En 1998, 59 sites en fonctionnement ont t recenss, principalement implants sur des collectivits ( lexception dune installation situe chez un industriel).

Les rendements annoncs par les constructeurs se situent entre 80 et 90 % dabattement sur les lipides. Ces rendements sont calculs partir de lchantillon global de sortie (eau + boue).


LgendeCapacit (kgDCO) < 200 200 499 500 999 >1000 inconnue Nom du procd Lipocycle Lipoflux Biolix Biomaster inconnue

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Chapitre IV

RSULTATS

RappelsCOMPOSITIONDES EFFLUENTS DOMESTI -

QUES EN ENTRE DE STATION DPURATION

se retrouvent principalement sous forme particulaire et collodale (de lordre de 80 %). Les eaux rsiduaires urbaines contiennent en moyenne 100 mg de lipides/l avec des variations comprises entre 80 150 g de lipides/l deffluent entrant. Les lipides sont surtout composs de triglycrides et dacides gras libres. La rpartition entre les deux formes, hydrolyse ou non, na pas t tudie mais le degr dhydrolyse diffre normment selon les auteurs et peut sexpliquer principalement par : la longueur du rseau (temps de sjour) ; les caractristiques physicochimiques du milieu, plus particulirement le pH ; des pH alcalins entranent une saponification avec formation dun sel dacides gras libres plus soluble dans leau (cf. page suivante).

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La caractrisation plus fine des effluents de type domestique normalement concentrs (DCO brute proche de 750 mg dO2/l) rvle la composition des diffrentes classes biochimiques suivantes toutes exprimes en DCO : les lipides reprsentent 38 % de la DCO totale (avec 1 g de lipides apportant 2,3 g de DCO) ; les protines 18 % (avec 1 g de protines apportant 1,2 g de DCO) ; les glucides 15 % (avec 1 g de glucides apportant 1,06 g de DCO) ; la matire organique non identifie reprsente 25 % ; divers : amines primaires Compte tenu de leurs caractristiques physicochimiques (hydrophobie, insolubilit), les lipides


100% de sels d'acides gras

Les rendements moyens obtenus sur les dessableursdgraisseurs tests sont :DCO Lipides MES MVS

80 60 40 20 0Rendement d'limination 6 10 % 15 20 % 15 20 % 35 %

0

30

2

4

6

8

10

12

14 pH

Les lipides sont pigs sur louvrage suivant deux mcanismes en deux fractions distinctes : en surface par flottation grce la densit faible et leur caractre hydrophobe. Ils sont vacus par le racleur vers la goulotte de collecte avant dtre vacus vers un bac de stockage. Cest cette fraction qui concerne le dimensionnement du racteur biologique des graisses ; en fond douvrage par adsorption sur les MES piges, composes de sables et de matires organiques facilement dcantables, qui sont rcuprs la base de louvrage. Il convient dtre prudent sur la rpartition de ces deux fractions en raison de la dispersion des rsultats et du nombre de donnes insuffisantes. Nos mesures sur quelques sites ont rvl une rcupration en surface de lordre de 20 % des lipides totaux limins par louvrage. La part de pollution rcupre sur le dgraisseur pour son traitement ultrieur, exprime en DCO, reprsente 2 % de la DCO entrante. Les constructeurs retiennent en moyenne 5 % de la DCO totale des eaux brutes. Cet cart sexplique par les diffrents rendements et modes dlimination obtenus sur les ouvrages comme le rsume le tableau suivant :

EFFICACIT

DES DGRAISSEURS

Les dessableurs-dgraisseurs sont des ouvrages dont les performances sont trs variables dun site lautre et dun jour lautre pour un mme site. Ces variations dpendent de nombreux facteurs dont les principaux sont :

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la caractrisation de leffluent entrant et plus particulirement : sa temprature qui agit sur la solubilit du produit ; sa concentration en MES, participant en partie ladsorption des lipides ; sa concentration en lipides et son degr dhydrolyse. En effet, certains auteurs ont rvl une rpartition des lipides diffrente suivant le degr dhydrolyse de la molcule : sous forme de triglycrides, le pigeage est favoris par les matires en suspension ; sous forme dacides gras, les molcules se retrouvent en surface douvrage par flottation en raison dune densit plus faible et dun pouvoir plus hydrophobe. la conception de louvrage avec : la puissance spcifique daration installe (phnomnes de turbulences non favorables la flottation) ; la vitesse ascensionnelle de fonctionnement (influence sur la rtention des matires facilement dcantables).


