Le traitement biologique des graisses

À propos des graisses ...

Les « graisses », c’est un terme qui, dans le métier de l’assainissement, désigne des déchets qui posent des problèmes d’évacuation. Elles proviennent des prétraitements des usines de dépollution (déshuileurs), des réseaux (entretien des réseaux, nettoyage des postes, curage des bacs à graisses de restaurants, charcutiers) et également d’industriels de l’agro-alimentaire (abattoirs, laiteries, préparation de plats cuisinés, etc.).

De par leur caractère insoluble et leur densité inférieure à 1, les graisses sont facilement séparables de l’eau par flottation. La flottation n’est, par contre, pas spécifique aux graisses et l’on retrouvera d'autres déchets comme des papiers, plastiques, filasses. Le déchet graisseux, tel qu’il est obtenu, est donc très hétérogène.

Du point de vue du chimiste, les graisses sont des triesters du glycérol et d’acides aliphatiques (acides gras) à plus ou moins longues chaînes.

Le même chimiste les caractérisera :

- globalement, par un poids de « matières » ou « substances » extractibles par un solvant ad hoc (hexane = MEH, chloroforme = SEC, mélange de solvants, ...).

- en détail, par des analyses fines en chromatographie phase gazeuse.

Dans l’optique d‘un traitement biologique, nous préférons les caractériser par la charge en DCO qu’elles représentent (g/l de graisses brutes).

En effet, les graisses subissent des altérations (hydrolyse) au cours de leur transit, et les MEH, paramètre qui d’une certaine façon rend compte de l'hydrolyse, peuvent varier selon les temps de résidence de ces déchets dans les réseaux ou les bacs à graisses. Le paramètre DCO reste, lui, plus stable. D’autre part, les graisses sont consommatrices d’oxygène (dégradation biologique aérobie), la mesure de la DCO permet alors d’apprécier la demande en oxygène.

Les graisses, qui sont des composés organiques d'origine soit animale, soit végétale (très peu d’huiles minérales sauf cas particuliers), présentent un caractère fermentescible et sont donc parfaitement biodégradables.

Ainsi, leur métabolisation par les bactéries aérobies se déroule classiquement en deux phases :

- l'altération naturelle débute par une hydrolyse enzymatique qui se traduit par une libération des acides gras et du glycérol. Les graisses sont « solubilisées », les molécules libérées peuvent alors subir une oxydation.

- la seconde phase est à proprement parler la réelle dégradation des acides gras (β-oxydation) qui, au stade ultime, aboutit au dégagement de CO2 et à la synthèse de biomasse. À chaque « boucle » de dégradation, une molécule d’acide acétique est libérée alors que l’acide gras attaqué perd deux atomes de carbone.

La réglementation

De nature essentiellement organique, les déchets graisseux sont fortement fermentescibles. Ils sont donc potentiellement générateurs de pollutions.

Tableau I

* Traitement des graisses d’un rejet industriel. Réalisation Krüger France.

des eaux et de nuisances olfactives lorsque l'âge de ces déchets augmente ou que leur stockage est mal maîtrisé.

Evacuation du déchet, réglementation actuelle

L’épandage de ces produits est soumis au règlement sanitaire départemental (RSD) selon ses articles 90, 91, 159. Les corps gras ne sont pas nommément cités, mais font partie des déchets pour lesquels le RSD précise les bonnes pratiques permettant d’éviter la pollution des eaux ; distances et périodes d’épandage notamment. À noter également le décret 93-743 du 29 mars 1993 (rubrique 5.4.0) qui impose d’obtenir des autorisations pour les épandages en milieu agricole de produits dont le flux polluant est > 5 t DBO₅/an, et des déclarations seulement s’il est compris entre 500 kg et 5 t/an.

La mise en décharge (« contrôlée » de classe II) est actuellement soumise aux dispositions de la circulaire du 11 mars 1987 qui interdit l’admission de déchets fermentescibles et dont la teneur en eau excède 70 %.

Evacuation du déchet, réglementation future

La loi du 13 juillet 1992 (arrêté d’application du 1 mars 1993) définit clairement la notion de déchets ultimes, c’est-à-dire de résidus non recyclables, non valorisables ou non transformables par un procédé existant et de coût raisonnable. Seuls les déchets ultimes seront admis en décharge à partir du 1 juillet 2002. Les graisses sont directement concernées par cette loi.

