FR2836909A1

FR2836909A1 - Procede de degradation de la matiere organique par voie mycelienne

Info

Publication number: FR2836909A1
Application number: FR0202947A
Authority: FR
Inventors: Sylvie Fleury
Original assignee: Societe dAmenagement Urbain et Rural SAUR SAS
Current assignee: Societe dAmenagement Urbain et Rural SAUR SAS
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2003-09-12
Anticipated expiration: 2022-03-08
Also published as: FR2836909B1

Abstract

Procédé de traitement de boues de station d'épuration à dominante urbaine, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de traitement des boues par des micromycètes.

Description

L'invention concerne un procédé de traitement biologique pour la réduction des boues de stations d'épuration et une installation mettant en oeuvre un tel procédé. Plus spécialement le domaine considéré est celui du traitement des eaux résiduaires à dominante urbaine.

Ce procédé est particulièrement destiné au traitement de boues issues du traitement de tels effluents à dominante urbaine et dont l'épandage réglementé nécessite des solutions de traitement sans transfert du problème de pollution et dans le cadre du respect des écosystèmes.

On connaît déjà différents traitements d'épuration des eaux usées.

Typiquement, les eaux usées subissent un traitement physique et/ou chimique (éventuellement en plusieurs étapes) conduisant à la production de boues. Ces boues subissent alors une activation par voie chimique et/ou enzymatique, ou tout mécanisme analogue, puis éventuellement une déshydratation, une centrifugation, un séchage (ou analogue) avant d'être évacuées de la station d'épuration.

En particulier, afin de réduire le volume de boues généré dans les procédés de traitement des eaux usées de type boues activées ou similaire, on cherche à favoriser le catabolisme des microorganismes endogènes. Ceci peut être réalisé en jouant sur l'âge des boues ou encore en couplant des procédés associant la lyse cellulaire avec un traitement biologique aérobie (COx) ou anaérobie (CH4).

Différents procédés de digestion anaérobie, aérobie (thermophyle ou non) sont connus. Ils utilisent des biomasses transformantes constituées en grande partie de bactéries, telles que Pseudomonas, dont le cycle de vie conduit à la transformation d'une fraction du carbone organique de la boue en gaz (C02 ou méthane). Le processus est contrôlé par un temps de séjour des boues minimal mais suffisamment long.

D'autres procédés visent à limiter la biomasse très variée retrouvée dans les boues : bactéries, algues notamment.

Malgré les différents procédés connus, la quantité de boues est souvent trop élevée et le besoin demeure de la réduire encore très fortement. Les traitements anaérobies thermopiles connus donnent des résultats meilleurs que les traitements aérobies mais nécessitent des installations complexes.

L'invention vise à pallier les inconvénients de l'art antérieur.

L'invention vise en particulier à dégrader une fraction plus importante de la matière organique de la boue dans une gamme allant de 20 à 40 % en moyenne de la quantité de Matière Sèche (Matière Organique et Matière Minérale) des boues, afin de diminuer d'autant le volume.

L'invention peut viser également à contrôler en outre le rythme de cette dégradation, pour optimiser le rythme de traitement des effluents en fonction des contraintes amont et aval de l'installation.

L'invention vise aussi une économie globale des coûts d'exploitation d'une station de traitement et d'épuration STEP, les dépenses d'élimination des boues résiduelles étant croissantes.

A cet effet l'invention a pour objet selon un premier aspect un procédé de traitement de boues de station d'épuration à dominante urbaine, comprenant une étape de traitement des boues par des micromycètes.

Par le terme micromycètes, on fait référence à des microorganismes, par opposition aux champignons supérieurs. On entend à la fois la notion de mycélium qui est l'appareil végétatif, et les spores. On entend de plus tout champignon inférieur, utilisé en quantité suffisante pour contribuer à la dégradation des boues, cette dégradation étant évaluée par des techniques appropriées à la portée de l'homme du métier. Ainsi les espèces citées plus loin sont à considérer comme des exemples non limitatifs, l'invention couvrant l'utilisation d'espèces dont l'activité de dégradation des boues est démontrée.

Dans la description qui suit on utilisera indifféremment le terme micromycète ou mycélium par souci de simplicité.

De manière préférée, on inclut tout particulièrement des espèces qui peuvent être sélectionnées par des protocoles de sélection appropriés tels que décrits plus loin. Cette sélection de souches ensuite mises en culture facilite la production en grande quantité d'une préparation mycélienne active contre les boues. Une fois la sélection de souches effectuée, une préparation d'au moins une de ces souches sera administrée aux boues à traiter.

Parmi les micromycètes efficaces pour dégrader les boues, certaines espèces peuvent être retrouvées dans des boues de station d'épuration. On parle de micromycètes endogènes. Mais ces micromycètes sont présents en quantité insuffisante dans ces boues pour les dégrader de manière suffisante.

Certaines espèces peuvent être également obtenues à partir d'autres sources biologiques.

Selon une réalisation, le procédé comprend, en parallèle du traitement des boues par les micromycètes, la culture en continu des micromycètes.

Le temps de traitement des boues par les micromycètes est compris typiquement entre 1 et 10 jours, typiquement entre 2 et 5 jours. Les flux de mycélium et de boues à traiter sont régulés dans l'installation en conséquence.

Il est réalisé typiquement à pH de l'ordre de 5.5 à 9, à une température entre 10 et 30 C. On préférera une agitation lente, par exemple de l'ordre de 10 à 50 tours/min, avec une oxygénation de l'ordre de 1 à 5 mg/l d'oxygène dissous.

Selon une réalisation on utilise une seule souche de micromycètes (ou mycéliums). Selon une autre réalisation on associe plusieurs souches différentes, formant un mélange mycélien, éventuellement à effet synergique.

