Un effort d'épuration dans l'industrie chimique... La station d'épuration de la société française Hoechst

parIngénieur E.N.S.I.C.Responsable Énergie-Environnement à la Société Française HOECHST à Cuise-Lamotte

L'USINE S.F.H. DE CUISE-LAMOTTE

C'est en 1896 que fut construite une première usine sur le site de CUISE-LAMOTTE sur la rive sud (rive gauche) de la rivière l'Aisne, dans la dernière partie de son cours peu avant son confluent dans l'Oise à Compiègne.

Depuis plus de 3/4 de siècle de multiples agrandissements, modifications et transformations furent apportés pour arriver à l'actuelle usine de la Société Française HOECHST implantée sur une superficie de 20 hectares, avec 50 000 m² de surfaces couvertes.

On la désigne toujours traditionnellement (en variante) sous les noms d'usine de CUISE-LAMOTTE ou usine de LAMOTTE.

Cet important complexe moderne de fabrication de produits chimiques divers occupe plus de 600 personnes et sa production s'élève à 230 000 tonnes de produits fabriqués par an, pour un chiffre d'affaires qui a représenté 331 MF en 1978 dont 50 % réalisés à l'exportation (pourcentage qui atteint 70 % par nature pour la chimie organique).

La lutte contre la pollution y fait l'objet d'un effort financier particulièrement important : 20 MF d'investissement ont été consacrés à la solution du problème des eaux résiduaires, tandis que le coût d'exploitation annuel de la seule station d'épuration s'est élevé à 8 MF pour l'année 1978.

LES PRODUCTIONS CHIMIQUES À CUISE-LAMOTTE

Elles concernent un large secteur de l'industrie chimique, avec les principales lignes d'activités suivantes :

• — Chimie minérale : acide sulfurique (500 t/j), oléum,

anhydride sulfureux, silicates, dont les débouchés se situent dans le secteur des engrais, de la métallurgie, de la construction, etc.

— Chimie organique : spécialisation dans la chimie de l'acétaldéhyde : glyoxal et dérivés, acide glyoxylique et dérivés, acide oxalique, acide gallique et dérivés, acide p. tert. butylbenzoïque, dérivés chlorés divers : pour la pharmacie, le textile, le papier, et d'autre part des alcanes-sulfonates, oxyéthylénates et tensio-actifs non ioniques, notamment pour les fabrications de détergents biodégradables.

— Chimie des polymères : résines urée-formol et phénoliques, résines réactives, auxiliaires textiles, résines éthérifiées : destinés au textile, au bois, à la peinture, au papier, aux colles, etc.,

— et soulignons une activité de production de polyélectrolytes de floculation (polyacrylamides) destinés au traitement des eaux.

LE PROBLEME DES EAUX RESIDUAIRES ET SA SOLUTION

Dès 1970 la Société Française HOECHST a été amenée à se pencher sur les problèmes posés par le traitement des effluents de son usine compte tenu de leur nature, et le volontarisme de l'action qui a été menée pour aboutir à une solution finale satisfaisante de leur traitement est une des marques de la politique générale du Groupe HOECHST en faveur de l'environnement (1).

La réflexion menée à partir des années 70 de concert avec le Service de l'Industrie et des Mines devait aboutir à dégager des choix tenant compte des contraintes techniques et financières ainsi que de l’âge des installations en cause. Un programme fut établi et concrétisé par un arrêté préfectoral en date du 17 mars 1975 fixant un échéancier qui prévoyait deux étapes essentielles : pour le 1ᵉʳ janvier 1976 la mise en service d'une station de traitement primaire et pour le 1ᵉʳ janvier 1978 la mise en service d'une station de traitement biologique. On verra que ces délais ont été tenus.

— en 1976 : le traitement primaire.

Jusqu’au 1ᵉʳ janvier 1976 les effluents qui sortaient de l'usine étaient très fortement acides (pH 2). Avant leur rejet dans le milieu naturel ils devaient subir une neutralisation à la chaux qui était à l’origine d'une forte pollution de l’Aisne par les sels et les matières en suspension qui en résultaient.

Dans le même temps, l’usine voisine de la Société ROUSSELOT à ATTICHY rejetait dans l'Aisne, à quelques kilomètres en amont de CUISE-LAMOTTE, un effluent fortement basique provenant de ses fabrications de gélatines à partir d'os, fabrications qui nécessitent un prétraitement des os par une macération alcaline entraînant une grande consommation de chaux (plus de 2 000 t/an). Après traitement on opérait une neutralisation à l'acide, et jusqu'en 1976 on rejetait dans l’Aisne un effluent global de l'ordre de 4 000 m³/jour, chargé en outre de 1 500 kg/jour de DCO.