DCO Rendement du dessableur-dgraisseur Part rcupre par flottation* Soit* dpend du degr dhydrolyse

Lipides 20 %des lipides des eaux brutes 20 50 % des lipides pigs 4 10 % des lipides des eaux brutes

10 % de la DCO des eaux brutes 20 % 50 % de la DCO pige 2 5 % de la DCO des eaux brutes

Bien que la part pige la surface du dgraisseur soit trs faible compare aux lipides des eaux brutes, limplantation de cet ouvrage est indispensable. En effet, en labsence de dgraisseur, les graisses se retrouveraient en surface des bassins daration principalement et du clarificateur. Leur traitement biologique ncessiterait alors un bon contact boue/graisse, ce qui impliquerait des puissances spcifiques leves mais reste difficilement envisageable conomiquement. De plus, la prsence constante de flottants sur les bassins daration est un milieu favorable au dveloppement de certaines bactries filamenteuses.

Les concentrations en lipides obtenues, ramenes lquivalent-habitant, donnent en moyenne les ratios suivants : en entre station dpuration, de 15 20 g de lipides/EH/jour, pour un traitement biologique des graisses : 2 g de lipides/EH/jour soit 0,7 kg de lipides/EH/an ; et de lordre de 10 11 litres de dchets graisseux par EH/an (sur la base dune concentration moyenne de 65 g/l de lipides).

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Caractrisation du dchet graisseuxLa composition dun dchet graisseux moyen, non dilu et issu du raclage du dgraisseur, est la suivante : ParamtresDCO Lipides Ratio DCO/lipides Ratio DCOlipides/DCO totale Azote Kjeldahl (Nk) Phosphore total (PT) Ratios DCO/NK / PT Matires sches (MS) Matires volatiles en suspension (MVS) % de MVS Ratio DCO/MVS Ratio Lipides/MVS g/l g/l % % mg/l mg/l

Unitsg/l g/l

Rsultats (valeur cart type) cart181 64 69 25 2,76 88 1079 455 100/0,6/0,25 92 80 87 2,26 0,86


Les principales caractristiques du produit sont : sa richesse en matire organique ( MVS > 85 % des MS) et une teneur en DCO totale moyenne de 180 g/l. Les lipides reprsentent au moins 85 % de la DCO totale ; un dsquilibre prononc en formes azotes et phosphores pour une activit biologique correcte. Le ratio est ramen la DCO, celle-ci tant quasi-totalement biodgradable. La concentration des dchets graisseux racls peut varier fortement dun site lautre suivant

les paramtres de conception et dexploitation du dgraisseur comme : le mode de fonctionnement du pont racleur (continu ou cyclique), mais aussi le calage de la lame raclante qui permet un gouttage avant alimentation de la goulotte ; les dbits transitant dans louvrage ; et la technique dexploitation retenue pour faciliter son transport et son pompage. Celle utilise le plus souvent est la dilution du dchet graisseux par ajout deau industrielle.

32

Caractrisation de la biomasse prsente dans ces racteursLes boues issues des racteurs biologiques ont galement des compositions trs diffrentes dun site lautre.

32

Paramtres

Caractristiques moyennes de boues issues des racteurs Moyenne Extrmes 1,81 2,1 0,22 0,39 72 82 125 870 1,5 9,5 60 90 1,94 0,30 76 400 5,5 65

Rappel Boues de bassin daration 1,5 0,03 0,04 70 50 ~0 ~ 120

Ratio DCO/MVS Ratio Lipides/MVS % de MVS DCO surnageant (mg/l) Lipides surnageant (mg/l) Indice de boue (ml/g MES)

On note : le ratio lipides/MVS lev qui rvle une proportion de lipides adsorbs importante, fonction des performances du systme, de la charge volumique applique et du temps dadaptation ncessaire la biomasse avant son assimilation ; une trs bonne qualit des boues la dcantation. La quantit de biomasse est souvent approche par la mesure des MVS. Dans le cas des racteurs de traitement des graisses, celle-ci est fr-

quemment surestime compte tenu dune proportion plus ou moins importante de lipides adsorbs (fonction du traitement). On parlera de MVST (ou totales) pour lensemble biomasse plus lipides adsorbs et de MVS pour la biomasse uniquement et on retiendra que 1 g de lipides reprsente 1g de MVS. La part de lipides adsorbs peut tre approche par linterprtation du ratio DCOT/MVST avec, comme rfrence un ratio de lordre de 1,50 pour une biomasse de bassin daration.