Selon des réalisations préférées, les micromycètes (ou mycéliums) sont choisis parmi les genres PENICILLIUM, TRICHODERMA, PHOMA, MUCOR, FUSARIUM, GALACTOMYCES, ASPERGILLUS, BOTRYTIS, GEOMYCES et leurs mélanges.

En particulier on pourra utiliser parmi les moisissures PENICILLIUM roqueforti, PENICILLIUM camembertii, PENICILLIUM chrysogenum (notatum, meleagrinum, flavidomarginatum, rubens, chlorophaeum, camerunense,

aromaticum, harmonense), PENICILLIUM atramentosum, TRICHODERMA viride, TRICHODERMA Koningii, TRICHODERMA reesei, MUCOR hiemalis, MUCOR mucedo, MUCOR racemosus, MUCOR circinelloïdes, MUCOR fuscus, MUCOR circinelloides, MUCOR racemosus, MUCOR plumbeus, GALACTOMYCES geotricum, ASPERGILLUS phoenicis, ASPERGILLUS niger, ASPERGILLUS ficuum, FUSARIUM equisetii, GEOTRICUM candidum, PHOMA glomerata, BOTRYTIS Cinerea, GEOMYCES pannorum et leurs mélanges.

D'autres microorganismes sélectionnés, non mycéliens, peuvent être associés éventuellement à la composante mycélienne pour vivre en synergie et développer les mêmes fonctions. Ces microorganismes sont notamment des bactéries, des levures, des protozoaires, des amibes.

Parmi les levures, on pourra utiliser des levures Sacharomyces.

Parmi les bactéries, on pourra utiliser des bactéries du genre Bacillus, et en particulier des alicyclobacillus, des paenibacillus, des brevibacillus, des aneurinibacillus, des virgibacillus. On pourra utiliser en particulier les espèces suivantes de Bacillus : subtilis, anthracis, cereus, licheniforrnis, megaterium, pumilus, sphaericus, thuringiensis. Parmi les espèces de bactéries thermopiles on pourra en particulier utiliser : bacillus stearothermophilus, bacillus thermoglucosidasius, bacillus thermodenitrificans.

On pourra également utiliser des bactéries halobacillus telles que sporosarcina halophila.

Selon une réalisation, la culture des micromycètes est aérobie, et se fait en continu en bioréacteur.

Selon une réalisation, les boues sont traitées en continu. Le débit de traitement est fonction d'une part de la concentration en MS des boues, et d'autre part de la charge polluante. On estime par tranche de 1000 eq. hab (avec prise en compte d'un rapport MS/DB05 de l'ordre de 0.8 à 1, ce paramètre variant selon

le type d'eaux usées à traiter) une variation de débit de l'ordre de 2 à 10 m3/jour/1000 eq. hab.

Selon un mode de mise en oeuvre en continu, les micromycètes sont injectés à un débit de l'ordre de 0. 01 à 10% du volume de boues à traiter par jour, typiquement de l'ordre de 2 à 5%. Comme on le verra, ils sont administrés sous forme d'une culture en milieu liquide.

Selon un mode de mise en oeuvre dans lequel les boues sont traitées en discontinu, les micromycètes sont injectés à raison d'un volume de 0.01 à 15%, typiquement de l'ordre de 2 à 10% du volume de boues à traiter par jour.

Grâce à l'invention, la quantité de matière sèche des boues traitées par les micromycètes est réduite de l'ordre de 10 à 50%, typiquement de l'ordre de 20 à 30%, par rapport à celle des boues non traitées. Selon les paramètres de réglage cette dégradation peut être supérieure.

Selon un autre aspect l'invention concerne un procédé de traitement des eaux dans une station d'épuration à dominante urbaine, comprenant les étapes successives suivantes : - traitement physique et/ou biologique des eaux usées, conduisant à la production de boues acheminées dans au moins une cuve de premier traitement,

- le cas échéant activation des boues de ladite cuve, - le cas échéant clarification des boues activées, - traitement biologique par des micromycètes, d'au moins une partie des boues le cas échéant activées, dans au moins un bassin de contact biologique situé à l'aval de la cuve de premier traitement, en mettant en oeuvre un procédé tel que décrit précédemment, - le cas échéant évacuation des boues traitées dans le bassin de contact biologique.

Selon un autre aspect l'invention concerne une installation de traitement d'effluents de station d'épuration à dominante urbaine, destinée à mettre en oeuvre un tel procédé, comprenant :

- une cuve de premier traitement comportant des boues d'épuration, - en aval de la cuve de premier traitement, au moins un bassin de contact biologique destiné à la dégradation d'au moins une partie des boues par les micromycètes, - en amont du bassin de contact biologique, un bioréacteur de culture en continu de micromycètes.

Typiquement, le bioréacteur comprend : - des moyens d'arrivée de nutriments et d'un inoculum à cultiver, - des moyens de répartition homogène des micromycètes dans le bioréacteur, - des moyens de transfert de micromycètes cultivés vers le bassin de contact.

Le bassin de contact comprend des moyens d'arrivée des micromycètes, des moyens d'arrivée des boues, des moyens d'agitation, des moyens d'aération, des moyens d'évacuation des boues traitées, et de préférence des moyens de régulation des débits d'arrivée et de sortie des boues et des micromycètes, du pH et de la température.

Le bassin de contact a une capacité adaptée à l'installation. La capacité est notamment fonction du temps de séjour des boues à traiter. A titre d'exemple, pour un temps de séjour des boues traitées de 5 jours et une concentration de 6 à 20 g/L en MS, le volume du bassin de contact varie de 10 à 40 m3 par tranche de 1000 eq. hab (équivalents habitants).