La S.F.H. eut alors l'idée d’utiliser la complémentarité des effluents (en ce qui concerne leur pH : l'un acide, l'autre basique) en vue de concevoir une station de traitement unique pour les deux usines, évitant le cumul des inconvénients des deux neutralisations séparées. À cet effet fut conclu à l'époque un accord entre les deux sociétés, qui conduisit au pompage des eaux résiduaires de l'usine d'ATTICHY vers CUISE-LAMOTTE, et selon le schéma particulièrement original découlant de cette association put être mise en place en 1976 à CUISE-LAMOTTE une station de traitement primaire comportant une neutralisation suivie d'une décantation.

Cette opération dont le coût global s’élevait à 4,5 MF permettait de réduire tout à la fois :

1) les investissements de traitement pour la Société ROUSSELOT, 2) la quantité de chaux de neutralisation nécessaire à la S.F.H., 3) la quantité d’acide sulfurique de neutralisation nécessaire à ROUSSELOT, 4) la quantité de déchets à mettre en dépôt, 5) et surtout le taux de salinité cumulée des eaux de l’Aisne, un facteur très préoccupant de la pollution de cette rivière,

(1) Voir à ce sujet deux communications parues dans L'EAU ET L'INDUSTRIE : N° 26 – juin-juillet 1978, par le Dr J. SHAAFHAUSEN, « Le Groupe HOECHST et la protection de l'environnement » (pages 37 et suiv.) ; N° 27 – août-septembre 1978, par le Dr K. TROBISCH, « Effort du Groupe HOECHST : 30 installations d’épuration des eaux usées » (pages 43 et suiv.).

— en 1978 : la station d’épuration biologique.

Bien entendu l’épuration des eaux résiduaires de l’usine HOECHST ne pouvait pas s’arrêter à ce stade. En effet, aucune réduction des matières oxydables (13,5 t/j de DCO) n’était effectuée avant rejet. De plus, les constituants de la pollution réfractaires au traitement primaire, notamment les matières toxiques, continuaient à nuire à la qualité du rejet.

Après de nouvelles études et des essais effectués sur différents pilotes, un traitement d’épuration biologique fut conçu pour compléter le traitement primaire, et sa réalisation menée rapidement, de sorte que la station d’épuration complète put être inaugurée le 12 janvier 1978, dans les délais prévus.

Le traitement d’épuration biologique fut de plus conçu pour réaliser, au-delà de la dégradation biologique classique, la destruction des matières azotées. Les eaux résiduaires de CUISE-LAMOTTE sont en effet très chargées en matières oxydables et en matières azotées sous formes nitriques, ammoniacales ou organiques, et les études furent orientées vers une voie biologique permettant un processus de nitrification-dénitrification.

Le processus retenu a finalement été concrétisé par la mise en place d’une cascade de deux traitements biologiques : un traitement par aération, générateur de nitrates par oxydation de l’ensemble des matières azotées, suivi d’un traitement en anoxie (absence d’oxygène) permettant la destruction de ces nitrates. Par cette technique qui a constitué une première en tant que réalisation industrielle, outre les matières oxydantes habituellement traitées, se trouvent détruites les matières azotées.

Au total, la station complète actuellement en service se révèle particulièrement efficace puisqu’elle répond aux exigences suivantes :

• — élimination à 90 % des matières oxydables,
• — élimination à 95 % des matières en suspension,
• — élimination quasiment complète des rejets azotés.

Son fonctionnement, largement automatisé, est assuré par une équipe de quinze personnes. Les effluents font l’objet d’analyses régulières avant, pendant et après le traitement. Enfin, les boues résiduaires séchées sont évacuées en décharge contrôlée. Leur utilisation à des fins agricoles est à l’étude.

— en 1979 : le Prix du Conseil Supérieur des Installations Classées :

L’Agence Financière de Bassin Seine-Normandie a encouragé toutes ces réalisations et participé à leur financement, dont la plus grosse partie a été supportée par l’industrie elle-même. Les efforts déployés pour résoudre le problème de dépollution, la réalisation du programme dans les délais prévus, et surtout le caractère original et novateur des solutions adoptées ont valu une consécration de la part des pouvoirs publics, et la Société Française HOECHST se voyait attribuer, en mars 1979, le Prix du Conseil Supérieur des Installations Classées.

