Juin 2003
CCoommppttee rreenndduu ffiinnaall 22003333330088
Département Techniques d’Elevage et Qualité
Service Bâtiment, ...
MISE AU POINT DE PROCEDES DE TRAITEMENT DES LACTOSERUMS
ET EFFLUENTS DE FROMAGERIE EN FABRICATION FERMIERE.
Rapport final ...
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national, la réglementation se rapporte aux aspects environnementaux et sanitaires
(règlement sanitaire départemental et...
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III – MATERIELS ET METHODE
3.1. Critères étudiés
L’étude des dispositifs de traitement des effluents requière l’analyse ...
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l’objet d’un suivi en continu sur 6 mois consécutifs par l’INRA en collaboration avec le
Cemagref sur la base des mêmes ...
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- Volumes d’effluents
- pH
- DCO brute, MES, azote Kjeldhal
- Volumes de boues
Pour les aspects technico-économiques, ch...
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Sur les quatre éleveurs retenus, trois sont localisés en Rhône-Alpes et un en Saône-
et-Loire. Les caractéristiques des ...
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! Nombre d’exploitations enquêtées par département
Ain Ardèche Drôme Isère Loire Rhône Savoie Haute-Savoie
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! Eaux blanches
Dans 88 % des cas (113 éleveurs), les eaux blanches sont gérées conjointement
(eaux blanches de machine ...
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Eaux Blanches
de salle de traite
Eaux blanches
de fromagerie
Lactosérum
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Graphique 1 : Lien entre les charges de DCO calculées et mesur...
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l’effluent à dégrader. Le traitement est réalisé grâce à la combinaison des
mécanismes épuratoires physiques (rôle de l...
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36 kg de DCO transitent au travers du filtre pour lequel la charge appliquée à cette
période est de 666 g/m².
Compte te...
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A la fin de la semaine, il faut inverser les silos actifs et inactifs : il suffit pour cela de
changer l’ouverture de l...
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Graphique 2 : Répartition volumique (%) dans la pouzzolane 3/7 sans biofilm.
La macro-porosité élevée du filtre vierge ...
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L’alternance des phases d’alimentation et de repos agit à deux niveaux :
" A la superficie du filtre, la résorption du ...
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4.3.3.1. Rendement sur la pollution carbonée et évolution du pH
Sur une concentration moyenne de 9 g de DCO/l en entrée...
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Jour N° recyclage
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entrée filtre
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Septembre 1999 22,0 1...
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4.3.4. Composition et dimensionnement des filtres des sites de
prédéveloppement
L’étude menée sur colonnes complétée de...
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Ce guide détaille les règles de dimensionnement présentées dans le paragraphe
4.3.4. et des éléments à connaître pour m...
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Elevages
DCO mg/l
effluent brut
DCO mg/l
effluent traité
Rendement
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graphique suivant montre l’évolution de la MES au cours des recyclages et
notamment l’abattement rapide dès le premier ...
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Au même titre que la main d’œuvre, des différences importantes sont liées au
terrassement, à la construction des murs d...
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Figure 2 : Schéma de fonctionnement du procédé SBR.
Le système est complètement automatisé et fonctionne de façon auton...
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" Fonctionnement du dispositif de traitement
Figure 3 : Schéma d’un réacteur SBR.
A son arrivée, l’effluent brut subit ...
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4.4.2. Grille de dimensionnement
Le travail d’ingénierie a été réalisé par M. TORRIJOS de l’INRA de Narbonne. Les
valeu...
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Les rendements épuratoires sur l’azote et le phosphore sont respectivement de 95 %
et de 87 %.
A l’exception de l’azote...
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4.4.6. Approche économique
! Les investissements
Le coût total s’élève à 35 449 € HT (tableau 15).
Fournisseurs Fournit...
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Concentration de l’effluent
après traitement
DCO
mg/l
MES
mg/l
N-NTK
mg/l
pH
Rendement
sur la DCO
Filtres
pouzzolane
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4.5.3. Adaptabilité des techniques
La comparaison des deux techniques de traitement sur différents critères techniques
...
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SBR
Filtre pouzzolane
silo métallique en
autoconstruction
Stockage et épandage
Coût station € 15 620 9 272 0
Coût stock...
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exploitations avec fabrication fromagère. Cette phase progressive de transfert de
technologie met l’accent sur la néces...
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TORRIJOS M., SOUSBIC Ph. – Juin 2003 - Compte rendu du suivi de réacteur SBR
du Lycée Agricole de Davayé - INRA Narbonn...
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BIBLIOGRAPHIE
AMIOTTE L., LE FUR R. – 2000 - Les effluents des ateliers fromagers fermiers de
Haute-Savoie - Plaquette ...
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LE FUR R., TORRIJOS M. – 2001 - Traitement des effluents de fromagerie fermière
par le système SBR (Sequencing Batch Re...
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WILDERER P.A., IRVINE R.L., GORONSZY M.C. – 2001 - Sequencing Batch
Reactor Technology - Scientific and Technical Repor...
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Annexe 1
Enquête PEP Caprin
ENQUETE PREALABLE
Nom : ' : Adresse :
STRUCTURE DE L'EXPLOITATION
Combien de chèvres posséd...
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Annexe 2
Protocole de prélèvements et de mesures,
Station du PRADEL - septembre 19992
Le suivi analytique de la filière...
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bac en béton qui reçoit les effluents traités provenant des silos avant le retour dans
la cuve de recyclage.
Au droit d...
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4. Echantillons réalisés sur les effluents de la salle de traite et de la
fromagerie
La salle de traite
L’échantillonna...
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Les teneurs en graisses, nitrites, phosphates, chlorures et calcium ont également été
dosées pour certains échantillons...
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Annexe 3
Protocole de prélèvements et de mesures,
Station du PRADEL – Juin 20003
Le suivi analytique de la filière de t...
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Récapitulatif des différents prélèvements
2. Mesures physiques et électrochimiques sur les silos métalliques
Paramètre ...
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3. Protocole adopté pour définir les concentrations et les charges induites par
la fermentation de lait
Tank à lait
10 ...
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Au laboratoire du CEMAGREF Lyon
Les échantillons, conservés à une température de 4°C et stabilisés à pH 2, ont été
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5. Mesures et analyses réalisées sur les échantillons de la fromagerie
Localisation Date Nom
Lactosérum surnageant 16/0...
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Annexe 4
Synthèse des principaux résultats de 1999
Remarque : les résultats présentés concernent uniquement les silos
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3. rendement sur les MES sont très mauvais voire négatifs car affectés par le rejet
des fines provenant de la pouzzolan...
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Teneurs en matière organique et fines des échantillons du silo
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Des observations microscop...
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La présence de 3 indicateurs de bonne qualité de traitement (oligochète, euplote et
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Remarque : les résultats présentés concernent uniquement les silos m...