Le traitement peut être biologique ou mixte (agents chimiques et biologiques).

D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, illustrée par la figure 1.

Une installation 1 connue de l'art antérieur comprend d'amont en aval : - un bassin de stockage et/ou de traitement 2 des eaux à traitées, dans lequel peuvent avoir eu lieu des prétraitements mécaniques et/ou chimiques,

- en aval de ce bassin 2, au moins un bassin de boues ou cuve de premier traitement 3, les boues n'étant pas encore exposées aux mycéliums, et étant éventuellement activées, - en aval de ce bassin de boues activées 3, un bassin de clarification ou similaire 4, la fraction clarifiée sortant de ce bassin 4 étant évacuée en sortie 5 de la station d'épuration.

La fraction boues en sortie du bassin 4 est reconduite, par des moyens de transfert 6 vers le bassin 3 de boues activées.

Selon l'invention, l'installation 1 comprend en outre : - un bassin de contact 8 dans lequel les mycéliums sont mis en contact avec les boues qui proviennent du bassin de clarification 4 par des moyens de conduite 7, ou éventuellement directement du bassin 3 par des moyens de conduite 7a - un bioréacteur 9 de culture des mycéliums, transférés par un conduit 10 jusqu'au bassin de contact 8.

Les boues ainsi traitées par les mycéliums sont évacuées du bassin 8 vers une zone 11 de traitement des boues et de stockage. es boues subissent le cas échéant un traitement ultime (déshydratation, centrifugation, séchage, thermolyse, incinération) des boues (ou autres débouchés) dans une zone avale 15. Le bassin de contact 8 comprend une arrivée d'air 12.

Par souci de clarté on a représenté à chaque étape un seul élément de l'installation. Il est entendu que le nombre de chaque élément est susceptible d'être adapté en fonction du dimensionnement et du type d'installation.

Le bioréacteur 9 fonctionne suivant le principe analogue au"lit à ruissellement", en utilisant un support à garnissage ordonné. Ce bioréacteur 9, qui

pourrait être nommé "lit mycélien" de faible volume dans une proportion allant de 1/100 à 1/50' du bassin de contact 8, est utilisé pour cultiver le cocktail mycélien sur support aéré après avoir été sélectionné pour chaque type de boue. La taille du bioréacteur 9 est dépendante du flux à traiter mais aussi de la qualité et/ou de la composition des effluents à traiter. Une quantité appropriée de

préparation mycélienne est transférée à l'aide de la conduite 10 dans la cuve de contact 8. La préparation mycélienne produite dans le bioréacteur 9 comprend des spores et des mycéliums. Le volume de boue traitées dans le bassin de contact 8 correspond à un temps de séjour de plusieurs jours, il est aéré et ensemencé par les spores et le mycélium produits in situ, et brassé en continu à l'aide d'un agitateur 14.

Les boues traitées sont éventuellement dirigées dans la réalisation représentée vers la zone 11 aérée afin de prévenir tout risque de relargage des phosphores dans le cas où une déphosphatation par voie biologique (ou mixte) aurait été appliquée dans la filière en amont. Dans d'autres cas, le volume dimensionnant ayant pris en compte un déversement direct dans le système de déshydratation (ou tout autre système) situé en aval, le pompage des effluents se fait directement sans stockage intermédiaire. Il est à noter que le dimensionnement de la filière boue en aval se trouve diminué du fait de la réduction du volume des boues, mais également optimisé grâce à l'obtention d'une meilleure drainabilité de la boue et une meilleure aptitude à la déshydratation.

L'exploitation du système peut prendre les deux formes, continue ou par bâchée. En site industriel, le fonctionnement continu sera privilégié afin d'obtenir un lissage des valeurs de dégradation de la matière et de favoriser les conditions de développement de la population mycélienne. Le fonctionnement par bâchée peut aussi trouver des applications lors de fonctionnements saisonniers.

Dans un fonctionnement en continu, le procédé comprend une phase de pompage des boues extraites de la filière boues activées dans le bassin 3, permettant d'alimenter la phase de traitement aérobie dans le bassin de contact 8. Ce bassin 8 est sous la forme d'un ouvrage équipé de rampes d'aération 13 et d'un agitateur 14. La biodigestion aérobie est alimentée en continu d'une part par les boues à dégrader venant du bassin de boues 3 et d'autre part par le mélange mycélien qui se développe de manière indépendante dans le bioréacteur 9.

La boue (également désignée effluent à traiter), dont le pH préconisé varie entre 5.5 et 9, alimente ce bassin de contact 8 par pompage avec un débit modéré sur la recirculation des boues du bassin d'aération, à l'aide d'une pompe principale et d'une pompe de secours en parallèle. Le remplissage du bassin de contact 8 est ainsi progressif, continu et régulé tout en respectant un temps de séjour dans ce bassin 8 d'au maximum 7 jours de l'effluent à traiter et d'au minimum 24 heures.

Le bassin de contact 8 est dimensionné en prenant en compte le temps de séjour et la concentration des boues exprimée en MS (g/L) : ceci impose un volume global classiquement doté des équipements nécessaires à son bon fonctionnement. Cet ouvrage est aéré en fond de bassin. Des rampes d'aération type moyenne bulle peuvent être sélectionnées ou tout système similaire.

Une homogénéisation syncopée est éventuellement requise selon les périodes et le type d'effluents à traiter.

Le bassin de contact 8 contient une population mycélienne sensiblement constante car le système connecté de type bioréacteur 9 permet de générer des populations continues à taux de croissance limité.

Une régulation automatisation simple connue de l'homme du métier permet d'agir à la fois sur l'aération et le brassage.