À l’occasion de sa remise officielle, M. D’ORNANO, ministre de l’Environnement et du Cadre de Vie, s’exprimait notamment comme suit dans son allocution :

« …Pour se déterminer, le Jury a relevé et retenu le caractère tout particulièrement exemplaire de cette station. Exemplaire elle l’est à un double titre et tout d’abord par le fait que deux usines ont associé leurs efforts :

• • La station traite les effluents acides de l’usine de la Société Française HOECHST grâce aux effluents basiques de l’usine ROUSSELOT d’ATTICHY spécialisée dans la fabrication de gélatines et située à 5 km en amont. Je me réjouis de pouvoir associer aujourd’hui les dirigeants de cette usine à cette manifestation et de leur témoigner la sympathie que leur attitude rencontre auprès de tous ceux qui ont à connaître leur effort de dépollution.
• • Exemplaire est également l’originalité du procédé de dépollution puisque, pour la première fois en France, est mis en œuvre un traitement permettant l’élimination de l’azote dans les effluents d’une usine chimique.

Il s’agit là de l’aboutissement d’une action volontariste issue de la collaboration étroite entre le Service de l’Industrie et des Mines chargé de l’Inspection des Installations Classées et des industriels conscients de leurs responsabilités.

Que tout cela ne nous fasse pas oublier la dynamique équipe d’ingénieurs et de techniciens grâce à laquelle ont été résolus les épineux problèmes techniques qui se posaient… ».

CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES DE LA STATION D’ÉPURATION

Construite par la Société DEGREMONT et conçue comme on vient de le voir avec deux objectifs : d’une part, éliminer 90 % environ de matières oxydables ainsi que la quasi-totalité des matières en suspension, d’autre part, éliminer les pollutions azotées par un bassin d’anoxie associé à la biologie, ses caractéristiques sont les suivantes :

• — Débit maxi : 400 m³/h d’effluent
• — DCO : 3 500 mg/l (40 t/jour)
• — DBO5 : 1 900 mg/l (19 t/jour)
• — MES : 1 100 mg/l (12 t/jour)
• — Azote NTK : 200 mg/l
• — Azote NOx : 200 mg/l
• — pH : 1 à 3

La concentration d’entrée en DCO oscille entre 3 000 et 5 000 mg/l, le rapport DCO/DBO₅ étant relativement caractéristique d'un effluent résiduaire des industries chimiques : environ 2. La salinité totale de l'effluent est de l'ordre de 5 à 6 g/l.

Le schéma général, assez classique, comporte donc :

— un traitement physico-chimique primaire (homogénéisation, neutralisation, décantation), — et un traitement biologique secondaire avec comme principale originalité la présence d'un bassin d'anoxie de dénitrification en tête du bassin d'aération.

LE TRAITEMENT PRIMAIRE PHYSICO-CHIMIQUE

Ce traitement consiste à porter les effluents à un pH tel qu'une partie importante des composés présents dans l'eau précipitent, puis à séparer le précipité formé de l’eau. Pour cela l’ensemble des effluents arrive dans un bac de 100 m³ dans lequel on réalise une neutralisation partielle à l'aide d'un lait de chaux. Les effluents passent ensuite dans un bassin d'homogénéisation de 2 500 m³ brassé par quatre turbines flottantes. Le rôle de ce bassin est de réguler le débit et la pollution.

À la sortie du bassin d'homogénéisation, les effluents passent dans une cuve de 100 m³ où a lieu la neutralisation finale également avec du lait de chaux. C'est à ce stade physico-chimique primaire qu'est opéré le traitement conjugué des effluents acides de l'usine avec les rejets alcalins arrivant de l'usine ROUSSELOT d’Attichy.

De là, les effluents s'écoulent gravitairement dans un turbo-circulator où les précipités formés décantent. Un adjuvant de floculation organique anionique (polyacrylamide) est injecté dans le fût central du turbo-circulator pour améliorer la décantation des boues. Le pH, de l'ordre de 10 à 12, est ramené à 7,5 par addition d'acide résiduaire avant d’être dirigé vers le traitement biologique.

Il est à noter que la réduction de DCO à ce niveau n'est pas négligeable, car elle atteint 20 %. La DBO₅, par contre, n'est pas réduite. La faible quantité de métaux présents dans l'effluent est également totalement précipitée à ce niveau.

LE TRAITEMENT SECONDAIRE BIOLOGIQUE

Il s'effectue dans un bassin d'aération de 10 350 m³ équipé de huit aérateurs de surface, en tête duquel se trouve un bassin d'anoxie de 1 600 m³ alimenté par l'effluent d’entrée et un recyclage important de la liqueur mixte du bassin d’aération (1 600 m³/h), obtenu à l'aide d'une vis de relevage. La liqueur mixte est décantée sur un clarificateur suceur, et la biomasse en excès est dirigée vers un épaississeur. Le recyclage des boues vers le bassin d’aération est réglable entre 100 % et 200 % du débit d’entrée.