Recyclage « noble » des corps gras

Il s'agira dans ce cas de graisses « propres », issues exclusivement d’activités de l’industrie agro-alimentaire et assimilée, et répondant à certains critères de qualité. Le décret du 11 mai 1964 (articles 7, 8, 9) porte sur l’utilisation de ces corps gras pour l’alimentation animale. D’autres textes (décret 91-516/CEE et arrêté du 14 septembre 1992) fixent des listes de produits interdits dans la composition des aliments pour les animaux (notamment « boues issues de station d’épuration traitant les eaux usées »). Les filières de recyclage des corps gras en lipochimie sont réglementées par des impératifs de pureté et de constance.

Installation de traitement des déchets graisseux

Les installations de traitement par transformation du caractère polluant de ces déchets sont des sites sensibles devant être soumis à autorisation préfectorale et classés par le biais d’une procédure définie par le décret du 21 septembre 1977, selon la réglementation destinée à assurer la protection de l'environnement. Ce décret s’adresse à des installations autonomes, dont les effluents après traitement se rejettent au milieu naturel. Pour un traitement autonome avec rejet au réseau d’assainissement, le règlement d’assainissement devra être appliqué au même titre que les rejets des installations classées connectées au réseau.

Par contre, une installation de traitement intégrée à la filière de traitement des eaux, avec rejet des résidus dans la filière de traitement des eaux, fait, à notre sens, partie de l’activité « traitement des eaux usées » et ne doit par conséquent pas être soumise à autorisation spécifique. Précisons qu’aucun texte n’en fait actuellement état (procédé trop récent).

Il faut noter que les déchets graisseux sont pris en compte dans les dispositions relatives aux schémas départementaux d’élimination des déchets, en cours d’élaboration dans de nombreux départements ou régions françaises (au même titre que les matières de vidange ou les sables).

N.B. Extrait de l’arrêté du 22 décembre 1994 (prescriptions techniques) — annexe III — alinéa 2 : « la quantité de matières polluantes captée est celle parvenant aux ouvrages de traitement à laquelle se rajoutent les boues de curage et de nettoyage des ouvrages de collecte ». Les graisses peuvent être assimilées à des boues de nettoyage des ouvrages de traitement. Il est donc naturel que cette pollution retourne à la station d’épuration pour y être traitée.

Les solutions pour évacuer les déchets dans le respect de la réglementation

La mise en décharge, mode d’évacuation le plus répandu, sera donc à terme, à exclure pour ces déchets.

Les professionnels du traitement des eaux se sont penchés sur les moyens de traitements des déchets graisseux.

Dans le groupe Compagnie Générale des Eaux, des études sont menées depuis 1987. Différents traitements peuvent aujourd’hui répondre à la nouvelle réglementation qui s'applique au déchet graisseux, comme l’incinération, la méthanisation, le compostage.

Cependant, dans le cadre des usines de dépollution classiques, la solution la mieux adaptée est la dégradation aérobie des graisses car elle répond aux critères suivants :

• - compacité par rapport à des procédés extensifs tels que le compostage ;
• - moindre coût par rapport à des procédés tels que l’incinération ou l’oxydation physico-chimique ;
• - transformation du déchet en un sous-produit parfaitement accepté par la filière de traitement des eaux.

C’est la raison pour laquelle nous avons privilégié l’étude de cette technique depuis 1988 en pilote de laboratoire, à l’échelle industrielle depuis 1990.

La dégradation aérobie permet de réduire le caractère polluant du déchet.

graisseux. Elle consiste à mettre ces déchets en contact avec une biomasse aérobie.

Les graisses sont transformées, au stade ultime, en CO₂ et en biomasse, ce qui conduit à l’obtention d’une boue qui présentera des caractéristiques similaires à celles d’une boue activée classique.

La biomasse active est obtenue par sélection naturelle. En effet, les différents tests réalisés avec ajout de « bioadditifs » ne nous ont jamais permis de mettre en évidence un intérêt par rapport à la sélection naturelle des micro-organismes. Les « bioadditifs » n’ont généralement qu’un effet de liquéfaction des graisses (flore lipolytique effectuant essentiellement l’hydrolyse mais n’allant pas plus avant, ce qui ne doit pas être fait inconsidérément), voire servent à rééquilibrer les rapports carbone organique / nutriments.