Des sondes de régulation et ou d'indication de température, d'oxygénation et de pH sont souhaitables afin de vérifier la bonne stabilité de ces paramètres : pH pouvant varier de 5,5 à 9, température de 10 à 30 C, agitation lente, oxygénation de 1 à 5 mg/L d'oxygène dissous (dans certain cas ce paramètre peut être majoré), temps de séjour environ de 5 jours.

On décrit maintenant plus précisément le bioréacteur 9 de production de mycéliums en continu. Celui-ci doit être capable de fournir à la biomasse microbienne qu'il contient et qui s'y développe, la quantité d'oxygène dont elle a besoin. Il s'agit de mélanger trois phases : une phase aqueuse (le milieu de culture), une phase gazeuse (le gaz d'oxygénation des mycéliums, typiquement de

l'air), une phase biotique constituée par la biomasse microbienne à majorité mycélienne.

Le bon déroulement du procédé est lié aux phénomènes de transferts entre les cellules (mycéliums et spores) et le milieu de culture. Il s'agit tout d'abord de transfert de matière, du milieu extérieur vers la cellule pour ce qui est du substrat et des composés du milieu de culture nécessaires à la croissance cellulaire, en sens inverse pour les produits du métabolisme des cellules en culture. Pour que les transferts puissent s'effectuer correctement, la répartition des cellules dans le milieu de culture doit être la meilleure possible. En culture aérobie des mycéliums, c'est le gaz d'oxygénation qui crée la turbulence et permet le maintien des cellules en suspension homogène. La géométrie du bioréacteur est conçue pour que le transfert d'oxygène soit le plus efficace possible.

L'apport de nutriments permet de favoriser le développement des microorganismes micromycètes et exerce donc une influence sur le comportement cinétique de la population microbienne présente.

Pour que les microorganismes soient répartis de façon homogène, que l'oxygène nécessaire soit apporté et la température maintenue, on utilise des moyens de transfert appropriés. Au fur et à mesure que le développement microbien se poursuit, la concentration cellulaire augmente, la concentration en produits synthétisés par les microorganismes aussi, tandis que le milieu s'appauvrit en substrat.

Durant le traitement des boues dans le bassin de contact 8, les caractéristiques rhéologiques et chimiques du milieu changent, ce qui entraîne des modifications de fonctionnement, les transferts ne s'effectuant plus de la même façon. Il est donc recommandé d'agir sur les modalités de fonctionnement pour faire en sorte que la population microbienne soit à tout moment dans les meilleures conditions et que son comportement cinétique soit optimal au sein du bassin de contact 8 : puissance d'agitation, et/ou débit d'air, et/ou ajout de substrats, voire ajout de réactifs, et/ou la régulation de la température et du pH (toutes ces opérations étant facilement automatisables).

Le bassin de contact 8 est conçu en fonction du type de processus qui doit s'y dérouler. Quel que soit le microorganisme, le bioréacteur 9 est conçu pour permettre un contact aussi bon que possible entre les deux phases biotique et abiotique du système. Le bioréacteur instaure le régime établi du procédé décrit.

Lorsque le régime établi est atteint (niveau de performance de réduction des boues maximum), l'apport régulier d'une quantité suffisante de boues (substrat pour la flore) permet de maintenir la population microbienne à un degré de performance constant. L'obtention d'une station de traitement fonctionnant comme un fermenteur industriel (production de biomasse) c'est à dire le plus souvent en mode chemostat (une culture en milieu renouvelé) garantie la rusticité, simplicité et l'autonomie du système.

Le traitement efficace des boues dans le bassin de contact 8 est obtenu en utilisant un apport de micromycètes, produits in situ dans le bioréacteur 9, dans le bassin 8, et/ou une recirculation de boues ayant déjà séjourné dans le bassin de contact 8. Le choix dépend notamment du type d'effluents à traiter.

Afin de pallier les accidents aléatoires (variations non contrôlables ou prévisibles des boues), le concept de la bio-augmentation est intégré dans le procédé. On utilisera de préférence un système de culture et/ou d'injection afin d'apporter en permanence une forte charge de microorganisme. Cette culture est effectuée dans le bioréacteur 9 à partir de produits microbiens sélectionnés (inoculum de souches et son milieu de culture à base d'extrait de malte, d'amidon ...) et de nutriments spécifiques (source de carbone, d'azote, etc....) pour l'amplification de l'inoculum.

Selon une réalisation, des apports répétitifs de biocatalyseurs pourront être automatiquement réalisés au cours du procédé. Dans ce cas des boues chargées en micromycètes (application de l'inoculation au premier jour) servent elles-mêmes d'inoculum. Toutefois, dans certains cas, compte tenu de la richesse et de la complexité naturelle des boues en microorganismes, les cultures de micromycètes peuvent ne pas être suffisamment spécifiques (développement anarchique en

présence des nutriments d'une flore non-spécifique et non-répétitive). On utilisera alors de préférence un mélange entre une flore de champignons exogènes sélectionnés et d'une autre flore endogène amplifiée et régulée par les nutriments. Le procédé permet alors de surdoser en permanence le principe actif et de maintenir la performance technique malgré des variations dans les flux ou la composition des boues. Le bioréacteur 9, permettant la production sur site et/ou l'injection en continu de microorganismes dans le bassin de contact 8, permet une colonisation permanente et optimale des boues. Par rapport à la définition du mode chemostat qui implique une seule inoculation au premier jour et ensuite une autosuffisance, il s'agit d'une sécurité supplémentaire.

Au démarrage de l'installation, le système est ensemencé par un cocktail sélectionné et adapté au type d'effluent à dégrader. Cette étape permet la mise en route de l'installation car elle génère le fonctionnement autonome de l'ensemble.