Au niveau du traitement biologique, un contrôle rigoureux du pH, de la teneur en oxygène et de la concentration en boues biologiques est assuré automatiquement. Ces boues sont particulièrement nécessaires pour les étapes de nitrification/dénitrification, lesquelles nécessitent des conditions de pH, teneur en oxygène et âge des boues relativement strictes.

LE TRAITEMENT DES BOUES

Les boues à traiter ont deux origines :

— MES primaires séparées au niveau du traitement physico-chimique,

Détails de l’installation :

1. 1) neutralisation ;
2. 2) homogénéisation ;
3. 3) décantation primaire ;
4. 4) oxygénation de l’épuration biologique ;
5. 5) clarificateur — eau après épuration ;
6. 6) filtration des boues ;
7. 7) évacuation des boues.

— biomasse en excès produite au cours de la dégradation biologique. Cette biomasse en excès est directement liée à la charge massique sur la station : pour une charge massique de 0,35 la production des boues est de 0,6 tonne de boues par tonne de DBO5 éliminée, et cette valeur atteint très rapidement plus de 1 tonne par tonne de DBO5 pour des charges massiques de l'ordre de 0,45

Les boues primaires et biologiques sont mélangées et décantées qualitativement dans un épaississeur où la concentration en boues atteint 100 g/l. Avant d’être traitées sur les filtres-presses, ces boues sont conditionnées à la chaux et au chlorure ferrique. Le but recherché à ce stade est de stopper la fermentation et d'autre part d'obtenir une bonne filtrabilité et une siccité des gâteaux maximale. Pour obtenir de tels résultats il est nécessaire d'ajouter 30 % de chaux et 7 % de chlorure ferrique par rapport aux matières sèches. La siccité moyenne des gâteaux est de l'ordre de 42 %.

L'EVACUATION DES BOUES

Une étude très complète a été menée sur les boues avant et après conditionnement et filtration. Cette étude a été menée en suivant la méthodologie de l'IRH (Institut de Recherches Hydrologiques de Nancy). La boue a été caractérisée du point de vue :

— physico-chimique (phase solide – phase liquide – et degré de liaison à la phase solide),

— microbiologique,

— stabilité de la boue (mesure de l'évolution de la biomasse en excès par dosage d'ATP = Adénosine-Triphosphate (1), de l'activité enzymatique et du substrat).

Les différentes analyses montrent que la boue (conditionnée et filtrée) ne présente pas plus de risque qu'une boue issue de station d'épuration urbaine, pour la mise en décharge. Cette mise en décharge semble pour le moment (et en particulier dans le contexte énergétique actuel) être la solution la plus économique pour des tonnages importants.

Parallèlement, des essais agronomiques sont réalisés en vue d'une utilisation agricole des boues.

(1) On pourra se reporter utilement sur ce point à l'importante étude présentée dans cette revue. Voir L'EAU ET L'INDUSTRIE, n° 32, février 1978 : « Utilisation de l’adénosine triphosphate (A.T.P.) dans les phénomènes d'épuration biologique. Mise au point d'une technique d’extraction et de dosage de l'A.T.P. dans les boues activées », par G. MARTIN, NAM SANG HO, O. VITRAC, M. REINBOLD (pages 46 & 53).

LES RESULTATS A LA SECONDE ANNEE DE FONCTIONNEMENT

Les rendements d’épuration actuellement obtenus sont les suivants :

— Élimination des MES : supérieure à 98 %

— Élimination de la DCO : supérieure à 90 %

— Élimination de la DBO5 : supérieure à 98 %

— Élimination de l’azote sous forme NOx et NO3 : supérieure à 99 % (dénitrification)

— Élimination de l'azote total (NTK plus nitrite et nitrate) – nitrification/dénitrification : environ 80 %

et nous passerons en revue les différents aspects de ces résultats.

Élimination des MES :

La teneur en MES en sortie est liée aux étapes suivantes :

— Fonctionnement de la décantation primaire.

— Décantation des boues biologiques dans le clarificateur.

— Précipitation des sels dissous au niveau du bassin d'aération biologique.

La décantation primaire fonctionne très bien ; elle est effectuée en présence de floculants organiques anioniques (polyacrylamides). En raison des variations importantes de la composition des effluents résiduaires, les tests de décantation doivent cependant être effectués très souvent pour optimiser la concentration en floculants à maintenir dans le turbo-circulator.