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  1. 1. Juin 2003 CCoommppttee rreenndduu ffiinnaall 22003333330088 Département Techniques d’Elevage et Qualité Service Bâtiment, Fourrages et Environnement JJeeaann-BBaappttiissttee DDOOLLLLEE Mise au point de procédés de traitement des lactosérums et effluents de fromagerie en fabrication fermière Travaux réalisés avec le soutien financier du MENRT et du MAAPAR
  2. 2. MISE AU POINT DE PROCEDES DE TRAITEMENT DES LACTOSERUMS ET EFFLUENTS DE FROMAGERIE EN FABRICATION FERMIERE. Rapport final - (Dossier N° 00/15) Juin 2003 ICTA pilote : INSTITUT DE L’ELEVAGE Organismes associés : CEMAGREF, PEP CAPRIN, FERME EXPERIMENTALE DU PRADEL, CHAMBRE D’AGRICULTURE DE SAONE-ET-LOIRE, LYCEE AGRICOLE DE MACON – DAVAYE, INRA, SINT. Responsable de l’étude : Jean-Baptiste DOLLÉ INSTITUT DE L’ELEVAGE 56, AVENUE ROGER SALENGRO – BP 39 62051 SAINT-LAURENT-BLANGY CEDEX Tél. : 03.21.60.57.91. – Fax : 03.21.60.57.96. E-mail : jean-baptiste.dolle@inst-elevage.asso.fr I – Objectif de l’étude Mettre au point des techniques de traitement des effluents de fromagerie fermière et des lactosérums, comme solution alternative aux pratiques actuellement autorisées : stockage, épandage ou recyclage alimentaire. Réaliser une analyse comparative de deux techniques de traitement que sont les filtres à cultures fixées sur support gravillonnaire et le procédé SBR. II – Motivation Les ateliers de transformation fromagère fermière génèrent deux grands types d’effluents, les eaux blanches issues du lavage de la machine à traire et de la fromagerie et le lactosérum, sous produit du processus de transformation. Si la composition des effluents de laiteries industrielles est aujourd’hui, bien connue, encore peu de résultats sont disponibles pour le cas de petites unités de transformation. En 1995, La station expérimentale du Pradel a débuté une série d’expérimentations visant à caractériser les effluents produits et à développer des solutions techniques de valorisation et de traitement. Les analyses mettent en évidence le caractère polluant important du lactosérum (concentration de 70 g DCO/l) comparativement aux effluents de salle de traite (3 à 4 g DCO/l). Ces effluents sont principalement produits par les ateliers caprins, puis les ateliers bovins et dans une moindre mesure les ateliers ovins. Les éleveurs caprins fromagers qui représentent 58 % des éleveurs caprins, sont au nombre de 4 800 pour un volume de lait transformé de 120 millions de litres. Les éleveurs de bovins assurant la transformation à la ferme sont au nombre de 3 000 pour une production de 600 millions de litres de lait. Pour les ateliers ovins, le lait transformé à la ferme concerne 400 à 500 éleveurs. Pour ces effluents et ceux produits sur les exploitations agricoles, le contexte réglementaire fixe les exigences minimales à respecter à deux niveaux. Au niveau
  3. 3. 1 national, la réglementation se rapporte aux aspects environnementaux et sanitaires (règlement sanitaire départemental et installations classées). Au niveau européen, la réglementation concerne la protection environnementale et plus particulièrement la pollution des eaux par les nitrates d’origine agricole. Ces deux réglementations interdisent le rejet direct dans le milieu naturel et impose la collecte des effluents. Faute de solutions techniques satisfaisantes répondant à la demande des éleveurs, de nombreux dossiers d’installation ou d’agrandissement de bâtiment ou d’atelier de transformation sont bloqués sur le plan administratif. Plusieurs solutions sont mises en place ici et là (rétrocession animale, stockage-épandage) mais présentent des limites d’ordre économique ou sanitaire. La première technique consiste à rétrocéder le lactosérum en alimentation animale. Pour l’élevage porcin, la distribution du lactosérum ne pose aucun risque sanitaire mais la limite au développement d’une telle pratique est liée à l’existence d’un atelier à proximité d’une fromagerie. La rétrocession en élevage bovin et caprin se heurte au risque sanitaire de transmission de maladies. Cette question souvent débattue par les scientifiques reste aujourd’hui sans réponse claire et définitive. Au-delà de ces aspects sanitaires et nutritionnels, il convient lors de la rétrocession animale de solutionner les contraintes matérielles de collecte, de stockage et de distribution. De plus, la rétrocession ne règle pas le devenir des eaux de lavage qu’il convient de gérer par ailleurs d’où la coexistence d’une seconde filière parallèle. La seconde technique repose sur le stockage et l’épandage des effluents sur les terres agricoles. A la différence des déjections animales, cette solution ne présente aucun intérêt pour la culture réceptrice compte tenu de la valeur fertilisante et agronomique nulle de ce type d’effluent. La troisième catégorie de techniques consiste à mettre au point des solutions alternatives de traitement qui soient rustiques et économiques. La station expérimentale du Pradel a développé en 1995 un site pilote basé sur le développement de cultures bactériennes fixées dans des filtres garnis de pouzzolane. De son côté, l’INRA de Narbonne a mis au point un procédé de traitement appelé SBR (Sequency Batch Reactor), procédé à boues activées à bassin unique et fonctionnement séquentiel. Cette station déjà utilisée pour le traitement des eaux blanches dans quelques coopératives fromagères du Jura et du Doubs semble prometteuse pour le traitement des lactosérums. Face à ces différents éléments, ce projet de recherche a pour objectif de mieux cerner le cahier des charges des besoins des éleveurs. Il doit permettre de connaître les conditions requises pour la mise en place et le bon fonctionnement des dispositifs de traitement, ceci afin d’optimiser leur fonctionnement et d’engager une phase de prédéveloppement pour au final conduire une étude comparative des deux procédés de traitement.
  4. 4. 2 III – MATERIELS ET METHODE 3.1. Critères étudiés L’étude des dispositifs de traitement des effluents requière l’analyse de critères techniques et économiques de fonctionnement d’une station d’épuration. Sur le plan technique, il convient de connaître le rendement moyen d’épuration et le degré d’adéquation du dispositif au contexte dans lequel il est voué à être développé. L’approche économique passe par la détermination des investissements et coûts de fonctionnement associés au procédé de traitement. Dans le cadre de cette étude, ces critères ont été étudiés en laboratoire (travaux sur colonne) et en conditions réelles dans des sites expérimentaux puis dans des exploitations caprines. 3.2. Méthode Pour répondre aux objectifs fixés, le programme de travail a été organisé en 6 étapes successives. Etape 1 – Définition d’un cahier des charges des besoins des éleveurs et approche auprès des éleveurs de la faisabilité d’une installation de traitement. Une enquête téléphonique (annexe 1) a été réalisée par le PEP Caprin auprès de 130 éleveurs caprins de la région Rhône-Alpes. L’objectif de cette enquête visait à caractériser la production laitière fermière caprine et la gestion des effluents de fromageries. Etape 2 – Transposition des données acquises sur colonnes pilotes en critères de conception opérationnels. Cette étape consiste à améliorer le système expérimental des filtres de pouzzolane à partir des résultats obtenus sur les colonnes pilotes mises au point dans le cadre d’une thèse menée au Cemagref. L’objectif de ce travail est de déterminer le dimensionnement, les charges admissibles et les temps de fonctionnement optimaux de cette technique. En parallèle, le PEP Caprin a mené une étude comparative sur des micro-pilotes (0,5 m²) garnis de trois granulométries croissantes de pouzzolane (3/7, 6/10 et 12/17). L’objectif est d’apprécier le phénomène d’accumulation de matière organique et de colmatage en fonction de la granulométrie. Etape 3 – Suivi des sites expérimentaux. Le site expérimental du Pradel sur lequel est installé un système avec filtre pouzzolane a fait l’objet de campagnes de mesure en septembre 1999 et en juin 2000. Ces mesures correspondant à 10 périodes de 24 heures ont été réalisées par le Cemagref sur la base d’échantillonnage représentatif du fonctionnement et des paramètres physicochimiques (pH, MES, MO, DCO, N total, …) (annexes 2 et 3). Le site expérimental de Mâcon où a été installé en juillet 2002 un procédé SBR, a fait