Le bioréacteur 9 peut se présenter sous des formes très variées, telle qu'une colonne cylindrique, de hauteur variable selon les flux dimensionnants : air, surface du garnissage de contact. Il comprend par exemple trois parties : une partie basse permettant de collecter un liquide chargé de mycélium, pompé puis reversé dans la partie haute de la colonne qui forme un système de pulvérisation (rampe d'aspersion conçue de telle manière que les mycéliums ne soient pas morcelés). La partie centrale contient un garnissage de type structuré ou autre, permettant d'optimiser l'implantation de la population cultivée, sa fixation et son développement dans des conditions favorables. Ce garnissage peut être de différents types et de différents matériaux, l'essentiel étant de permettre la fixation des mycéliums.

Cette aspersion générée par une recirculation du liquide (via une pompe) permet son ruissellement sur le garnissage de la tour et humidifie ainsi les mycéliums qui adsorbent les composants du liquide.

Ce bioréacteur 9, d'une capacité de l'ordre de quelques litres ou dizaines de litres selon la taille de l'installation, est surmonté d'un couvercle de type toit laissant passer librement le flux d'air mais prévenant des chutes pluviales.

Les échanges sont favorisés par un contre-courant entre l'air et le liquide concentré percolant sur le garnissage. L'injection du flux via le bassin de dégradation de la matière est réalisée de préférence de manière gravitaire ou, à défaut, la technologie de pompage permet de conserver les microorganismes injectés dans un métabolisme favorable. Une thermorégulation peut-être nécessaire dans le cas où le bioréacteur 9 ne serait pas protégé du gel.

Le bioréacteur 9 est conçu de manière à obtenir une consommation très limitée d'inoculum à implanter, du fait de l'autonomie du système qui fonctionne en recirculation permanente, cette recirculation assurant un contact optimal pour la population mycélienne avec les constituants favorisant son développement. La température y est typiquement de l'ordre de 10 à 30 C.

Un suivi analytique biologique ponctuel permet de vérifier la croissance des différentes espèces de mycéliums constitutives du cocktail sélectionné.

Un suivi analytique chimique, existant sur les stations de traitement permet de se situer sur les performances du système. Le temps de dégradation est prédéfini selon les caractéristiques initiales mais peut varier selon les variations de flux traité en amont. C'est un système qui s'adapte parfaitement à ce genre de fluctuation : les suivis analytiques permettent de s'assurer du bon rendement de dégradation.

Selon une variante, le procédé de traitement par voir mycélienne peut être mis en place en recirculation sur la boue activée, soit sur la filière de traitement eau. Le procédé est analogue à celui décrit tant sur le plan du concept que du dimensionnement. Néanmoins les gammes de variation des débits, temps de séjour, volume du bassin de contact, sont différentes et génèrent des optimisations imposant des critères de sélection des ouvrages différents. La sélection mycélienne est la même et pourra même bénéficier de synergies entre les flores bactériennes et mycéliennes.

On décrit maintenant plus précisément les souches de micromycètes qui peuvent être utilisés dans le procédé selon l'invention.

Les inventeurs ont isolé différentes souches de champignons micromycètes dans des boues de plusieurs stations d'épuration en utilisant des techniques appropriées. Les milieux de cultures suivants, GSC et PDA, classiquement utilisés pour des titrages de laboratoires, ont été utilisés pour l'isolement, la qualification et la quantification des populations microbiennes présentes dans des échantillons de boues de ces stations d'épuration :

<tb>
<tb> GSC-Gélose <SEP> de <SEP> Sabouraud <SEP> au <SEP> PDA-Gélose <SEP> glucosée <SEP> à <SEP> l'extrait <SEP> de
<tb> Chloramphénicol <SEP> pomme <SEP> de <SEP> terre
<tb> Peptone <SEP> pepsidique <SEP> de <SEP> viande <SEP> lOg/L <SEP> Extrait <SEP> de <SEP> pomme <SEP> de <SEP> terre <SEP> 4g/L
<tb> Glucose <SEP> 20 <SEP> g/L <SEP> Glucose <SEP> 20 <SEP> g/L
<tb> Chloramphénicol <SEP> 0. <SEP> 5 <SEP> g/L <SEP> Agar <SEP> bactériologique <SEP> 15 <SEP> g/L
<tb> (antibiotique) <SEP> 15 <SEP> g/L
<tb> Agar <SEP> bactériologique
<tb> pH <SEP> = <SEP> 5.7 <SEP> pH <SEP> = <SEP> 3.5 <SEP> à <SEP> 4.5 <SEP> selon <SEP> utilisation
<tb> milieu <SEP> favorisant <SEP> la <SEP> croissance <SEP> des <SEP> (régler <SEP> le <SEP> pH <SEP> par <SEP> ajout <SEP> d'acide)
<tb> moisissures <SEP> (plus <SEP> sélectif <SEP> que <SEP> PDA)
<tb> Mélanger <SEP> 45.5 <SEP> g <SEP> de <SEP> milieu <SEP> à <SEP> IL <SEP> d'eau <SEP> Mélanger <SEP> 39.0 <SEP> g <SEP> de <SEP> milieu <SEP> à <SEP> IL <SEP> d'eau
<tb> distillée <SEP> distillée
<tb>

Ces milieux sont stérilisés par chauffage à 120 C pendant 15 minutes avant utilisation. Ils sont solides à température ambiante.

L'isolement et la quantification des populations mycéliennes présentent dans les boues de stations d'épuration ont été réalisés au moyen d'une technique de numérisation par culture sur boîtes de Pétri, méthode dite Unités Formant

Colonie (UFC) ou Sélection par épuisement. Les échantillons sont prélevés au niveau de circuit de recirculation des bassins de boues activées.