La décantation des boues biologiques dépend de plusieurs paramètres, les principaux étant :

— la valeur de la charge massique, qui (à pollution traitée constante) se traduit en fait par l'âge des boues : la station fonctionne à charge massique moyenne de l'ordre de 0,35 à 0,40 ;

— le développement éventuel de bactéries filamenteuses : dans le cas présent, le maintien du pH à l'entrée du traitement biologique à 7,5-8 ne permet pas le développement de ce type de bactéries ;

— la fermentation anaérobie dans le clarificateur, se traduisant par un dégagement gazeux qui provoque la remontée des boues : dans cette station l'existence du bassin d’anoxie assure une dénitrification complète en évitant le dégagement d’azote et de protoxyde d’azote dans le clarificateur.

Élimination de la pollution oxydable (DCO et DBO5)

Les essais-pilotes préliminaires avaient démontré qu'il n’était pas possible de descendre au-dessous d'une certaine limite en ce qui concerne l’élimination de la DCO. Les résultats obtenus depuis près de deux ans sur la station industrielle confirment la limite observée lors des essais-pilotes. Cette limite est comprise entre 350 et 450 mg/l pour la DCO au débit nominal et correspond à une élimination quasi-totale de la DBO5 : 10 à 20 mg/l.

Cette limite est en accord avec les résultats obtenus sur la plupart des stations d’épuration biologique en service dans le groupe HOECHST (17 stations de

toutes tailles) traitant des effluents à concentration sensiblement identique à l'entrée (DCO : 3 500 à 5 000 mg/l) et à nature de pollution similaire.

Les différents essais qui ont été réalisés en ce qui concerne les modifications des paramètres de fonctionnement (charge massique, teneur en oxygène, recyclage, température, pH) n’ont pas donné de résultats concluants en ce qui concerne la réduction de la DCO résiduelle, très peu biodégradable.

Élimination de la pollution azotée :

Elle résulte d'un procédé de nitrification puis dénitrification. L’azote organique est très rapidement dégradé en azote ammoniacal et ne constitue pas une étape limitative du processus de nitrification.

A. — Nitrification :

L’oxydation biologique de l’azote ammoniacal s'effectue en deux temps :

• — Oxydation de NH₄⁺ en NO₂⁻. Bactérie responsable de cette oxydation : nitrosomonas essentiellement.
• — Oxydation de NO₂⁻ en NO₃⁻. Bactérie responsable de cette oxydation : nitrobacter essentiellement.

Ce sont ces étapes de nitrification qui constituent la limitation de la destruction de l'azote. En effet, le processus de nitrification nécessite des conditions assez strictes. Un facteur limitatif de la nitrification est le faible taux de croissance des nitrosomonas. Ceci impose un âge des boues activées assez grand, et tel que

1/A = μₘ,

dans lequel :

• — A : âge des boues,
• — μₘ : taux de croissance maximum des nitrosomonas,

et la température influe assez notablement sur ce taux de croissance :

μₘ = 0,18 · e^{0,12 (T – 15)}

• — Le pH doit rester compris entre 7,3 et 8.
• — Les nitrosomonas et les nitrobacters sont assez sensibles à un très grand nombre de composés qui risquent d’inhiber plus ou moins la nitrification si la concentration est trop élevée (c'est en particulier le cas de certains métaux lourds).
• — La concentration en oxygène dans le bassin d’aération joue un rôle très important : d’après la stœchiométrie, on voit qu’il faut 4,6 mg d’oxygène pour 1,4 mg d’azote sous forme NH₄⁺.

2 NH₄⁺ + 3 O₂ = 2 NO₂⁻ + 2 H₂O + 4 H⁺ (nitrosomonas)
2 NO₂⁻ + O₂ = 2 NO₃⁻ (nitrobacters)

2 NH₄⁺ + 4 O₂ = 2 NO₃⁻ + 2 H₂O + 4 H⁺

Le rendement de nitrification sur la station se situe entre 65 et 70 %. Cette nitrification résout le problème de la demande en oxygène du rejet (DNO) mais doit être suivie d'une étape de dénitrification sous peine de rencontrer des problèmes de clarification : si le temps de séjour dans le clarificateur est trop important, il se produira une dénitrification partielle anaérobie avec production de bulles d’azote et remontée de boues. Il est donc nécessaire de prévoir une étape de dénitrification.

B. — Dénitrification :

Elle est réalisée dans un bassin placé en tête du bassin d’aération ; une bonne dénitrification suppose :

• — avoir obtenu une bonne nitrification préalable,
• — être dans des conditions de stricte anaérobiose,
• — disposer d'une source de carbone assimilable.