  5. 5. 3 l’objet d’un suivi en continu sur 6 mois consécutifs par l’INRA en collaboration avec le Cemagref sur la base des mêmes critères physicochimiques. L’objectif des suivis sur les sites expérimentaux est d’appréhender les performances épuratoires. Etape 4 – Choix des sites de prédéveloppement et réalisation des dispositifs de traitement. Suite à l’enquête menée par le PEP Caprin sur un échantillon de 130 éleveurs, huit puis quatre ont été retenus pour l’installation du procédé avec cultures fixées sur pouzzolane. Les critères de choix des élevages sont mentionnés dans le paragraphe 3.4. Deux visites techniques associant le PEP Caprin, l’Institut de l’Elevage et le Cemagref ont été organisées afin d’établir un diagnostic de l’exploitation (taille, production laitière et fourragère, type de rejet, système de gestion utilisé, …) et de finaliser le projet de construction de la station de traitement. Dans un but comparatif, deux techniques de construction des procédés de traitement ont été proposées aux éleveurs : bassin filtrant en silos béton et en silos métalliques. La configuration des sites, les goûts des éleveurs pour une technique constructive ont amené deux éleveurs (07 et 26) à opter pour les silos métalliques, les deux autres pour les silos béton. Le comité de pilotage a dimensionné les ouvrages de traitement selon la grille de charge appliquée établie suite à l’étude sur colonne et sur site expérimental (paragraphe 4.3.4.). Il a consulté les différents fournisseurs de matériaux pour établir des devis, élaborer les plans de construction des stations afin de visualiser les étapes des travaux et l’agencement dans l’espace des différents composants (DOLLE, FREY, SABALCAGARAY – 2001). Les chantiers (mis en œuvre par les éleveurs) ont débuté en septembre 2001. Les aléas climatiques ont contraint les éleveurs à stopper les travaux en décembre. Les chantiers ont été achevés en mars – avril. Le comité de pilotage a assuré la maîtrise d’œuvre et a effectué 4 à 5 visites de chantiers. Etape 5 - Suivi des sites en prédeveloppement Les sites en prédéveloppement ont fait l’objet d’un suivi analytique simplifié deux mois après la fin des travaux. Le suivi simplifié est basé sur une prise d’échantillon hebdomadaire pour analyse des effluents après traitement ainsi que sur des campagnes d’évaluation des charges en entrée et en sortie. Compte tenu des dates de fin de travaux et des calendriers de production laitière, le suivi a été adapté à chaque élevage et se traduit par un nombre de données différent d’une exploitation à l’autre. Ces suivis ont été réalisés conjointement par le Cemagref et le PEP Caprin. Etape 6 – Synthèse des résultats et analyse comparative des procédés de traitement L’analyse des résultats permet de statuer sur les capacités épuratoires des procédés ainsi que sur la faisabilité technique et économique de mise en œuvre en exploitation. 3.3. Variables mesurées Pour répondre aux critères étudiés relatifs au rendement épuratoire les variables suivantes ont été mesurées sur les effluents entrants et sortants :
  6. 6. 4 - Volumes d’effluents - pH - DCO brute, MES, azote Kjeldhal - Volumes de boues Pour les aspects technico-économiques, chaque site de prédéveloppement a été étudié au travers des variables suivantes : - coûts de mise en oeuvre - temps de travaux liés à la construction - coûts de fonctionnement - adéquation du procédé avec les conditions d’élevage et de milieu 3.4. Choix des sites expérimentaux et de prédéveloppement Deux sites expérimentaux ont émis le souhait auprès du comité de pilotage d’installer un dispositif de traitement des effluents de fromagerie. La station expérimentale caprine du Pradel, impliquée dans cette problématique depuis 1995 a été retenue pour le suivi du procédé de traitement type pouzzolane. Le lycée agricole de Mâcon, également pressenti, a fait l’objet d’une étude technico- économique portant à la fois sur le procédé SBR et sur le procédé cultures fixées sur pouzzolane. Compte tenu des éléments techniques et financiers (coût important de réalisation du procédé avec pouzzolane en marché public 58 745 €), le comité de pilotage a retenu l’installation du procédé SBR. Quatre sites de prédéveloppement ont été sélectionnés par le comité de pilotage suite à l’enquête réalisée dans 130 exploitations de la région Rhône-Alpes et à un diagnostic mis en œuvre dans 8 exploitations. Les critères de choix des exploitations sont les suivants : Motivation L’éleveur devait être particulièrement sensible à la gestion des effluents de son atelier et témoigner d’une forte motivation. L’éleveur s’engageait à participer financièrement à la mise en place du dispositif. L’éleveur se sentait capable de réaliser les travaux en autoconstruction. Nécessité L’éleveur pratiquait le rejet direct des eaux blanches et du lactosérum dans le milieu naturel sans aucun système de prétraitement. Faisabilité La disponibilité en place, la situation topographique et la configuration du site devaient être favorables à la construction du dispositif. Altitude – climat Les paramètres climatiques, en particulier la température et l’altitude, ont été pris comme facteur d’estimation de rigueur du climat. Une limite de 800 m d’altitude a été fixée sachant que le système n’est pas adapté aux zones fortement gélives.
  7. 7. 5 Sur les quatre éleveurs retenus, trois sont localisés en Rhône-Alpes et un en Saône- et-Loire. Les caractéristiques des sites expérimentaux et de prédéveloppement sont présentées dans le tableau 1. Elevages Nbre chèvres Production au pic de lactation (l/jour) Période de pic Altitude (m) Effluents 07 70 150 Mai 750 Fromagerie Salle de traite Lactosérum Effluents domestiques 26 80 210 Octobre 500 Fromagerie Salle de traite Lactosérum 69 140 400 Oct/mars 680 Fromagerie Lactosérum 71 120 490 Mars - Fromagerie Salle de traite Lactosérum PRADEL 120 600 Mars 250 Fromagerie Salle de traite Lactosérum Effluents domestiques MACON 160 450 Octobre - Fromagerie Salle de traite Lactosérum Tableau 1 : Caractéristiques des sites expérimentaux et de prédéveloppement. Pour des raisons techniques liées à l’élevage (mauvais rapport taux butyreux/taux protéique dans la ration alimentaire), à la transformation (présence importante de caillé dans les effluents) et au dispositif de traitement (dysfonctionnement des asperseurs et des pompes), le site de prédéveloppement de la Saône-et-Loire (71) n’a pu être retenu pour les suivis. Ces problèmes ont été résolus pour la nouvelle lactation qui a débuté en janvier 2003. IV – RESULTATS ET DISCUSSIONS 4.1. Etat des lieux et besoins des éleveurs En 2001, le PEP Caprin a sollicité 132 exploitations de Rhône-Alpes pour répondre à un questionnaire téléphonique portant sur la gestion des effluents de fromagerie fermière (annexe 1). ! Echantillon L’échantillon enquêté couvre les huit départements de la région et est constitué d’exploitations de tailles comprises entre 20 et plus de 100 chèvres.
  8. 8. 6 ! Nombre d’exploitations enquêtées par département Ain Ardèche Drôme Isère Loire Rhône Savoie Haute-Savoie 17 20 20 8 18 20 13 16 ! Taille des exploitations enquêtées Exploitations de 20 à 50 chèvres – catégorie 1 Exploitations de 50 à 100 chèvres – catégorie 2 Exploitations de plus de 100 chèvres – catégorie 3 41 % 46 % 13 % " Structure des exploitations Production moyenne annuelle de lait en litres Catégorie 1 Catégorie 2 Catégorie 3 Moyenne de l’exploitation 23 996 43 491 114 012 Moyenne par chèvre 704 656 720 ! Type de transformation 70 % des exploitations enquêtées ont une transformation de type lactique, 10 % de type doux et 20 % de type mixte. ! Période d’interruption Les exploitations de plus de 100 chèvres n’interrompent pas leur activité dans 69 % des cas. Pour les exploitations inférieures à 100 chèvres, l’interruption, lorsqu’elle a lieu, dure de 2 à 2,5 mois en général. # Nature des rejets ! Machine à traire 90 % des exploitations disposent d’une machine à traire ; les eaux blanches de machine à traire s’ajoutent aux autres types d’eaux blanches. ! Eaux domestiques Dans 40 % des cas, les eaux domestiques sont séparées des eaux d’atelier et gérées séparément (fosse septique). Dans les autres situations, les eaux domestiques sont mélangées aux eaux d’atelier, ce qui augmente la charge organique des effluents, mais diminue la concentration des rejets par effet de dilution. ! Eaux blanches et lactosérum 72 % des exploitations séparent les eaux blanches du lactosérum (94 éleveurs). Les eaux blanches sont gérées d’une part, et le lactosérum est utilisé pour l’alimentation animale, le compostage, le sérac.
  9. 9. 7 ! Eaux blanches Dans 88 % des cas (113 éleveurs), les eaux blanches sont gérées conjointement (eaux blanches de machine à traire, de tank à lait et de fromagerie). $ Systèmes de gestion des effluents Les systèmes rencontrés présentent une très grande diversité : certains sont des équipements, comme les fosses toutes eaux, bacs dégraisseurs, drainages souterrains, puits perdus, fosses à purins, filtres à pouzzolane et d’autres renvoient soit à une pratique de l’éleveur (épandage, épandage gravitaire, compostage), soit à une simple utilisation du milieu (rejet direct, fossé, tranchées filtrantes, lagunage, rivière, lac). Ces divers systèmes sont présents seuls ou en combinaison avec d’autres. Une classification basée sur la séparation ou non du lactosérum des eaux blanches et sur la présence ou non d’une fosse toutes eaux permet d’appréhender globalement les résultats. Eaux blanches et lactosérum gérés ensemble Eaux blanches et lactosérum gérés séparément 28 % des éleveurs 72 % des éleveurs Fosse toutes eaux 34 % des éleveurs Seule : 3 En amont d’un dispositif : 6 Seule : 17 En amont d’un dispositif : 18 Pas de fosse toutes eaux 66 % des éleveurs Rejet direct : 10 Réseau communal : 6 Autres : 11 Rejet direct : 11 Réseau communal : 13 Autres : 35 Tableau 2 : Mode de récupération des effluents de fromagerie. En ce qui concerne la valorisation du lactosérum, 82 éleveurs utilisent le lactosérum pour l’alimentation animale (porcs, chèvres, vaches, brebis, volailles), le compostage ou la fabrication de sérac. Mais ce chiffre est à prendre avec précaution puisqu’il ne tient pas compte des quantités de lactosérum valorisées. Ainsi, par exemple, la distribution du lactosérum aux porcs est pratiquée par 53 des éleveurs enquêtés, ce qui représente une proportion importante. Toutefois, les quantités de lactosérum pouvant être consommées dépendent du nombre de porcs présents et de leur stade de croissance. En revanche, la distribution aux chèvres recensée chez 18 éleveurs laisse présumer que la totalité du lactosérum est ainsi valorisée. 4.2. Caractérisation des effluents à traiter et objectifs de rejet Une caractérisation complète des effluents a été menée à la station expérimentale du Pradel en septembre 1999 et en juin 2000 (annexes 4 et 5). Les résultats moyens obtenus suite aux suivis en continu sur une période de 7 jours sont présentés dans le tableau suivant.