Le tableau suivant prsente la fraction estime de lipides adsorbs en fonction du ratio DCOT/ MVST : Ratio DCOT/MVST 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 Taux de lipides adsorbs (%) 0 16 34 60 100

Cette valeur rvle une part non ngligeable de lipides adsorbs sur la biomasse (proche de 60 %). La concentration en lipides est estime partir de la formule prcdente :28,8 - 1,5 x 16 = 6 g/l 0,8 soit 6 g de lipides adsorbs/litre (lipides exprims en MVS).

En rsum, lchantillon est ainsi compos de 6 g de lipides/litre et de 10 g/l (16 - 6) de MVS lies la biomasse soit 10 g de MVS.

Le taux de lipides adsorbs limite nest pas connu actuellement et pourrait tre suprieur 100 %. Ce taux est obtenu par la dmarche suivante : On sait que la DCOT de la boue tient compte de la DCO de la biomasse et de la DCO des lipides do :DCOT = (MVST - MVS lipides) x1,5 + 2,3 MVS lipides

Performances obtenuesPlusieurs paramtres sont retenus par les constructeurs pour exprimer les rendements de ces systmes. Ils peuvent tre prsents : par rapport aux lipides totaux ; par rapport la DCOT (chantillon brut entre et sortie) ; par rapport la DCOS (chantillon brut et chantillon de sortie aprs dcantation) ; ou par rapport aux lipides solubles. La prsentation par rapport la DCOT ou la DCOS est dlicate puisque le principe de traitement est bas sur la transformation de la matire organique (lipides) en biomasse (matire organique). De plus, le paramtre DCOS nest pas reprsentatif de loxydation biologique compte tenu du pouvoir lev des lipides sadsorber sur les flocs bactriens. titre indicatif, les diffrents rendements moyens obtenus sont les suivants :

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partir de cette formule, la quantit de lipides adsorbs peut tre obtenue sans passer par le dosage chimique :Concentration en lipides ou en MVS ( g/l ) = DCOT - 1,5 MVST 0,8

La valeur obtenue doit tre retenue comme valeur guide et non pas comme valeur absolue et pourrait servir comme paramtre de suivi dun racteur par lexploitant. titre dexemple, les rsultats analytiques donnent : DCOT = 28,8 g/l MVST = 16 g/l soit un atio DCOT/MVST 1,8 (Rfrence du bassin daration de lordre de 1,5).


Lipides totaux Rendements moyens % % extrme 84 de 79 89

DCO totale 58 de 44 74

DCO soluble > 99 > 99

Lipides solubles > 99 > 99

Ces rendements en lipides sont obtenus sur des installations bien optimises et fonctionnant : une charge massique moyenne de 0,3 kg de DCO/kg de MVS/jour ;

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une charge volumique de 3 kg DCO/m3 de bassin/jour, et avec un temps de sjour hydraulique (ou ge de la boue) moyen de 15 jours.

sente de nombreux facteurs pouvant pnaliser la dcantabilit comme le type de substrat (dsquilibr et riche en acide gras) et labsence de particules au fort pouvoir lestant (fraction minrale). Labsence de foisonnement sexplique en partie par la charge applique leve, une alimentation par cycle favorisant le dveloppement de bactries aux vitesses de captures leves, et la spcificit de la biomasse prsente. Les indices de boues obtenus ont vari de 60 90 ml/g de MES.