C'est pour cette raison que ce bassin est en tête du bassin d’aération (à titre indicatif, lorsque la dénitrification constitue un traitement tertiaire, il est nécessaire d’ajouter une source extérieure de carbone : 2,4 mg de méthanol pour 1 mg d’azote NO₃).

La dénitrification faisant appel à une très large gamme de micro-organismes (contrairement à la nitrification) ne constitue pas une étape limitative de la destruction de la pollution azotée.

INFLUENCE DES CONDITIONS CLIMATIQUES SUR LE RENDEMENT D’ÉPURATION

Au cours de l’hiver 1978-1979 particulièrement rigoureux, on a pu étudier l’influence de la température sur les différents rendements d’épuration ; cette température est en effet descendue dans la région à – 8/– 9 °C pendant plusieurs semaines. Il a pu être vérifié de la sorte que la température n’influence pratiquement pas le processus de dégradation de la pollution organique (DCO et DBO₅), à condition de compenser la croissance bactérienne ralentie par une augmentation de l’âge des boues.

Le processus de nitrification-dénitrification est plus affecté par la température, laquelle influe assez fortement sur le taux de croissance des bactéries responsables de la nitrification. Ce taux de croissance doit également être compensé par un âge des boues plus important.

L'âge des boues, par contre, semble agir assez fortement sur la forme du floc et, pendant la période d'hiver, il a été constaté quelques difficultés à maintenir une très bonne décantation au niveau de la clarification.

LE COÛT DE L’EXPLOITATION

Pour un investissement global de 20 MF, le coût de l'exploitation (y compris le coût en décharge appartenant à la Société) se monte à 8 MF par an. Si l’on rapporte l'ensemble des coûts à la DCO traitée, ceci représente 800 F/t DCO.

Voici un aperçu de la décomposition de ce coût annuel d'exploitation de la station, tel qu'il ressort après la première période de fonctionnement :

DÉSODORISATION DE VINASSES PAR OXYGÉNATION

application à la distillerie Romann-Sigolsheim (Haut-Rhin)

Essais réalisés avec le concours de l’Agence Financière de Bassin RHIN-MEUSE.

par M. Jean-Pierre TORRES Chef du Domaine Environnement D.F.G./DI L'AIR LIQUIDE

et M. Jean DUC Responsable Environnement Région EST D.F.G./DI L'AIR LIQUIDE

La présence d'odeurs dans les bassins de stockage des « vinasses » avant épandage pose un problème à la corporation des distillateurs. Sans précautions particulières, ces effluents peuvent être une gêne pour les populations environnantes.

Pour traiter ce problème, des techniques d’importances différentes sont applicables. Mais jusqu’à quelles limites doit-on fixer leur efficacité pour ne pas tomber dans l'excès et le gaspillage ?

« La réponse appartient tant aux populations qu’aux industriels qui sont à leur service, qu’à l’Administration qui, chargée d’appliquer les directives politiques, doit veiller simultanément à la protection des premières et aux possibilités de développement des secondes ».

Les apparitions de mauvaises odeurs sont la plupart du temps liées à une absence d’oxygène dissous. L'oxygène résolvant ces problèmes, nous analyserons dans les chapitres suivants la bactériologie des « vinasses », les nuisances qui en résultent et les techniques d'applications de l’oxygène.

Les objectifs retenus sont donc l'élimination des mauvaises odeurs dues à des fermentations de « vinasses » de lies de vin se produisant au cours du stockage, particulièrement en été, et créant des nuisances lors de leur épandage.

LA DÉSODORISATION DES « VINASSES » DE DISTILLERIE

La distillerie de ROMANN à Sigolsheim (Haut-Rhin) traite des lies de vin pour la fabrication d’alcool industriel.

Après distillation, les « vinasses », qui constituent un excellent engrais, sont stockées dans les cuves dans l’attente d’être épandues sur les terrains agricoles voisins. La production de « vinasses » est d’environ 7 000 tonnes par an.

En hiver, le temps de séjour de ces « vinasses » dans les cuves n’est pas très important, car les terrains sont dégagés, alors qu’en été, la durée de stockage est beaucoup plus importante (3 à 4 semaines en moyenne).

L'effet de la température extérieure plus élevée se combinant à celui de l’augmentation du temps de séjour, ces « vinasses » entrent alors en fermentation anaérobie et sont la cause de mauvaises odeurs, nuisant au voisinage. En effet, les bactéries anaérobies font appel, pour leur biosynthèse, à l’oxygène lié chimiquement des nitrates et des sulfates en les réduisant.

Les sulfates donnent ainsi naissance à des sulfures qui, aux pH inférieurs à 7,5, libèrent de l’hydrogène sulfuré. Parmi les composés réduits, celui-ci dégage les plus mauvaises odeurs.