Cette technique consiste à ensemencer des parties aliquotes de suspensions-dilutions, réalisées à partir de l'échantillon à doser, dans ou sur un milieu de culture stérile convenant aux microorganismes à évaluer.

L'isolement des souches s'effectue en trois étapes. Un délai d'incubation de cinq à sept jours est nécessaire entre chacune d'elle.

- une première phase d'isolement :
La population à étudier a subi des dilutions de dix en dix (de 10-'à 10-7).

A chaque dilution, O. 1mL de solution ont été prélevés, puis répandus à la surface d'un milieu gélosé solide en boîte de Pétri (l'étalement est assuré par une anse jetable stérile). Pour chaque dilution, deux milieux solides distincts sont ensemencés : GSC (Gélose de Sabouraud au Chloramphénicol) et PDA (Gélose glucosée à l'extrait de pomme de terre). Ce dernier milieu est moins sélectif et plus favorable à la croissance bactérienne. Le milieu GSC est spécifique à la croissance mycélienne.

Les résultats ont été obtenus après cinq jours d'incubation à 25 C.

Conformément au principe de la sélection par épuisement, plus le degré de dilution augmente, plus la proportion et la diversité des microorganismes qui se développent sont faibles.

- une deuxième étape d'isolement (ou première purification) :
Les spores d'un thalle sélectionné sont remises en suspension, puis subissent une dilution décimale (jusqu'à 10-6). Le prélèvement des spores s'effectue à l'aide d'une pipette pasteur préalablement cassée (pour servir de grattoir) et stérilisée à la flamme. Le centre des moisissures est récupéré (spores + mycélium) puis remis en suspension dans de l'eau stérilisée. Sur dix échantillons étudiés, onze moisissures ont été ainsi isolées.

- une troisième d'isolement (purification de la souche) :
Après prélèvement des spores de la souche choisie, un ensemencement est effectué, par piqûre centrale à l'aide d'une pipette pasteur cassée, le but étant

d'obtenir une seule colonie par boîte de Pétri (culture pure). Trois boîtes par moisissure isolée ont été ensemencées, chacune des boîtes contenant des milieux de cultures différents (milieux GSC, PDA et YCG, une autre gélose glucosée au chloramphénicol).

La culture obtenue étant pure, l'influence du milieu sur le développement mycélien est flagrante. L'incubation prend cinq à sept jours à 25 C.

En fin de troisième isolement, une observation au microscope à immersion est menée pour une pré-identification des souches isolées. On observe les appareils reproducteurs ceux-ci étant le premier critère de distinction des espèces dans la classification.

On a ensuite réalisé une ultime étape d'isolement : l'ensemencement de slants.

Du milieu de culture est coulé dans des tubes à essai (9mL de milieu par tube). Chaque tube est fermé à l'aide de coton afin de protéger l'atmosphère interne de toute contamination microbienne externe sans pour autant supprimer les flux d'oxygène. Le tout est stérilisé à l'autoclave 15 minutes à 120 C. A cette température, le milieu de culture est liquide. A la sortie de l'autoclave, les tubes sont inclinés de façon à ce que la gélose remonte au 2/3. En moins d'une heure, le milieu se solidifie. Six slants ont été par moisissure : e un slant est mis en réserve et conservé à froid, e un part en identification dans un laboratoire extérieur spécialisé afin de connaître avec précision l'espèce isolée, e les quatre autres sont destinés à être remis en suspension et transvasés dans des tubes cryogéniques, forme sous laquelle la souche est intégrée à la bibliothèque.

Onze souches ont été purifiées. L'ensemencement se fait à l'aide d'une pipette pasteur cassée. Les spores, prélevées par grattage dans les boîtes de Pétri en troisième phase d'isolement, sont mises en suspension dans le peu d'eau présent dans le fond des tubes (condensation due au refroidissement du milieu).

L'étalement est alors facile et s'effectue par strie en descendant.

On effectue ensuite une étape de conservation et mise en souchotèque.

Une fois la semaine d'incubation passée, les spores et le mycélium sont récupérés. Pour finir, un contrôle de pureté et de propreté est effectué afin de s'assurer de l'absence de contaminants. Des essais de production sont lancés avant l'entrée définitive de la souche dans la gamme commerciale. Si les essais sont concluants, la souche est définitivement intégrée à la bibliothèque : une cinquantaine de tubes cryogéniques sont préparés et rangés, ils servent de réserve pour le lancement de futures productions industrielles.

La préparation de cultures pures réclame non seulement l'isolement d'un microorganisme donné à partir d'une population naturelle, mais aussi le maintien de ce microorganisme dans une atmosphère isolée.

Les microorganismes se cultivent dans des volumes et récipients de petites tailles (tube à essais, fiole d'Erlenmeyer ou boîte de Pétri). Ces récipients doivent être stérilisés avant l'inoculation (UV, rayon, chaleur sèche ou humide) et ensuite protégés contre la contamination externe.

Le milieu PDA est moins sélectif que le milieu GSC et moins adapté à la croissance des moisissures, les colonies de bactéries et de levures y proliféra plus facilement.

Des onze moisissures isolées, dix l'ont été après culture sur milieu GSC et une après culture sur milieu PDA.

Une différence aussi bien quantitative que qualitative sépare les effluents urbains des effluents industriels. D'une manière générale, les spécimens isolés à partir d'effluents urbains, n'apparaissent pas dans les autres stations ou alors en quantité moindre.

On présente maintenant les principaux résultats de biodégradation des boues par les micromycètes, obtenus sur station d'épuration de 5000 eq/hab.

L'activité des micromycètes a été mesurée en utilisant deux bassins de contact 8 (ou cuves de procédé) dotés des équipements appropriés d'aération, de régulation, d'agitation :

une cuve de procédé 8 dans laquelle le mélange (ou cocktail) défini est injecté, une cuve de procédé 8 témoin dans laquelle aucun cocktail mycélien n'est injecté.