Nous considérons donc que l’ajout de bioadditifs ou d’une biomasse extérieure n’est ni nécessaire, ni recommandé.

Le procédé Biolix : en quoi consiste-t-il

Le procédé Biolix est un procédé biologique de dégradation des déchets graisseux par voie aérobie mis au point par le Groupe Compagnie Générale des Eaux et commercialisé par OTV.

Son principe est simple et correspond à une culture libre spécialisée naturellement, c’est-à-dire sans ensemencement préalable par une flore extérieure, quelle qu’elle soit. Il se présente sous la forme d’un réacteur dimensionné sur la DCO des graisses, brassé, aéré, et précédé :

• d’un tamisage afin de débarrasser les graisses des filasses et flottants non biodégradables,
• d’une injection de réactifs (nutriments, pH) dans une bâche d’homogénéisation.

L’ajout de réactifs est nécessaire pour maintenir un pH compatible avec l’activité bactérienne (et notamment la phase d’oxydation des acides gras), ainsi que pour assurer les besoins en azote et phosphore de la synthèse bactérienne puisque les graisses sont très souvent carencées en ces deux composés.

La dilution des graisses, en amont, est parfois nécessaire afin de limiter la concentration en DCO dans le réacteur, dans les buts d’assurer un meilleur transfert d’oxygène et d’éviter l’inhibition de l’activité enzymatique.

L’aération est assurée par des systèmes d’insufflation fines bulles (type Oxytubes) ou moyennes bulles (type Polcon).

Une aération efficace permet aussi de disperser et d’émulsionner ces déchets afin d’accroître la surface de contact entre la biomasse et les graisses.

L’évacuation des boues produites dans le réacteur se fait par surverse (si le gravitaire est possible, par pompage autrement) soit vers le traitement des boues de la station, soit vers la boue activée. Cette seconde solution permet d’homogénéiser les boues des deux origines, et d’assurer en même temps la finition de l’épuration de l’effluent graisseux issu du réacteur (appelé communément « digestat »). Dans certains cas, il pourra être envisagé de retourner la surverse en amont des prétraitements, notamment lorsque les graisses se présentent sous la forme de petites boules compactes, impossibles à émulsionner.

Biolix compte aujourd’hui de nombreuses références nées d’essais laboratoires et surtout d’expériences menées sur des installations « aménagées » ; c’est le cas des usines de Amélie-les-Bains, Rodez, Sarlat et Saint-Arnoult.

Les références du Biolix sont reportées dans le tableau suivant (Groupes OTV et CGE).

L’originalité de Biolix : son adaptabilité

Selon nous, un traitement biologique des graisses doit être dimensionné pour s’adapter à chaque cas particulier. En effet, selon le contexte, le taux d’abattement de la charge polluante (DCO) retenu pour dimensionner l’unité de traitement peut être totalement différent.

Nous dirons donc que le Biolix n’est pas un traitement qui peut être caractérisé par des charges volumiques, des temps de séjour, etc., comme c’est le cas d’autres procédés, c’est bien un concept qui doit s’adapter aux besoins. Des exemples de configurations possibles sont présentés ci-après.

Abattement poussé de la charge polluante (DCO)

Le Biolix est dimensionné de façon à éliminer 90 % ou plus de la DCO (l’abattement sur les MEH atteint alors près de 100 %) dans les cas suivants :

• installation avec rejet sur une boue activée saturée, c’est-à-dire recevant sa charge organique nominale (saturation notamment de ses capacités d’oxygénation) ;
• installation autonome (hors station d’épuration, rejet en réseau ou dans le milieu naturel). Cette installation est soumise à la réglementation des installations classées ;
• installation sur une station d’épuration physico-chimique.

Remarque : Les rendements d’élimination sont de l’ordre de 70 à 75 % sur la DCO, lorsque la mesure est effectuée sur l’échantillon global (digestat = boues + surnageant). En revanche, sur un échantillon décanté, le rendement sur la DCO sera supérieur à 90 % et proche de 100 % pour les MEH.