La solution proposée consiste en une injection d’oxygène pur, sous forme dissoute ayant pour effet de stopper la formation d’H2S, en maintenant une quantité suffisante d’oxygène dissous pour empêcher l'anaérobiose. Cette injection d’oxygène dissous est assurée par une technique AIR LIQUIDE du type bicône qui a déjà prouvé son efficacité dans de nombreux cas de désodorisation d’égouts et de stations d'épuration.

Les caractéristiques annoncées de « vinasses » sont les suivantes :

DCO ≃ 30 000 mg/l, MES 20 à 25 g/l, extrait sec ≃ 40 g/l, pH ≃ 4 à 5.

La quantité de « vinasses » stockée est très variable selon la période de l'année : le stockage moyen, en été, est de 450 m³ environ, soit une dizaine de cuves. La durée de stockage est de 3 à 4 semaines.

Les essais d'oxygénation dont les résultats sont indiqués ci-après ont été réalisés sur une cuve, soit 40 m³ de « vinasses » durant un mois.

Parallèlement à cette cuve oxygénée, une cuve identique a été remplie de « vinasses » analogues, mais n'a pas été oxygénée, afin d’obtenir des résultats comparatifs.

TECHNIQUE D’OXYGENATION

MISE EN ŒUVRE

L'installation mise en place pour la réalisation de cet essai met en œuvre la technique d’oxygénation bicone.

Caractéristiques de l'installation

Un schéma de l'installation est représenté sur la figure 1. L’oxygénation est réalisée par un bicone de 200 m³/h fonctionnant en recyclage sur la cuve de « vinasses » ; celles-ci sont donc pompées par une pompe de capacité 200 m³/h dans le bicone où elles sont oxygénées, puis renvoyées dans la même cuve.

La quantité d'oxygène transférée dans les « vinasses » est ajustée en fonction des mesures d’oxygène dissous effectuées dans la cuve.

Le fonctionnement du bicone peut être, soit séquentiel (automatisé), soit continu. Dans le cas d’un fonctionnement séquentiel, la modulation de la quantité d’oxygène dissous s'effectue par action sur le temps de fonctionnement du bicone ; dans le cas d’un fonctionnement continu, elle est obtenue par action sur la vanne de réglage en aval du débitmètre d’oxygène.

— Description du matériel.

Bicone : L'appareil est constitué d’un cône vertical, le sommet dirigé vers le haut, dans lequel circule un courant de « vinasses » du haut vers le bas.

L'oxygène est introduit en haut du cône. La vitesse du liquide étant grande, les bulles de gaz sont entraînées vers le bas. Cette vitesse décroît au fur et à mesure que l'on descend vers la partie inférieure du cône, car la section de passage augmente. Il arrive un moment où la vitesse n'est plus assez grande pour entraîner les bulles qui ont tendance alors à remonter. Il se crée un équilibre de la bulle d'oxygène à une certaine hauteur dans le bicone et le gaz ne peut alors sortir que sous forme dissoute.

Le bicone est équipé de différentes sécurités :

• contrôleur de débit,

• électrovanne d’oxygène,

• pressostat.

Dans le cas d'un défaut de circulation de « vinasses » (rupture de canalisation, fuite importante, défaut de pompage), le contrôleur de débit commande automatiquement l’arrêt de la pompe et la fermeture de l'électrovanne d’oxygène.

Dans le cas d'une augmentation de pression dans le bicone (bouchage de tuyauterie, etc.), le pressostat commande automatiquement l’arrêt de la pompe et la fermeture de l'électrovanne d’oxygène.

Ces différentes sécurités automatisées permettent un fonctionnement permanent de l'installation sans surveillance particulière.

Alimentation en oxygène : L’oxygène utilisé pour ces essais est stocké en cadres de 63 m³ à 150 bars. Un double détendeur permet de disposer d’oxygène à la pression désirée (0 à 5 bars).

Pompe : La pompe d’alimentation du bicone est une pompe immergée débitant 200 m³/h à 12 m de pression de refoulement. Le débit de la pompe peut être réglé par action sur la vanne d’arrêt sortie bicone.

Les liaisons hydrauliques pompe-bicone-cuve sont réalisées en polyéthylène.

SUIVI ANALYTIQUE

Les analyses suivantes ont été effectuées :

• — H2S
  • phase gazeuse de la cuve
  • détecteur à tubes colorimétriques
  • sensibilité 0,05 ppm
• — O2 dissous
  • phase liquide sommet de cuve
  • entrée bicone
  • sortie bicone
• — DCO, DBO5, pH(analyses effectuées par l’Agence Financière de Bassin Rhin-Meuse).