Autres rsultats

34DCANTABILITDE LA BOUE

PRODUCTION

DE BOUE

Les boues issues de ces racteurs ont des aptitudes remarquables la dcantation. Ces rsultats sont surprenants puisque cette filire pr-

Les valeurs extrmes des rsultats obtenus sur les sites sont les suivantes :

Paramtres Production de boue (kg de MVS/kg de DCO limin) ge de boue (jours) Nutriments (N-NH4+ et P-PO43-) Temprature ( C) Taux de lipides adsorbs (%) Cm (kg de DCO appliqu/kg de MVS/j) Cm (kg de DCO appliqu/kg de MVS/j) Vitesse dassimilation (kg de DCO limin/kg de MVS/j)

Valeurs extrmes 0,19 17 Limites 42 39 0,26 0,42 0,3 0,3 12 levs 30 22 0,26 0,35 0,31


On observe : - des productions de boue diffrentes pour des quantits de graisses assimiles trs proches. Ces variations sexpliquent principalement par des tempratures diffrentes : llvation de temprature favorise la cintique et plus particulirement la phase dauto-oxydation occasionnant une production de boue plus faible ; le taux de lipides adsorbs trs lev pour un site malgr un ge de boue plus important est surprenant et peut sexpliquer par un manque de nutriments, limitant les cintiques dassimilation. On retiendra, en moyenne, une production de boue de 0,3 kg de MVS/kg de DCO limin, dans les conditions de fonctionnement suivantes : Cm = 0,3 kg de DCO appliqu/kg de MVS/jour une temprature de 30 35C dans le racteur aucun facteur limitant : pH, nutriments, O2 Le calcul de cette production de boue a ncessit un certain nombre de prcautions dues la difficult dchantillonnage, aux pertes de MVS (lipides) lors du schage et la distribution entre les MVS lies aux lipides et celles lies la biomasse proprement dite (MVS).

BESOINS

EN OXYGNE

Les valeurs obtenues sur les diffrents sites tudis ont rvl une trs forte htrognit des donnes de dimensionnement, soit : entre 30 et 100 Nm3 dair inject/kg de DCO traiter, des puissances spcifiques allant de 110 350 W/m3 de racteur, des systmes de diffusion dair en moyennes ou fines bulles. Ces donnes de dimensionnement entranent le plus souvent un surdimensionnement d principalement labsence de rfrence : - sur le transfert doxygne dans leau pour des milieux riches en lipides, avec des concentrations en MVS leves et pour des tempratures importantes (raction trs exothermique) ; - et sur le transfert doxygne dans le floc. Les rsultats obtenus ont montr des dbits dair insuffls de 40 85 Nm3 dair/kg de DCO traiter. Ces fortes valeurs sexpliquent par labsence dasservissement li aux besoins de ltude et des teneurs de consigne en O2 leves fixes dans le racteur. Ces fortes valeurs (de lordre de 5 mg dO2/litre) ont pnalis le coefficient de transfert global (CTG) doxygne dans le systme (cf. annexe III).

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Chapitre V

RECOMMANDATIONS TECHNIQUES

Dimensionnement des installationsVALUATIONDE LA CHARGE TRAITER ET

DU VOLUME COLLECT

Les charges traiter, pour le dimensionnement des futures installations, sont estimes partir des rsultats obtenus sur diffrents sites et en prenant en compte le pourcentage quelles reprsentent par rapport la charge entrante sur la station dpuration. Ce pourcentage ne peut tre retenu que pour des effluents dominante domestique. On retiendra une valeur de 3,5 % 4 % de la DCO entrante sur la station, valeur qui est obtenue partir du raisonnement suivant : 30 35 % de la charge en DCO dun effluent dentre station est lie la fraction lipidique ; 20 % de cette DCO (lipidique) est retenue par le dessableur-dgraisseur ; 50 % de cet abattement se retrouve en surface de louvrage, partie racle alimentant le traitement des graisses.

Un dchet graisseux brut, racl en surface du dgraisseur et en labsence de dilution due le plus souvent au nettoyage de la goulotte de collecte pour faciliter son pompage, a une concentration moyenne en DCO de lordre de 180 g de DCO/l 64 (cart-type). partir du flux traiter journalirement et de sa concentration moyenne, on obtient le volume journalier traiter, donne importante dans le cas o un stockage est prvu lamont du racteur biologique.