Abattement faible ou nul de la charge polluante (DCO)

La limite inférieure théorique de ce

Type de dimensionnement

Ce type de dimensionnement est un abattement nul sur la DCO, mais un abattement poussé sur les MEH (hydrolyse des graisses, c'est-à-dire libération des acides gras et du glycérol). Il est adapté aux cas suivants (pas de règle commune, étude au cas par cas) :

• • boues activées existante, non saturée ; le taux d’abattement de la DCO des graisses est adapté à la capacité résiduelle de la boue activée (aération), en tenant compte, selon les cas, du surplus de production de boues ;
• • projet de création de station par boue activée ; un choix devra être fait entre :
  • . abattement maximum des graisses et dimensionnement de la station sur les paramètres habituels (le réacteur présentera alors un grand volume),
  • . abattement réduit de la DCO des graisses (voire nul mais avec rendement poussé sur les MEH) et augmentation en conséquence des capacités d’aération du bassin de boues activées car il devra assurer la dégradation de cette charge supplémentaire ;
• • source de carbone pour la dénitrification ou la déphosphatation biologique. Les acides gras libérés et « découpés » sont une source de carbone très intéressante pour lever les carences en carbone organique pour la dénitrification (rejets dans le bassin d’anoxie) et la déphosphatation biologique (rejets dans le bassin d’anaérobie).

Traitement « centralisé »

Il est possible de concevoir un traitement centralisé des graisses sur une usine d’épuration. Un Biolix sera alors dimensionné de façon à recevoir les graisses provenant d’autres sites : autres stations ou collecte des réseaux, bacs à graisses d’industriels, etc.

Toutefois, ceci ne peut être envisagé que sous certaines conditions :

• • que la boue activée servant d’exutoire au Biolix puisse accepter la charge polluante résiduelle (dimensionnement en conséquence dans le cas d’une nouvelle usine) ;
• • que la collecte des graisses qui proviennent de l’extérieur de la station soit sélective et organisée en conséquence (rythme des « tournées » et des dépotages).

Une meilleure gestion de ces collectes permettra en outre de résoudre une partie des problèmes que posent les graisses en réseau.

Traitement conjoint des retours de traitement des boues

Le Biolix pourra être utilisé, conjointement au traitement des déchets graisseux, pour l’épuration des retours de traitement des boues (apport d’azote et de phosphore par les retours du traitement des boues, nitrification et dénitrification des retours de digestion pour soulager la boue activée existante). Cette configuration a fait l’objet d’un dépôt de brevet, par OTV.

Nous sommes donc en mesure d’envisager l’installation d’un Biolix à plus d’un titre.

Aspects financiers

Biolix étant, de par sa conception, modulable, il n’est pas possible de donner un coût qui puisse être généralisable.

À titre indicatif, le coût d’investissement d’une installation « classique » sera compris entre 10 et 15 F par équivalent-habitant. Ce coût est établi sur l’hypothèse d’effluents urbains et d’une charge polluante des graisses à traiter représentant 9 g de DCO/EH, et pour des installations de grande taille (> 50 000 EH).

Il est intéressant de comparer ce prix à celui d’une usine d’épuration : le Biolix ne représentera que 1 à moins de 2 % du coût d’investissement total.

En terme de coût d’exploitation (énergie et consommables), il faudra compter de l’ordre de 0,3 à 0,5 centime par équivalent-habitant. Ramené au m³ ou au kg de DCO des graisses traitées, partant des mêmes hypothèses que précédemment, le coût d’exploitation devient :

• ~ 200 à 330 F/m³ de graisses
• ~ 0,40 à 0,70 F/kg DCO éliminée des graisses

Nous attirons l’attention sur le fait que ces valeurs sont évoquées à titre indicatif. Chaque cas étant particulier, il conviendra de corriger en conséquence ces données.

Conclusion

Le travail accompli depuis 1988 par le Groupe Compagnie Générale des Eaux a permis de répondre au besoin des exploitants. Parmi les solutions d’évacuation des graisses, le Biolix est un outil privilégié, qui se distingue par ses possibilités d’adaptation d’une part, qui peuvent aller au-delà de la simple élimination des graisses, et par son coût réduit d’autre part. Il répond aux normes de la législation française et n’engendre aucune nuisance sur les installations de traitement des eaux. Ce procédé a vu sa phase de recherche et développement se terminer en 1992, et est entré dans sa phase de réalisation et d’exploitation. Il compte actuellement 16 réalisations, et de nombreux projets sont à l’étude.

Fort de ses réalisations, le Biolix continuera d’évoluer dans l’optique de toujours disposer des techniques les plus performantes.