  10. 10. 8 Eaux Blanches de salle de traite Eaux blanches de fromagerie Lactosérum Volume 0,7 l/ l de lait transformé 2,8 l/ l de lait transformé 0,7 l/ l de lait transformé pH 9,2 5,1 à 6,6 4,3 DCO 2,82 g.l-1 2,9 à 11,4 g.l-1 70,3 g.l-1 MES 448 mg.l-1 766 à 840 mg.l-1 3863 mg.l-1 N total 90 mg.l-1 99 à 330 mg.l-1 1858 mg.l-1 P total 80 mg.l-1 205 mg.l-1 802 mg.l-1 P-PO4 73 mg.l-1 165 mg.l-1 - Graisses 459 mg.l-1 161 à 260 mg.l-1 - Tableau 3 : Caractérisation des effluents de fromageries au Pradel. Les suivis mis en place au lycée de Mâcon de juillet 2002 à février 2003 aboutissent à des résultats comparables à ceux obtenus sur le site du Pradel (TORRIJOS – juin 2003). Eaux Blanches de MAT Eaux blanches de fromagerie Lactosérum Volume 0,7 l/ l lait 1,8 à 4,4 l/ l lait 0,7 l/ l lait DCO 13,9 g/l N total 393 mg/l P total 230 mg/l Tableau 4 : Caractérisation des effluents de fromagerie à Mâcon. Les données obtenues sur la station expérimentale du Pradel et ayant servies de base au dimensionnement des sites en prédéveloppement, ont été comparées aux résultats des suivis (annexe 7) mis en œuvre sur les sites en prédéveloppement. Le graphique qui met en regard les charges journalières calculées grâce aux données du Pradel et les charges mesurées, montre la pertinence des résultats obtenus sur le site expérimental du Pradel.
  11. 11. 9 y = 0,9204x R2 = 0,889 0 5 10 15 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Graphique 1 : Lien entre les charges de DCO calculées et mesurées. Compte tenu des résultats obtenus, les volumes et charges des effluents de fromagerie à retenir sont les suivants (tableau 5). Eaux blanches Eaux blanches de fromagerie Lactosérum Total Volume l/l lait 0,7 2,8 0,7 4,2 DCO g/l d’effluent 2,8 2,9 70 14,0 DCO g/l lait 2 8 50 60 Tableau 5 : Volume et charge des effluents de fromagerie. Vu l’absence de norme de rejet pour ces stations de traitement et cette catégorie d’élevage, le comité de pilotage a fixé des objectifs de rejet. Les concentrations admissibles en rejet, compte tenu de la forte concentration de départ, pour la DCO, l’azote et les MES sont respectivement de 300 mg/l, 15 mg/l et 100 mg/l. 4.3. Le procédé avec cultures fixées sur pouzzolane 4.3.1. Les principes du procédé de traitement En 1995, le PEP Caprin a mis au point un procédé de traitement basé sur le développement de cultures bactériennes fixées dans des filtres garnis de pouzzolane. Installé à la ferme expérimentale caprine du Pradel, ce dispositif s’est avéré adapté au traitement des effluents de la fromagerie. ! Les mécanismes épuratoires Le procédé “Pradel” réside sur le principe des cultures fixées sur supports granulaires. Dans cette filière de traitement, la pouzzolane est le support de fixation de la biomasse aérobie qui se développe en récupérant les éléments nutritifs de ∆ : élevage 26 + : élevage 07 ◊ : élevage 69 Kg DCO mesurés Kg DCO prévus
  12. 12. 10 l’effluent à dégrader. Le traitement est réalisé grâce à la combinaison des mécanismes épuratoires physiques (rôle de la pouzzolane) et biologiques (rôle du biofilm fixé sur la pouzzolane). Les mécanismes épuratoires physiques Le rôle de filtration du lit bactérien est essentiellement assuré par l’activité biologique des microorganismes, mais aussi plus simplement par voie physique grâce aux grains de pouzzolane. Les MES grossières sont retenues à la surface du filtre par action purement mécanique. Les particules plus fines sont retenues par blocage entre les pores, par interception et fixation sur les grains, ou encore par interactions chimiques de type Van der Waals. Des réflexions théoriques appliquées aux supports granulaires montrent que la sédimentation est le mécanisme privilégié d’élimination des particules en suspension. La filtration s’avère particulièrement efficace, car on peut obtenir l’élimination quasi totale de la pollution particulaire pour un effluent de fromagerie de plus de 1,2 g l-1 de MES après quatre passages sur 80 cm de filtre à pouzzolane (MÉNORET, 2001). Les mécanismes épuratoires biologiques Dans les procédés d’épuration par voie biologique, le traitement des effluents repose sur la capacité des micro-organismes à se développer en utilisant la matière organique comme substrat (source de carbone et d’énergie). Avec les procédés de cultures fixées sur support granulaire, ces bactéries hétérotrophes colonisent le support et forment un biofilm à sa surface. L’épuration se divise alors en deux phases : une première rapide au cours de laquelle les composés organiques sont adsorbés et stockés, et une seconde plus lente où ils sont minéralisés puis relargués (cette phase est la plus gourmande en oxygène, qui est l’accepteur final d’électrons). Le bon fonctionnement des filtres épurateurs passe donc par la gestion de deux points fondamentaux : l’hydraulique, c’est-à-dire le passage de l’effluent à travers le support, et l’aération pour l’oxygénation des microorganismes (MÉNORET, 2001). " Fonctionnement du dispositif de traitement La station de traitement du Pradel fonctionne avec le procédé aérobie de culture fixée sur gravier. Le support utilisé est la pouzzolane tamisée avec une maille de 7 mm, ayant une granulométrie moyenne de 3 mm - "pouzzolane 3/7". Ce matériau a été retenu notamment à cause de son faible coût lié à l’existence d’une carrière de pouzzolane à proximité du site du Pradel. Il offre également des qualités intéressantes pour la fixation de la biomasse1 . La conception de la station a été basée sur la production moyenne journalière de pollution carbonée. La surface de 54 m² a été déterminée pour traiter une charge journalière moyenne de 19,2 kg de DCO correspondant à un volume de 1 600 litres d’effluent avec une concentration moyenne de 10 à 15 g DCO/l. La charge moyenne journalière appliquée est de 355 g/m² soit 285 g/m³. En période de pic de lactation, 1 des mesures effectuées au CEMAGREF de Lyon montrent, pour un volume de support identique, une fixation de biomasse deux fois plus importante sur pouzzolane que sur gravier
  13. 13. 11 36 kg de DCO transitent au travers du filtre pour lequel la charge appliquée à cette période est de 666 g/m². Compte tenu de la concentration de l’effluent brut, un seul passage à travers le filtre ne permettrait pas d’obtenir un abattement suffisant. Aussi, plutôt que d’installer plusieurs filtres en série, le principe retenu consiste à faire recirculer le même effluent 4 fois par jour à travers un lit de pouzzolane 3/7 de 80 cm d’épaisseur disposé dans des silos construits hors-sol. La légère complication de la filière de traitement qui en résulte est largement compensée par la réduction de la taille des réacteurs. La couche supérieure des filtres se trouve à l’air libre, ce qui permet son aération ; des drains agricoles disposés à mi-hauteur et reliés à des cheminées débouchant au dessus de la surface permettent l’apport d’oxygène à l’intérieur des filtres ; enfin, l’aération basse est réalisée à travers des hourdis constituant le fond des silos. Une fosse enterrée appelée "fosse de recyclage" recueille l’effluent qui s’égoutte après son passage dans le filtre à pouzzolane. La fosse de recyclage est équipée de 2 pompes : une pompe pour le recyclage, et une pompe de vidange qui vide la fosse de recyclage chaque matin, le rejet étant réalisé dans un fossé. Figure 1 : Schéma de principe de fonctionnement des filtres avec pouzzolane. Les effluents produits dans la journée sont stockés en attente dans une fosse tampon ("fosse de réception") vidangée chaque matin dans la fosse de recyclage. Pour faciliter l’oxygénation du substrat et éviter le colmatage, deux filtres sont installés en parallèle. Ces filtres sont alimentés en alternance sur un cycle de 7 jours. fosse de recyclage Introduction effluent 1 fois/jour Rejet effluent 1 fois/jour dans milieu naturel Plusieurs recirculations par jour Filtre Garniture du filtre : pouzzolane Introduction effluent 1 fois/jour Rejet effluent 1 fois/jour dans milieu naturel Plusieurs recirculations par jour Filtre Garniture du filtre : pouzzolane Aspersion