Les deux cuves sont soumises aux mêmes conditions de pH, température, aération. Le flux à traiter est exactement le même ; seule diffère la biomasse puisque que dans la cuve de procédé se situent les espèces mycéliennes sélectionnées. De nombreuses espèces, associations d'espèces mais aussi des paramètres essentiels tels que le temps de séjour, les paramètres physicochimique, on été testés.

Le temps de séjour a été également testé afin d'évaluer la croissance des flores exogènes et endogènes et de choisir l'optimal en matière de dégradation de la matière organique avec prise en compte du facteur économique (temps de séjour plus ou moins important impliquant des installations plus ou moins coûteuses). Parmi les paramètres physico-chimiques permettent d'accélérer les processus et donc de faciliter la bonne marche du procédé, les inventeurs ont confirmé l'effet important de l'aération sur le développement du cocktail fongique dans un mode favorisant ses capacités dégradatives.

Différents essais ont été réalisés en mode discontinu ou continu sur cuves de procédé contenant des effluents chargés en boues dans chacune des cuves.

Pour un fonctionnement en mode discontinu, des échantillons sont prélevés au temps 0 afin de réaliser les bilans sur le volume et la quantité de la boue : à titre d'exemple et de manière non exhaustive, M. E. S, M. V. S, M. M, M. V, M. S mais aussi azote et phosphore, DCO..... Des analyses biologiques ont été réalisées pour le titrage de la flore bactérienne. Après injection du cocktail dans la cuve procédé (aucune injection dans la cuve témoin), des analyses biologiques ont été réalisées pour le titrage des flores bactérienne et fongique.

Pour un fonctionnement en mode continu, l'essai se fait par exemple selon le protocole suivant :

- arrivée continue d'effluents chargés en matière dites boues dans chacune des cuves puis sortie en continu d'un volume déterminé pour maintenir le temps de séjour requis (avec prise en compte des flux entrée et sortie) ; vu les volumes de l'installation d'essai, le mode continu est mis en place à l'aide d'une alimentation journalière sur une période de quelques heures successivement à l'extraction journalière réalisée sur une période de quelques heures ; - prise d'un échantillon en amont de la cuve de procédé afin de réaliser les bilans sur le volume et la quantité de la boue : à titre d'exemple et de manière non exhaustive, M. E. S, M. V. S, M. M, M. V, M. S mais aussi azote et phosphore, DCO... (avec analyses biologiques pour le titrage de la flore bactérienne) ; - mise en marche du bioréacteur avec production in situ des espèces sélectionnées ; - injection du cocktail en continu (selon les volumes l'injection du mélange mycélien peut être séquentielle) dans la cuve de procédé (aucune injection dans la cuve témoin) ; - analyses biologiques pour le titrage des flores bactérienne et fongique des prélèvements réalisés sur le bioréacteur ; - prise d'échantillon régulière dans le bac de sortie des boues traitées avec demande d'analyses globales tant chimiques que microbiologiques.

Le comparatif est effectué entre l'entrée et la sortie mais aussi en parallèle en comparaison avec le témoin.

Les inventeurs ont constaté des dégradations de la matière organique de l'ordre de 20 à 30 %, qui correspondent à une différence de quantité entrante dans le système et d'une quantité sortante du système. Les boues traitées par les micromycètes dans le bassin de contact présentent typiquement les concentrations suivantes.

Boues <SEP> dans <SEP> la <SEP> cuve <SEP> de <SEP> procédé <SEP> au <SEP> temps <SEP> 0, <SEP> avant <SEP> l'injection
<tb> de <SEP> micromycètes
<tb> M. <SEP> E. <SEP> S <SEP> 7 <SEP> à <SEP> 12 <SEP> g/L
<tb> M. <SEP> V. <SEP> S <SEP> 4 <SEP> à <SEP> 8 <SEP> g/L
<tb> M. <SEP> S7 <SEP> à <SEP> 10 <SEP> g/L
<tb> M. <SEP> M <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 4 <SEP> g/L
<tb> M. <SEP> V <SEP> 4 <SEP> à <SEP> 7 <SEP> g/L
<tb>

Au vu de l'ensemble de la description qui précède, l'invention présente plusieurs avantages notables.

L'on peut en effet sélectionner le type et la quantité de micromycètes à administrer aux boues afin de contrôler au mieux le traitement, notamment en fonction des paramètres de l'installation (conditions de milieu de l'épuration des eaux résiduaires et des boues résiduelles qui y sont issues, composition des boues, débit de l'installation...).

Le cycle de vie des micromycètes, organismes pluricellulaires, offre plusieurs différences significatives par rapport aux bactéries : croissance plus lente et différente de celle des bactéries, matériel enzymatique de dégradation de la matière organique plus complexe et orienté vers une plus grande variété de substrats.

La sélection d'espèces mycéliennes issues du milieu endogène associées, selon les cas, à d'autres espèces connues pour leur capacité dégradative, ainsi que la détermination des conditions physico-chimiques permettent d'assurer la stabilité, l'adaptabilité et l'expression de l'écosystème (mélange fongique complexe) nouvellement incorporé. Ainsi, ce procédé permet d'exploiter les fonctions enzymatiques d'intérêt des écosystèmes exogènes (cocktails fongiques) mais aussi, selon les cas, endogènes (flore déjà présente au sein des boues).

On observe une dégradation plus poussée des boues de stations d'épuration par certains cocktails de micromycètes face au processus

classique d'utilisation des bactéries et protozoaires constitutifs de la boue. La fraction de matière organique totalement oxydée est alors plus importante.