RESULTATS

Le tableau récapitulatif (fig. 2) et les courbes (fig. 3 et 4) résument les principaux résultats.

— Odeurs

Le tableau figure 2 et la figure 4 montrent l’absence totale de H2S (sensibilité du détecteur 0,05 ppm) pour la cuve oxygénée. Par contre, la cuve non oxygénée est source de H2S (10 à 20 ppm) déjà au bout de 15 jours.

Olfactivement, les odeurs de la cuve oxygénée sont supprimées.

— Consommation d’oxygène (fig. 3)

Elle est variable dans le temps : très faible au début de l’oxygénation, elle croît avec la durée de stockage. Ceci pourrait être expliqué par :

• • la température initiale élevée dans les « vinasses » : ~ 60 °C ;
• • un temps de latence initial avant que se produise un développement bactérien.

Des analyses effectuées pendant la campagne d’essais, il ressort les valeurs caractéristiques en régime stable : O2 dissous entrée bicone ~ 0,3 ppm, O2 dissous sommet cuve — 0,4 à 0,6 ppm, O2 dissous sortie bicone = 7 ppm, consommation O2 = 1,4 kg/h, rendement bicone ~ 70 %.

Le stockage de l’ensemble des « vinasses » représente une dizaine de cuves. La capacité d’oxygénation pour traiter l’ensemble du problème doit donc être de 14 kg O2/h, soit 336 kg O2 par jour, ce qui représente l’implantation de 2 bicones de 300 m³/h chacun.

Chaque bicone pourrait ainsi traiter 5 cuves qui devraient être mises en communication.

Analyses des « vinasses »

Les analyses de « vinasses » effectuées par l'Agence Financière de Bassin Rhin-Meuse ne montrent pas de modification sensible de la DBO5, DCO et MES au cours de l’oxygénation.

Désodorisation de « vinasses » fermentées

Les résultats précédents montrent que l’oxygénation supprime l’émission et le développement de mauvaises odeurs lors du stockage des « vinasses ».

Cette technique est tout aussi performante sur des vinasses fortement « odorantes ». Le bicône BP 200, fonctionnant à capacité d’oxygénation élevée (~ 6 kg/h), a permis d’éliminer les mauvaises odeurs sans dégagement dans l'atmosphère et d'oxyder ces « vinasses » (leur couleur passe de jaune brun à noir) en deux heures environ, soit le temps de remplissage d'une cuve ; les résultats sont indiqués ci-dessous.

Débit d’oxygène : 5,5 à 6 kg/h.

On peut donc résoudre le problème d’odeur lors de l’épandage en oxygénant au maximum les « vinasses » juste avant leur transport, c’est-à-dire en les saturant en oxygène.

Oxygénation nécessaire

Les résultats ci-dessus montrent que la teneur en oxygène dissous des « vinasses » passe de 0 à 3,5 ppM en deux heures d’oxygénation avec un débit d’oxygène de l’ordre de 6 kg/h.

Pour atteindre une teneur en oxygène proche de la saturation (7,6 ppM O2 à 30 °C), quatre heures d'oxygénation au débit ci-dessus seraient nécessaires, soit 6 × 4 = 24 kg d’O2 par cuve.

Or, un camion peut épandre 1,5 cuve de « vinasses » par jour. La capacité d’oxygénation doit donc être de 24 × 1,5 = 36 kg par jour d’O2, soit un bicône de 100 m³/h.

CONCLUSIONS

Les résultats positifs obtenus au cours de cet essai conduisent aux conclusions suivantes :

— le maintien en aérobiose de « vinasses » par la technique d’oxygénation bicône permet d’éliminer les émissions de mauvaises odeurs qui, sinon, se développent au cours de leur stockage et de leur épandage ;

— l’oxygénation de « vinasses » déjà fermentées par injection régulée d'oxygène dissous supprime leurs mauvaises odeurs sans dégagement dans l'atmosphère et permet ainsi leur épandage sans nuisances ;

— l'oxygénation type bicône rend donc possible la technique d’élimination de « vinasses » par épandage ;

— caractéristiques d’installations permettant de traiter la totalité des « vinasses » de la distillerie ROMANN.

Deux variantes possibles :

© désodorisation lors du stockage et de l’épandage : 2 bicônes de 300 m³/h chacun pour maintenir en aérobiose la totalité des cuves de stockage de « vinasses » ;

® désodorisation lors de l’épandage : 1 bicône de 100 m³/h pour oxygéner les « vinasses » juste avant leur épandage.

J. P. TORRES — J. DUC.