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CHOIX DE

LA CHARGE MASSIQUE

La charge massique reprsente la quantit de matires organiques (dchet graisseux) applique la biomasse. Les abattements de 80 % sur les lipides sont obtenus pour des charges massiques de 0,3 kg de DCO appliqu/kg de MVS/j, sans aucun facteur limitant. Des charges massiques plus leves ont des incidences connues comme la diminution du rendement de linstallation et laugmentation de la production de boue. Sur ce type de racteur, dautres incidences peuvent apparatre en raison de lacidit du produit initial due une forte concentration dacide gras libres induite


par lhydrolyse extra-cellulaire, tape indispensable avant lassimilation biologique. Cette acidit aura comme consquences importantes : un blocage de lactivit enzymatique des lipases (un effet bactriostatique, voire bactricide) ayant une toxicit plus leve avec des acides gras courte chane ; un blocage de lactivit dassimilation do une augmentation de la concentration en acide gras libres ou estrifis dans le milieu, facteur favorable un moussage excessif entranant dnormes contraintes dexploitation.

Sur des installations bien gres, la dure de vie des membranes est difficilement approche (procd rcent), mais reste infrieure celle des membranes rencontres dans les filires de traitement des eaux uses en raison des tempratures leves. Sur des installations mal gres, le risque important dacidification du milieu peut entraner un impact non ngligeable sur la longvit de ces systmes de diffusion. Des prcautions de conception devront tre prises au moment de lancrage des diffuseurs en raison des forts dbits dair inject et des puissances de brassage leves dans ces racteurs. Le gain de transfert dO2 selon la taille des bulles de gaz na pas t mesur dans ces milieux particuliers. Lasservissement du fonctionnement des surpresseurs en fonction des teneurs en oxygne dissous du milieu est important en raison du type dalimentation (continue ou par bche) et du taux de charge de ces racteurs. De plus, les temps darrt de laration doivent tre relativement courts en raison dune concentration en matire organique leve trs facilement fermentescible.

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De plus, une concentration importante de lipides dans leau interstitielle est souvent rvlatrice dune concentration en lipides adsorbs trs leve proche de la capacit limite dadsorption de la biomasse.

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DIMENSIONNEMENT

DES ARATEURS

Des tudes en cours permettront dans un avenir proche dapporter des informations plus prcises sur le sujet compte tenu de la spcificit du milieu ; en particulier une meilleure connaissance du transfert en oxygne dans ce milieu o les concentrations en MVS et en lipides sont leves et pour des tempratures importantes.

BESOINS

EN OXYGNE

CHOIX DU TYPE DARATEURSLes systmes dapport doxygne installs sont le plus souvent des diffuseurs de type membrane souple, mais leur dure de vie est dpendante de plusieurs facteurs comme leurs conditions dutilisation (dbits dair, temprature, temps de fonctionnement, nombre de cycles marche/arrt par jour) et du milieu dans lequel ils se trouvent. Pour le dimensionnement des installations, les dbits dair injects rapports au volume du racteur sont levs compte tenu des charges volumiques importantes et de la forte concentration en MVS. Des prcautions au niveau des quipements dans le racteur devront tre prises.

La demande en oxygne peut tre estime partir de la formule dEckenfelder, le dtail du calcul se trouve lannexe IV . Un bilan matire, exprim en DCO, permet dapprcier la quantit doxygne consomme par rapport la quantit de matire organique apporte ou limine. La quantit doxygne consomme est obtenue par diffrence entre la quantit de DCO apporte et celle rejete, en prenant en compte, pour ce rejet, la quantit non assimilable et la fraction transforme en biomasse (sachant que 1 g de MVS (biomasse) apporte 1,45 g de DCO). Sur les diffrents sites tudis, la quantit doxygne consomme par rapport la quantit de