La consommation énergétique de ce nouveau procédé est considérablement réduite par rapport à l'art antérieur : les besoins en apport d'oxygène des micromycètes représentent environ le tiers de l'oxygène requis par une population bactérienne. De plus, les micromycètes vont utiliser toutes les formes d'apport d'oxygène disponible afin d'optimiser la dégradation de la matière organique. Le procédé est ainsi qualifié comme peu énergétique.

Ce procédé permet également de maîtriser les rejets des agents pathogènes en les diminuant grâce aux propriétés antibiotiques apportées par la population mycélienne.

Ce procédé permet aussi de manière non limitative une amélioration de la drainabilité de la boue, une pré-hygiénisation de la boue, des modifications des ratios CIN, C/P....

On notera que la performance du traitement varie selon les conditions opératoires (sélection des paramètres permettant d'atteindre les performances

optimales) mais aussi selon le type d'effluent donc de substrat à dégrader. De plus ZD un certain nombre de prétraitements possibles (appliqués sur le flux de manière partielle ou totale) permettent de majorer les performances significativement. Le stress des boues avant le traitement mycélien est possible via l'utilisation d'enzyme, catalyseurs thermophyles, acidification, ozone, chocs osmotiques, autres oxydants et réactifs d'oxydation. Ainsi des performances nettement supérieures peuvent être atteintes dans des conditions spécifiques sur des effluents donnés.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de boues de station d'épuration à dominante urbaine, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de traitement des boues par des micromycètes.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend, en parallèle du traitement des boues par les micromycètes, la culture en continu des micromycètes.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le temps de traitement des boues par les micromycètes est compris entre 1 et 10 jours, typiquement entre 2 et 5 jours.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le traitement par les micromycètes est réalisé à pH de l'ordre de 5.5 à 9, température entre 10 et 30 C, agitation lente, oxygénation de l'ordre de 1 à 4 mg/l d'oxygène dissous.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'on met en contact avec les boues une seule souche ou plusieurs souches de micromycètes différentes.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les micromycètes sont choisis parmi les genres PENICILLIUM,

TRICHODERMA, FUSARIUM, PHOMA, MUCOR, GALACTOMYCES,

ASPERGILLUS, BOTRYTIS, GEOMYCES et leurs mélanges.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les micromycètes sont choisis parmi : PENICILLIUM roqueforti,

PENICILLIUM camembertii, PENICILLIUM chrysogenum (notatum, meleagrinum, flavidomarginatum, rubens, chlorophaeum, camerunense, aromaticum, hannonense), PENICILLIUM atramentosum, TRICHODERMA viride, TRICHODERMA Koningii, TRICHODERMA reesei, MUCOR hiemalis, MUCOR mucedo, MUCOR racemosus, MUCOR circinelloïdes,

MUCOR fuscus, MUCOR circinelloides, MUCOR racemosus, MUCOR

<Desc/Clms Page number 23>

GEOMYCES pannorum et leurs mélanges.

GEOTRICUM candidum, PHOMA glomerata, BOTRYTIS Cinerea,

ASPERGILLUS niger, ASPERGILLUS ficuum, FUSARIUM equisetii,

plumbeus, GALACTOMYCES geotricum, ASPERGILLUS phoenicis,
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la culture des micromycètes est aérobie.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que les boues sont traitées en continu.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que les micromycètes sont injectés à un débit de l'ordre de 0.01 à 10%, typiquement de l'ordre de 2 à 5%, du volume de boues à traiter par jour.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que les boues sont traitées en discontinu.
12. Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce que les micromycètes sont injectés à un débit de l'ordre de 0.01 à 15%, typiquement de l'ordre de 2 à

10%, du volume de boues à traiter par jour
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que les micromycètes sont au moins en partie endogènes, extraits des boues non encore traitées par les micromycètes.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisé en ce que la quantité de matière sèche des boues traitées par les micromycètes est réduite de l'ordre de 10 à 50%, typiquement de l'ordre de 20%, par rapport à celle des boues non traitées.
15. Procédé de traitement des eaux dans une station d'épuration à dominante urbaine, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes : - traitement physique et/ou biologique des eaux usées, conduisant à la production de boues acheminées dans au moins une cuve de premier traitement (3), - le cas échéant activation des boues de ladite cuve (3), - le cas échéant clarification des boues activées,

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- traitement biologique par des micromycètes, d'au moins une partie des boues le cas échéant activées, dans au moins un bassin de contact biologique (8) situé à l'aval de la cuve de premier traitement (3), en mettant en oeuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, - le cas échéant évacuation des boues traitées dans le bassin de contact biologique (8).
16. Installation de traitement d'effluents de station d'épuration à dominante urbaine, destinée à mettre en oeuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisée en ce qu'elle comprend : une cuve de premier traitement comportant des boues d'épuration (3), en aval de la cuve de premier traitement, au moins un bassin de contact biologique (8) destiné à la dégradation d'au moins une partie des boues par les micromycètes, en amont du bassin de contact biologique, un bioréacteur (9) de culture en continu de micromycètes.
17. Installation selon la revendication 16 caractérisée en ce que le bio réacteur comprend : des moyens d'arrivée de nutriments et d'un inoculum à cultiver, des moyens de répartition homogène des micromycètes dans le bioréacteur, des moyens de transfert (10) de micromycètes cultivés vers le bassin de contact (8).
18. Installation selon la revendication 16 ou 17 caractérisée en ce que le bassin de contact comprend des moyens d'arrivée (10) des micromycètes, des moyens d'arrivée des boues (7,7a), des moyens d'agitation (14), des moyens d'aération (13), des moyens d'évacuation des boues traitées, des moyens de régulation des débits d'arrivée et de sortie des boues et des micromycètes, du pH et de la température.