  14. 14. 12 A la fin de la semaine, il faut inverser les silos actifs et inactifs : il suffit pour cela de changer l’ouverture de la vanne entre la fosse de recyclage et les bassins filtrants. Les pompes de la station sont asservies à des horloges programmées avec les consignes suivantes : 1. 8h-9h00 : vidange de la cuve de recyclage des silos en activité vers le milieu naturel (fossé) ; 2. 9h-9h30 : vidange de la cuve de réception des silos en activité vers la cuve de recyclage du filtre en fonctionnement ; 3. 10h-11h : recyclage 1 ; 4. 13h-14h : recyclage 2 ; 5. 16h-17h : recyclage 3 ; 6. 19h-20h : recyclage 4. Le temps de fonctionnement de la pompe est de 1 heure à chaque recyclage. Compte tenu du fait que le débit horaire de cette pompe est supérieur au volume d’effluent, ce dernier est donc "recirculé" plusieurs fois à l’occasion de chaque recyclage. Figure 2 : Schéma de fonctionnement de la station du Pradel. 4.3.2. Données acquises sur colonnes pilotes Le support filtrant utilisé pour l’étude sur colonne est de la pouzzolane 3/7. La granulométrie a peu d’incidence sur la porosité totale d’un matériau granulaire mais elle détermine le diamètre des pores et donc la répartition entre macro-porosité et micro-porosité. Cheminée d’aération Système d’arrosage Silos métalliques Cuve de recyclage 3000 l Effluent brut Cuve de réception 3500 l Rejet dans le milieu
  15. 15. 13 Graphique 2 : Répartition volumique (%) dans la pouzzolane 3/7 sans biofilm. La macro-porosité élevée du filtre vierge permet le ressuyage rapide de ce dernier et sa ré-oxygénation en profondeur. Avec les substrats contenus dans l’effluent retenu dans le filtre par capillarité, les conditions sont favorables à un développement de bactéries aérobies qui vont progressivement se développer à la surface des grains de pouzzolane et coloniser la porosité du filtre. La charge moyenne apportée sur les colonnes est de 420 g DCO/m³ de filtre/jour. Compte tenu du fonctionnement en alternance de la station, cela signifie que la charge instantanée appliquée durant la semaine de fonctionnement est de 840 g DCO/m³ alors que durant la phase de repos le filtre n’est pas alimenté. La croissance de la biomasse se réalise aux dépens des substrats apportés par les effluents. Le graphique 3 qui traduit l’évolution du biofilm dans le filtre met en évidence l’importance du rythme d’alimentation. Graphique 3 : Evolution du biofilm du filtre selon le rythme d’alimentation. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 1 8 15 22 29 36 43 jours 840 g DCO/m3/jour (alternance 0.42 kg/jour pendant 7 jours + 7 jours de repos) litresbiofilm/m³defiltre 45% 9% 46% macro-porosité micro-porosité pouzzolane
  16. 16. 14 L’alternance des phases d’alimentation et de repos agit à deux niveaux : " A la superficie du filtre, la résorption du colmatage passe par le séchage de la plage d’infiltration et la minéralisation des matières organiques accumulées. " En profondeur, l’interruption de l’alimentation vise à interrompre le flux de substrat organique et donc le développement des bactéries hétérotrophes. Malgré l’application d’un fonctionnement alternant les phases d’alimentation et de repos, les mesures réalisées sur le pilote du Cemagref (graphique 4) montre une tendance continue à l’accumulation de matière organique dans le massif filtrant. Cette accumulation correspond au stockage de matière organique peu ou non dégradable. Graphique 4 : Variation de la masse de la colonne sur un cycle complet (une semaine d’activité suivie d’une semaine de repos). La courbe théorique de croissance microbienne montre qu’avec un apport moyen de 420 g DCO/m³ de filtre/jour, le volume occupé par le biofilm se stabilise autour de 105 litres/m³ après une dizaine de semaine de fonctionnement, du fait de transfert partiel de la matière organique dans la phase liquide. 4.3.3. Données acquises sur le site expérimental du Pradel Les résultats présentés ci-dessus se rapportent aux rapports d’études faisant suite aux suivis réalisés en 1999 (BOUTIN – 1999) et 2000 (SABALCAGARAY – 2001). 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 heures massedelacolonne(Kg) p ) # alimentation de la colonne % # période de repos % accumulation de matière organique dans le filtre 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 heures massedelacolonne(Kg) p ) # alimentation de la colonne % # période de repos % accumulation de matière organique dans le filtre
  17. 17. 15 4.3.3.1. Rendement sur la pollution carbonée et évolution du pH Sur une concentration moyenne de 9 g de DCO/l en entrée, la concentration en sortie est de 180 mg DCO/l. Les rendements calculés à partir des charges en entrée station et des charges rejetées sont supérieurs à 95 % (tableau 6). DCOb 09/99(en %) DCOb 06/00 (en %) J1 96,0 98,3 J2 98,3 98,9 J3 99,2 98,9 J4 99,2 98,1 J5 95,8 97,9 J6 98,6 96,8 J7 # 98,5 Moyenne 97,85 98,2 Tableau 6 : Comparaison des rendements 1999 et 2000. La concentration moyenne de 180 mg DCO/l en sortie est inférieure à l’objectif de concentration fixé par le comité de pilotage. Le pH de l’effluent brut est voisin de 4. Après traitement le pH de l’effluent est compris entre 7,8 et 8,2. 4.3.3.2. Rendement sur la pollution azotée et les MES Comme les procédés aérobies, le traitement par cultures fixées sur gravier permet de transformer l’azote réduit en azote oxydé (nitrique) moins toxique pour le milieu. Les rendements (annexes 4 et 5) obtenus pour l’azote sont identiques aux rendements constatés sur la pollution carbonée (rendement moyen de 97,8 %) Lors de la campagne de mesure réalisée en 1999, les rendements moyens sur la MES étaient de 50 %. Ces rendements étaient affectés par le rejet des fines provenant de la pouzzolane récemment mis en place. En 2000, le rendement sur la MES était identique au rendement observé sur la DCO. 4.3.3.3. Influence du nombre de recyclages Les suivis en continu ont également permis d’évaluer l’incidence du nombre de recyclage (4 en 1999 et 3 en 2000) sur le rendement épuratoire. Des mesures de concentration en DCO de l’effluent après chaque recyclage ont été réalisées à sept reprises. Les résultats figurent dans le tableau 7.