DCO limine a vari de 0,56 0,85 kg dO2 consomm. Ces diffrences sont dues la production de boue diffrente dun site lautre, dpendante de la temprature et des facteurs limitants (nutriments), et lefficacit du systme. partir de ce bilan matire, on retiendra en moyenne une consommation doxygne de : 0,70 kg dO2 consomm/kg DCO limin biologiquement, ou 0,6 kg dO2 consomm/kg de DCO appliqu. Afin dapprocher les dbits dair injecter, plusieurs hypothses doivent tre retenues, en particulier sur le coefficient de transfert global (CTG) correspondant au passage de leau claire en boue : AH = apport horaire en boue pour liminer 1 kg de DCO = 0,7 kg dO2. CTG = 0,45 (cf. Norme franaise NF ISO 660 daot 1996) AH ( eau claire ) = AH/CTG = 2,22 kg dO2 On prendra un rendement doxygnation moyen en eau claire de 4 % par mtre deau au-dessus des diffuseurs en labsence dagitation (et un rendement de 3 % lors de lutilisation des moyennes bulles). Sur la base dun racteur de 5 m de hauteur deau au-dessus du systme daration, on retiendra un rendement de transfert doxygne en eau claire de 20 %.

Ainsi, pour liminer biologiquement 1 kg de DCO, les volumes dair injecter seront obtenus partir de la formule suivante : Dbit dair injecter = AH/(RO x X) Avec : RO : rendement doxygnation, X : quantit doxygne contenue dans 1 m3 dair Soit : Dbit dair injecter = 2,22/(0,20 x 0,3) = 37 m3 dair/kg de DCO limin. En rsum, compte tenu des nombreuses hypothses et des inconnues (CTG dans ce type de milieu), une valeur de dbit dair injecter dans ces racteurs de lordre de 35 40 Nm3 dair injecter/kg de DCO limin biologiquement peut tre retenue. Ces donnes correspondent une demande journalire. Si les apports de dchet graisseux se font par bches, la quantit doxygne devra tre adapte pour viter une trop longue priode sans oxygne, nfaste lactivit biologique.

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NUTRIMENTSLes nutriments sont indispensables pour lactivit biologique et donc ncessaires lassimilation du dchet graisseux. La composition en N et P de la biomasse issue des stations de type boues actives en aration prolonge est de 9 % dazote et 2 % de phosphore par rapport aux MVS. Les racteurs de traitement des graisses produisent 0,3 kg de MVS/kg de DCO limin. Pour liminer 100 kg de DCO, et donc produire 30 kg de MVS, les besoins en nutriments sont de 2,7 kg dazote assimilable et 0,6 kg de phosphore assimilable. On retiendra donc un ratio moyen DCO/NNH4+/P-PO43- de 100/2,8/0,6. Les diffrents produits utilisables pour une complmentation sont les suivants :

Remarques : ces rendements sont issus des donnes obtenues sur des bassins daration quips de diffuseurs fines bulles et traitant des effluents domestiques. Lextrapolation des racteurs de traitement des graisses est dlicate mais savre indispensable en labsence de donnes plus prcises sur le sujet.On note : 1 m3 dair contient, dans les conditions standard (1013 hPa et 0C), 300 g dO2 (cf. Annexe III).


Paramtre Azote

Forme assimilable Azote ammoniacal

Produit commercial Sulfate dammonium

Formule (NH4)2 SO4

Formes disponibles Poudre

% de forme assimilable 20 21 % de N (attention 23 24 % de S) 0,22 kg de N/ litre dalcali

Autres caractristiques Lgrement acide (pH de lordre de 6) Produit basique dangereux

Azote ammoniacal

Ammoniaque (alcali)

NH4OH(puret 30 % en volume)

Liquide

40

Azote ammoniacal

Ammonitrates

NH4NO3

Solide (granuls)

33,5 % dazote total avec 16,7 % d'azote nitrique et 16,8 % d' azote ammoniacal 460 g dazote/

Ncessite une ammonification

Ure (azote organique) Phosphate diammonique

(NH2)2C O

Solide

kg de produit

40

Produit Azote combin ammoniacal en N et P orthophosphate

(NH4)2 HPO4

Poudre

21 % de N et 23,3 % de P

Peu recommand car trop de P par rapport au N

Phosphore

Phosphate

Acide orthophosphorique

H3PO4

Liquide

3 formes 45 % H3PO4 61 % H3PO4 75 % H3PO4 21 % en P

Produit acide dangereux

Phosphate

Phosphate / disodique Phosphate trisodique Superphosphate

Na2HPO4 Na3PO4 ?

Cristallis

Produit basique peu dangereux Produit basique peu dangereux

Phosphate

Cristallis

19 % en P

Phosphate

Poudre (engrais)

?