  18. 18. 16 Jour N° recyclage Concentration entrée filtre g DCO/l Concentration sortie filtre g DCO/l Cumuls Valeurs mesurées % 15/09/99 1 8,74 3,55 59,38 15/09/99 2 3,55 0,95 89,13 15/09/99 3 0,95 0,47 94,62 15/09/99 4 0,47 0,19 97,83 16/09/99 1 7,03 2,37 66,29 16/09/99 2 2,37 0,32 95,45 16/09/99 3 0,32 0,17 97,58 16/09/99 4 0,17 0,10 98,58 18/09/99 1 11,25 3,47 69,16 18/09/99 2 3,47 1,53 86,44 18/09/99 3 1,53 0,36 96,77 18/09/99 4 0,36 0,10 99,11 15/06/00 1 6,95 1,74 74,96 15/06/00 2 1,74 0,33 95,22 15/06/00 3 0,33 0,21 96,95 16/06/00 1 6,39 2,03 68,18 16/06/00 2 2,03 0,54 91,63 16/06/00 3 0,54 0,17 97,28 18/06/00 1 11,26 3,44 69,43 18/06/00 2 3,44 1,53 86,41 18/06/00 3 1,53 0,68 93,95 20/06/00 1 12,14 3,55 70,81 20/06/00 2 3,55 1,29 89,36 20/06/00 3 1,29 0,50 95,85 Tableau 7 : Suivi de la concentration en DCO après chaque recyclage. Dès le premier cycle, le rendement est supérieur à 50 %. Un rendement supérieur à 94 % est atteint après le 3ème cycle. Le 4ème cycle testé en 1999 permet une augmentation du rendement de 2 voire 3 %. 4.3.3.4. Evolution du taux de matière organique Des carottages effectués en plusieurs points et à des profondeurs différentes ont permis de déterminer les taux en matières sèches et en matières organiques des silos. Les résultats qui mettent en évidence une augmentation du taux de matière organique entre l’année 1999 et 2000 sont présentés dans le tableau 8.
  19. 19. 17 Humidité (volume %) Matières organiques (masse en % des MS) Matières organiques (kg/m³ de filtre) Septembre 1999 22,0 1,25 12,3 Juin 2000 30,4 2,26 22,4 Tableau 8 : Suivi de la matière organique dans le filtre Le graphique 5 fait état de cette augmentation du taux de matière organique dans le filtre. Il met en évidence la fluctuation de la teneur en matière organique qui se situe entre 16 et 26 kg MS/m³ de filtre et dont une partie difficilement dégradable. Graphique 5 : Biomasse et MO difficilement dégradable dans le filtre. Ces variations du taux de matière organique se font au détriment de la porosité dans le filtre qui atteint durant les périodes de charges maximales des valeurs critiques (de l’ordre de 9 %) telles que les forces capillaires limitent la circulation du percolat et la diffusion de l’oxygène. Parallèlement à cette augmentation du taux de matière organique, il est noté suite aux observations visuelles une tendance à l’apparition de flaques en surface de filtre due à une diminution de la perméabilité. Cette augmentation de la charge organique est liée à un sous dimensionnement de la station pour laquelle la surface de traitement est basée sur la production moyenne journalière annuelle (19,2 kg de DCO) et non sur la production moyenne journalière au pic de lactation (36 kg de DCO). 0 9 18 27 10/03/99 10/04/99 10/05/99 10/06/99 10/07/99 10/08/99 10/09/99 10/10/99 10/11/99 10/12/99 10/01/00 10/02/00 10/03/00 10/04/00 10/05/00 10/06/00 10/07/00 10/08/00 10/09/00 10/10/00 10/11/00 10/12/00 10/01/01 10/02/01 10/03/01 10/04/01 10/05/01 10/06/01 10/07/01 10/08/01 date kgMS/m3 filtre juin 2000 septembre 1999 MO difficilement dégradable Biomasse
  20. 20. 18 4.3.4. Composition et dimensionnement des filtres des sites de prédéveloppement L’étude menée sur colonnes complétée des deux campagnes de mesures réalisées sur le site expérimental du Pradel a permis de statuer sur la granulométrie de la pouzzolane et le dimensionnement des filtres à retenir pour les sites de prédéveloppement. Le site expérimental du Pradel avait opté à l’origine pour une pouzzolane 3/7 (granulométrie moyenne de 3 mm). L’accumulation progressive de matière organique peu ou pas dégradable observée dans le filtre suite aux suivis constitue un handicap. Afin de réduire cette accumulation à l’origine notamment du phénomène de "flacage" en surface et suite aux résultats de l’étude comparative de granulométrie menée par le PEP Caprin, il a été décidé de choisir une pouzzolane de granulométrie plus grossière 6/10. Le choix de cette granulométrie intermédiaire est le meilleur compromis entre le maintien d’un rendement satisfaisant et l’augmentation de la longévité du filtre. Pour compenser la baisse éventuelle de rendement par recyclage liée à la granulométrie, le comité de pilotage a statué sur quatre recyclages journaliers. Vu la charge appliquée au Pradel au pic de lactation (666 g DCO/m²), les problèmes de colmatage et l’incidence des conditions climatiques (notamment de la température) sur l’activité biologique des filtres avec pouzzolane, une grille de dimensionnement a été élaborée par le comité de pilotage. Cette grille (tableau 9) indique la charge maximale appliquée par m² de filtre pour une hauteur de 80 cm selon l’altitude et la période du pic de lactation. Période du pic de lactation Altitude Printemps Eté Automne Hiver moins de 400 m 450 450 400 350 400 à 500 m 400 400 350 350 500 à 600 m 350 350 350 300 600 à 700 m 350 350 300 300 700 m et plus 300 300 250 250 Tableau 9 : Grille de dimensionnement des filtres (g DCO/m²). Le volume des cuves est callé sur la production d’effluent. La cuve de réception doit avoir une capacité minimale égale à un jour de production d’effluent. La cuve de recyclage doit pouvoir contenir la production d’effluent ainsi que le volume de pluie tombant sur la surface de filtres pour une journée. 4.3.5. Données acquises sur les sites de prédéveloppement 4.3.5.1. La mise en œuvre Un guide de dimensionnement et de mise en œuvre (DOLLE, FREY, SABALCAGARAY – 2001) a été élaboré par le comité de pilotage pour répondre aux besoins spécifiques des sites de prédéveloppement ; un extrait est présenté en annexe 6.
  21. 21. 19 Ce guide détaille les règles de dimensionnement présentées dans le paragraphe 4.3.4. et des éléments à connaître pour mener à bien la construction de la station. Il fait état du matériel nécessaire, des fournisseurs puis décrit pour les quatre sites le plan d’exécution (emplacement des ouvrages, cotes, connexions, …) nécessaire à l’autoconstruction. Ce guide constitue la trame type d’une étude de faisabilité et de mise en œuvre qui devra à terme être élaborée pour tout projet de station de ce type. Les charges à traiter confrontées à la grille de dimensionnement ont permis la détermination des surfaces de filtres et des capacités de cuve nécessaires sur les élevages (tableau 10). Elev. Nbre chèvres Prod. au pic de lactation l/jour Période de pic Alt. m Effluents Effl. domest. hab Charges max g DCO/j Dimens. g DCO/m² Surf. filtre m² Type station Cuve récep. m³ Cuve recyc. m³ 07 70 150 Mai 750 Fromagerie Salle de traite Lactosérum Effl. domest. 10 10 200 300 37 Silo 3 4 26 80 210 Octobre 500 Fromagerie Salle de traite Lactosérum - 12 600 400 31 Silo 2 3 69 140 400 Oct/mars 680 Fromagerie Lactosérum - 23 200 350 70 Béton 2 3 71 120 490 Mars - Fromagerie Salle de traite Lactosérum - 31 500 400 80 Béton 4 3 Tableau 10 : dimensions des stations des sites de prédéveloppement. Pour les quatre sites, le temps passé à la construction des stations de traitement est reporté dans le tableau 11. Elevages Nbre d’heures 07 451 26 235 69 704 71 349 Tableau 11 : Main d’œuvre pour la construction des stations. Les différences importantes entres les élevages sont liées aux conditions topographiques, pédologiques et d’éloignement des sites (problème d’accessibilité). Abstractions faites de ces postes, il ressort des temps de travaux supérieurs (facteur 1,6 à 2,2) pour les silos béton. Cette différence est due en particulier au temps consacré à la maçonnerie (pose des parpaings et enduit de finition). 4.3.5.2. Résultats des suivis Les résultats des suivis réalisés par le Cemagref et par le PEP Caprin figurent en annexe 7. Les rendements moyens sur la DCO par site sont présentés dans le tableau 12.
  22. 22. 20 Elevages DCO mg/l effluent brut DCO mg/l effluent traité Rendement % pH effluent traité 07 1 799 65 91,5 7 26 14 761 142 98,2 7 69 21 043 511 97,5 8 Tableau 12 : rendement moyen sur la DCO. Les mesures de DCO sur l’effluent traité sont reportées sur le graphique. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 19/04/02 24/06/02 07/07/02 15/07/02 28/07/02 04/08/02 12/08/02 14/08/02 26/08/02 03/09/02 10/09/02 17/09/02 24/09/02 01/10/02 08/10/02 15/10/02 22/10/02 29/10/02 04/11/02 18/11/02 25/11/02 18/12/02 20/01/03 27/01/03 11/02/03 08/03/03 17/03/03 24/03/03 Dates de prélèvements Elevage 26 Elevage 69 Elevage 07 Objectif DCOmg/L Graphique 6 : Concentration en DCO des effluents traités. Les élevages 07 et 26 rejettent au milieu un effluent dont la concentration est inférieure à l’objectif de 300 mg/l de DCO. L’élevage 69 rejetait également jusqu’en octobre un effluent répondant à cette norme. En octobre, malgré un rendement d’épuration > 90 %, la qualité du rejet s’est nettement détériorée. Alors que le rejet moyen était de 196 mg DCO/l de juillet à octobre, celui-ci est passé au dessus des 1 000 mg DCO/l de fin octobre 2002 à mars 2003. Cette diminution de la qualité de l’effluent traité est apparue suite à une période de gel intervenue en octobre. A cette période, l’éleveur a constaté une prise en masse du massif filtrant altérant les capacités épuratoires. Les massifs filtrants étant reconnus pour retenir les MES (MENORET C. – 2001), et vu les résultats obtenus sur colonnes, ce critère a fait l’objet de peu de suivis. Une campagne de 48 heures menée dans l’élevage 69 confirme l’efficacité de la pouzzolane. La concentration de l’effluent est passée respectivement de 2 030 et 3 530 mg/l avant traitement dans la cuve de réception à 547 et 565 mg/l dans la cuve de recyclage (phénomène de décantation) puis à 17 et 6 mg/l après traitement. Le
  23. 23. 21 graphique suivant montre l’évolution de la MES au cours des recyclages et notamment l’abattement rapide dès le premier recyclage. MES (mg/L) 0 100 200 300 400 500 600 R0 R1 R2 R3 R4 R0 R1 R2 R3 R4 Graphique 7 : Evolution des concentrations de l’effluent en MES au fil des recyclages. Concernant le suivi des rejets azotés et au vu des résultats obtenus sur le site expérimental du Pradel, seule une exploitation a fait l’objet d’un suivi complet concernant ce paramètre (tableau 13). N-NTK mg/l effluent brut N-NTK mg/l effluent traité Rendement % Elevage 69 1 010 5,6 99,5 Tableau 13 : Concentration en azote de l’effluent brut et traité. Au même titre que sur le site expérimental, les rendements épuratoires sont satisfaisants et la concentration de l’effluent traité est inférieure à 15 mg/l. 4.3.5.3. Approche économique ! Les investissements Les investissements relatifs à la construction des stations figurent dans le tableau 14. Postes de construction Elevage 07 Elevage 26 Elevage 69 Elevage 71 Terrassement 1806,00 1295,00 915,00 1209,30 Fournitures canalisations 672,70 321,67 724,68 492,04 Silo (tôle, boulonnerie) 1406,48 1340,92 ----- ----- Maçonnerie 3478,36 1467,25 2364,17 10132,53 Garnissage 1423,55 1169,19 3296,31 3706,95 Poste de refoulement 3000,23 3797,92 3823,07 2018,37 Fournitures électricité 834,80 1078,84 969,71 868,09 Divers 613,94 285,64 233,04 ----- TOTAL (en € HT) 13236,07 10756,42 11356,27 18430,33 Tableau 14 : Coûts totaux des stations "type Pradel" de prédéveloppement.
  24. 24. 22 Au même titre que la main d’œuvre, des différences importantes sont liées au terrassement, à la construction des murs de soutènement, au transport et reprise de matériaux. " Coûts de fonctionnement Les coûts de fonctionnement de la station sont essentiellement constitués de la consommation électrique des 3 pompes et de l’intervention de l’éleveur pour la surveillance et l’entretien des préfiltres (paniers). Sur la base de 4 recyclages, d’une vidange et d’un remplissage journalier, la consommation électrique totale annuelle est comprise entre 900 et 1 800 kwh. A raison d’un tarif EJP à 0,0568 € HT/kwh cela représente de 50 à 100 €/an. 4.4. Le procédé SBR Certains éléments de fonctionnement du procédé sont confidentiels et ne peuvent être diffusés dans ce rapport. Nous nous attacherons donc à présenter ici les éléments principaux permettant de comprendre les principes de fonctionnement et de juger des performances épuratoires. 4.4.1. Les principes du procédé de traitement Le procédé SBR, étudié et développé par le LBE de l’INRA de Narbonne, est fabriqué par les ateliers d’Occitanie. Installé dans des ateliers laitiers en Haute- Savoie et dans le Jura, ce dispositif présente de bonnes capacités d’épuration des eaux blanches de salle de traite et de fromagerie. ! Les mécanismes épuratoires Le procédé SBR (ou réacteur séquentiel discontinu) est un procédé biologique fonctionnant sur le principe des boues activées. Néanmoins, il est très différent des systèmes classiques constitués d’un bassin d’aération et d’un décanteur car il utilise une cuve unique dans laquelle ont lieu successivement les opérations d’aération et de décantation. Avec ses phases plus ou moins longues et alternées d’aération-brassage et de décantation, le fonctionnement du procédé SBR repose donc plutôt sur le temps, alors que celui des boues activées classiques repose sur la segmentation en plusieurs unités.
  25. 25. 23 Figure 2 : Schéma de fonctionnement du procédé SBR. Le système est complètement automatisé et fonctionne de façon autonome. Il ne nécessite pas d’entretien particulier. Les boues en excès doivent être vidangées périodiquement (contrairement aux autres opérations, cette action ne peut être automatisée et doit donc être déclenchée manuellement). Etape 1 Etape 4 Etape 3 Etape 2 ajout de l’effluent à traiter air et brassage Boues en excès Effluent épuré
  26. 26. 24 " Fonctionnement du dispositif de traitement Figure 3 : Schéma d’un réacteur SBR. A son arrivée, l’effluent brut subit un pré-traitement en passant à travers un panier dégrilleur permettant d’éliminer les éléments grossiers. Dans le réacteur, les périodes d’aération permettent son traitement par voie aérobie. Enfin, après une période de décantation, une tranche d’eau superficielle est rejetée vers le milieu naturel alors que les boues se concentrent au fond de la cuve en attendant une nouvelle période d’aération qui les mettra à nouveau en suspension. Les organes principaux de ce type de procédé sont ceux concernant l’aération : tout d‘abord la soufflante pour apporter la quantité d’oxygène nécessaire, et ensuite le réseau de diffuseurs fines bulles pour optimiser cet apport en augmentant la surface d’échange air-eau. Les membranes souples de diffusion d’air fines bulles sont en élastomères de synthèse (EPDM), elles sont perforées de fentes millimétriques (1,1 mm de long, 7 à 20 orifices de diffusion par cm² de membrane) et supportent des arrêts de fonctionnement de la source d’air sans colmatage significatif. Le cycle de fonctionnement dure 24 heures : 1 h pour le remplissage de la cuve, 19 h pour l’aération, 3 h pour la décantation, et 1 h pour la vidange. Le système est autonome et nécessite peu d’intervention. Il faut mesurer le niveau des boues une fois par semaine (test de l’éprouvette) pour décider de la vidange. Le temps total de surveillance de la station peut être estimé à une ou deux heures de travail par semaine. Les boues du réacteur sont vidangées dès qu’elles occupent 50 % de la hauteur de l’éprouvette. Elles sont acheminées vers une cuve de stockage (sensiblement du même volume que celui de la cuve de réaction) pour être épandues sur des terres agricoles (WILDERER et al., 2001). Arrivée effluent brut Soufflante Evacuation de l’effluent traité Regard Evacuation des boues