Lors dune complmentation, le pH du milieu devra tre surveill afin dviter une trop forte augmentation lors de lajout dune base, avec pour consquence une saponification entranant un moussage, et inversement pour une complmentation avec un produit acide qui pourrait bloquer en partie lactivit biologique.

Compte tenu du temps de sjour lev dans ces racteurs, un apport journalier en nutriments est suffisant quelque soit le mode dalimentation (continu ou par bches).


quipements spcifiquesDILUTIONDU DCHET GRAISSEUX

Avec : C : charge journalire moyenne en DCO applique sur le racteur (en kg DCO/j) PB : production de boue (en kg de MES ou MVS ou MVS/kg de DCO traiter) [MES] ou [MVS] : concentration en MES ou MVS ou MVS (en g/l) Vdg : volume de dchet graisseux brut non dilu (en m3/j) La dilution du dchet graisseux prsente dautres avantages, en particulier : elle facilite son transport, gravitaire ou par pompage, et permet aussi le nettoyage des goulottes et conduites de transfert ; lutilisation deau pr-traite permet lapport dune faible partie des nutriments sous formes assimilables (N-NH4+ et P-PO43-). Cest ce niveau du traitement que les concentrations en formes assimilables sont les plus leves. La fiabilit de ce poste est fondamentale afin dviter tout risque de lessivage du racteur biologique des graisses.

La dilution du dchet graisseux doit permettre le maintien dune concentration en MES (ou MVS) constante dans le racteur. Dans un ouvrage niveau constant, la dilution des graisses entrantes permet dvacuer du systme la quantit de MES produites par jour pour maintenir une charge massique stable dans le racteur. La dilution ou non du dchet graisseux est fixe par la relation suivante aborde au paragraphe "Mise en uvre du traitement biologique des graisses (quation 3)" : Concentration du dchet graisseux production de boue =

X

concentration en MVS [DCO]dg x PB (en biomasse) = [MVS] Deux cas peuvent se prsenter. Absence de dilution : la concentration en MVS (biomasse) dans le racteur serait de lordre de 50 g/litre compte tenu dune concentration en DCO du dchet graisseux de 180 g/l et dune production de boue de lordre de 0,3 kg de MVS/kg de DCO traiter. Dilution fixe : lobtention dune concentration en MVS (biomasse) de lordre de 10 g/l ncessite dinjecter un dchet graisseux de lordre de 33 g de DCO/l soit une dilution du produit au cinquime. Le volume deau apporter journalirement en plus du dchet graisseux est obtenu par la formule suivante : Volume deau de dilution en m3 /j = C x PB [MES] ou [MVS] Vdg

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DGRILLEUREn dehors du dgrilleur de la file eau classique (3 6 cm despacement de barreaux pour les filires boues actives), sa prsence est indispensable pour les sites o lapport direct de dchets graisseux extrieurs est en place. En revanche, la recherche dune limination pousse du particulaire par linstallation dune maille plus fine entranerait un abattement en graisses non traites trop lev et contraignant en exploitation (colmatage frquent, volume de refus lev). La mise en place dun broyeur peut faciliter lexploitation, surtout la partie protection des pompes.

FOSSE

DE STOCKAGE

Sa prsence est indispensable pour des racteurs aliments par bches. Elle prsente en outre lavantage :


dhomogniser le produit collect, trs variable au cours de la journe et dun jour lautre, si son volume le permet ; damorcer une hydrolyse naturelle ou chimique (optionnelle). Des recommandations peuvent tre formules sur la conception de cet ouvrage : la mise en place dun agitateur savre indispensable ; le dchet graisseux est compos de nombreuses filasses ou autres produits grossiers gnant rapidement le bon fonctionnement de lagitateur et de la pompe de reprise. La mise en place dun broyeur (sil est absent lamont) ou dune pompe dilacratrice (plus contraignante dexploitation en raison de leur moindre efficacit dans le temps) lamont de louvrage devrait apporter une trs nette amlioration dans lexploitation de cet ouvrage ;

en compte dune hauteur de revanche de lordre de deux mtres. En fonctionnement normal, au moment des alimentations (forte concentration dacides gras), un moussage faible peut se dclencher mais il sera de courte dure ; une acidit importante dans le racteur. Cette acidit peut tre nfaste pour le gnie civil et les quipements immergs : diffuseurs et leur systme de fixation, pompes, canalisations. Ce risque dacidit devra tre pris en compte la conception et la mise en place dun suivi du pH peut limiter ou viter ces risques de dtrioration. En cas de drive du pH, lapport dune base peut tre envisag. Les quipements prvoir sont : un systme daration (cf. dimensionnement) quip dun surpresseur de secours ; un systme de brassage (plus particulirement sur les systmes par bches o lasservissement des surpresseurs est indispensable). Les puissances spcifiques de brassage prconises sont de lordre de 25 30 W/m3 de bassin. Ces puissances sont leves mais ncessaires compte tenu des caractristiques du dchet graisseux (particulaire, de densit infrieure 1 et de son caractre hydrophobe) et de la concentration leve des boues (concentration en MES comprise entre 10 15 g/l). Une bonne optimisation du couple aration/brassage peut permettre un gain nergtique non ngligeable ; une arrive pour la complmentation en N-NH4+ et P-PO 43- ; une arrive pour la dilution, si elle nest pas situe lamont, dans la fosse de stockage ; un point bas quip dune pompe ou dune canalisation pour la vidange totale du racteur ; lvacuation des boues peut se faire gravitairement par trop plein (cette sortie doit tre quipe dune cloison siphode pour viter lintroduction de mousses et de flottants nfastes la file eau) ou par pompage ; une mesure de loxygne dissous avec enregistrement est conseille. Il conviendra dtre

42

42

en fonction du temps de sjour du dchet graisseux dans louvrage, un revtement antiacide est conseill compte tenu des caractristiques du produit ; la complmentation en nutriments peut tre effectue ce niveau ou au sein du racteur ; le diamtre des canalisations devra tre important pour viter tout risque de colmatage. Un diamtre suprieur 150 mm est fortement conseill ; le choix des dtecteurs de niveau par mesure de pression est prfrable en raison des filasses (problme sur les poires) ou chapeau de flottants. Les systmes de commande par poires de niveau sont proscrire.

RACTEUR

BIOLOGIQUE

En cas de dysfonctionnements dus des erreurs dexploitation ou la non-fiabilit des quipements de louvrage, le racteur peut prsenter : un moussage excessif. Ce point devra tre intgr au moment de la conception par la prise


prudent dans linterprtation des valeurs obtenues en raison du milieu particulier, pnalisant la rponse de la sonde. dautres capteurs peuvent tre installs en particulier le pH, indicateur du blocage de lassimilation, et la temprature, rvlatrice dune forte avtivit mtabolique au moment de l'injection.

un blocage de lactivit biologique d un manque de nutriments ou lacidit du milieu. Lors dun moussage excessif et incontrlable, une rponse immdiate peut tre entreprise par lajout dion calcium (chaux) entranant la prcipitation des sels dacides gras. Dautres techniques peuvent tre testes en particulier le brise-jet et laration syncope.

Exploitation de ces racteursMOUSSAGEUn moussage trs important sur un racteur fonctionnant sur les bases de dimensionnement prconises, est rvlateur dun dysfonctionnement pouvant tre d principalement : une charge lipidique trop leve par rapport la biomasse active, ce qui entrane compte tenu du pH du milieu (pH 7,5), une augmentation du pourcentage de sels dacides gras (savons) et donc de mousses comme le montre le graphique suivant :100 80 60 40 20 0 6.5 7.5 8.5 9.5 pHCourbe du pouvoir moussant (ou du pourcentage de savon) en fonction du pH du milieu Cette courbe a t obtenue sur des essais en laboratoire et rvle le risque potentiel du moussage en fonction du pH du milieu.

DILUTIONSelon lvolution de la concentration en MES ou MVS dans le racteur, lexploitant corrigera le volume deau de dilution introduire. Ce volume deau apport pourra tre affin au cours de lexploitation courante. Il convient cependant d'viter des fluctuations trop leves en MES (1 2 g/l MES) pour ne pas entraner de trop fortes perturbations la biomasse. Toute correction de la dilution devra donc tre progressive. Les principales consquences de brutales variat

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