  27. 27. 25 4.4.2. Grille de dimensionnement Le travail d’ingénierie a été réalisé par M. TORRIJOS de l’INRA de Narbonne. Les valeurs guides retenues pour le dimensionnement de la cuve et de la soufflante apportant l’oxygène ont été les suivantes : & Production de 60 g de DCO par litre de lait transformé ; & Production d’environ 2 m3 d’effluents par jour, chargés à 12 g l-1 de DCO, soit un flux moyen de 24 kg de DCO par jour ; & Pic de lactation situé en avril-mai, avec 11 000 litres de lait par mois, d’où le besoin d’une soufflante pouvant fournir l’oxygène nécessaire pour abattre 32 kg de DCO par jour ; & Le temps de séjour hydraulique de 17 jours donne un ratio de 0,7 kg.m-3 .j-1 pour la DCO, soit un volume utile de 34 m3 pour un flux de 24 kg de DCO par jour. Finalement, la solution proposée est une cuve d’une capacité de 40 m3 , car elle laisse la possibilité d’augmenter le volume utile à 37 m3 en période de pointe (32 kg de DCO par jour). 4.4.3. La mise en oeuvre La station a été mise en place au lycée agricole de Mâcon en juillet 2002. En plus des interventions de personnes spécialisées (terrassier, électricien), le personnel du lycée a consacré 65 heures à l’installation du procédé. Lors de la mise en service, la cuve a été remplie d’eau claire puis ensemencée avec des boues de station d’épuration afin de raccourcir la phase de démarrage. 4.4.4. Résultats des suivis Les suivis ont été réalisés conjointement par le Cemagref et l’INRA de Narbonne entre le 1er juillet 2002 et le 21 février 2003 (TORRIJOS – juin 2003). Les concentrations moyennes de l’effluent traité rejeté au milieu naturel sont les suivantes : 65 mg/l de DCO totale 49 mg/l de DCO soluble 31 mg/l de MES Compte tenu des valeurs obtenues en sortie et des concentrations des effluents bruts (13,9 g/l DCO totale), les rendements épuratoires sur la DCO sont supérieurs à 95 %. Une mesure ponctuelle des concentrations en azote et en phosphore de l’effluent traité donne les résultats suivants : 21 mg/l de N-NTK 30 mg/l de P total
  28. 28. 26 Les rendements épuratoires sur l’azote et le phosphore sont respectivement de 95 % et de 87 %. A l’exception de l’azote, les concentrations des différents éléments sont inférieures aux objectifs fixés par le comité de pilotage. 4.4.5. La production de boue La concentration en MES dans le réacteur et la hauteur de boue après la phase de décantation (test à l’éprouvette) ont été régulièrement mesurées chaque semaine. Pour des problèmes de confidentialité, l’évolution détaillée de ces deux paramètres- clés de fonctionnement du réacteur SBR n’est pas présentée. A la mise en route, la concentration en boues dans le réacteur est d’environ 2 g/l. Elle augmente ensuite régulièrement au cours du temps suite à l’ajout journalier de matière organique. Des purges de boues ponctuelles ont été réalisées pour évacuer les boues en excès et ainsi limiter la concentration en MES dans le réacteur afin que le niveau de boues à la fin de la phase de décantation soit suffisamment bas pour qu’il n’y ait pas de fuite de MES lors de l’évacuation de l’effluent épuré et décanté. Les boues en excès dans le SBR sont directement pompées dans une tonne à lisier et immédiatement épandues. La première vidange de 6 m³ de boues a eu lieu le 10 décembre 2002. La concentration des boues prélevées est de 23 g/l. La deuxième vidange de 8 m³ a eu lieu le 10 mars 2003. La concentration des boues extraites est de 30 g/l de MES. La concentration en N-NTK est de 1 089 mg/l et la teneur en phosphore total de 740 mg/l ce qui représente : 36 g de N/kg de MES 25 g de P/kg de MES Le volume de boues générées par rapport au volume d’effluent traité est un paramètre extrêmement important lorsque l’on traite un effluent avec une teneur initiale en DCO élevée. Un bilan sur la station SBR de Mâcon a été effectué le 10 mars 2003, après la deuxième vidange de boues. Le volume d’effluent traité à cette date est de 323 m³. Le volume de boues prélevé lors des deux extractions de boues est au total de 14 m³ (6 m³ + 8 m³). La quantité totale de boues extraites du réacteur représente 378 kg de MES. Ces résultats montrent que le volume de boues à épandre représente 5 % du volume d’effluent traité ce qui est tout à fait correct compte tenu de la forte concentration en DCO de l’alimentation. Ce résultat est possible grâce à l’exceptionnelle décantabilité des boues de laiterie et à la forte concentration des boues décantées qui permet de retirer une quantité de boues importante du réacteur tout en ayant un volume résiduel minimal à gérer. Sur la base de 5 % et de la production annuelle de 110 000 l de lait, le volume de boue généré annuellement peut être estimé à 23 m³.
  29. 29. 27 4.4.6. Approche économique ! Les investissements Le coût total s’élève à 35 449 € HT (tableau 15). Fournisseurs Fournitures Montant HT (€) Ateliers d’Occitanie Cuve 40 m3 + soufflante 4 kW 25 454,41 CUMA ASTER Terrassement, tranchées, … 6 529,60 Transports Couturier Transport cuve + grutage 1 476,00 FACEN Fournitures plomberie 306,84 Comptoir Electrique Fournitures électricité 65,70 EPELFPA Main d’œuvre du lycée 1 616,50 TOTAL 35 449,05 Tableau 15 : Coût total de la station SBR du lycée agricole de Davayé (71). " Les coûts de fonctionnement Les frais de fonctionnement liés à l’exploitation de la station sont essentiellement constitués par la consommation électrique, le personnel pour la gestion de la station et l’épandage des boues. Pour la consommation électrique, le principal poste est l’aération du réacteur. Du 14 juillet au 3 février, la consommation électrique a été de 3 338 kw ce qui représente une moyenne de 15,6 kw/jour. A raison de 0,0568 €/kwh, cela représente un coût annuel de fonctionnement lié à la consommation électrique de 323 €. La surveillance de la station demande la vérification quotidienne des témoins lumineux de l’armoire électrique et la réalisation tous les 7 à 10 jours d’un test à l’éprouvette pour mesurer la hauteur des boues dans le réacteur. Le temps de personnel pour la gestion de la station est estimé à ½ heure par semaine. Les boues produites sont épandues sur des terres agricoles. Pour un coût d’épandage (sans stockage) de 2,3 €/m³, le coût annuel est de 53 €. Le coût de fonctionnement total annuel est voisin de 376 €. 4.5. Analyse comparative des procédés de traitement 4.5.1. Performances épuratoires Les deux dispositifs présentent une bonne efficacité au traitement des effluents de fromagerie (tableau 16).
  30. 30. 28 Concentration de l’effluent après traitement DCO mg/l MES mg/l N-NTK mg/l pH Rendement sur la DCO Filtres pouzzolane 106* 18 5,6 7,3 92 à 98 % SBR 65 31 21 7 > 95 % * : moyenne des résultats hors période de gel (élevage 69). Tableau 16 : Performances épuratoires des procédés de traitement. 4.5.2. Approche économique Les coûts relevés sur les sites expérimentaux et en prédéveloppement ainsi que les tarifs unitaires des matériaux ont rendu possible l’élaboration d’un référentiel de coût et de temps de travaux pour la construction des deux procédés de traitement et pour trois tailles de troupeaux (tableau 17). Production lait l/jour 150 260 500 Surface (m²) 25 45 80 Invest. € HT 7 658 9 272 12 626Silo métallique M.oeuvre (h) 130 200 325 Invest. € HT 6 884 8 396 11 723Silo béton M.oeuvre (h) 270 365 540 Filtre pouzzolane Coûts de fonctionnement 20 40 75 Volume m³ 15 25 50 Invest. € HT "clés en main" 14 650 15 620 22 250 Stockage de boues 1 440 2 830 5 400SBR Coûts de fonctionnement aération et épandage boue 138 240 460 Tableau 17 : Comparatif de coûts. Les investissements correspondent aux coûts des matériaux et à l’installation sur chantier, hors terrassement et réseaux divers. Pour le SBR, le coût de stockage se rapporte à la construction d’une fosse pour le stockage des boues produites sur une année. Concernant les filtres pouzzolane, il s’agit d’un coût en autoconstruction sans rémunération de la main d’œuvre nécessaire à la construction (le dispositif SBR est livré "clés en main"). Les coûts de fonctionnement représentent la consommation électrique liée aux pompes pour les filtres pouzzolane et aux aérateurs et à l’épandage de boue pour le SBR. L’analyse comparative des deux procédés fait ressortir des investissements et coûts de fonctionnement très inférieurs pour les filtres pouzzolane.
  31. 31. 29 4.5.3. Adaptabilité des techniques La comparaison des deux techniques de traitement sur différents critères techniques est présentée dans le tableau 18 qui répertorie les aspects positifs et négatifs. SBR Filtre pouzzolane Gestion des boues - + Adaptation au froid + - Longévité + - Entretien + - Rusticité - + Tableau 18 : Analyse comparative des deux procédés. V - Discussion Les deux procédés de traitement étudiés présentent de bonnes capacités épuratoires pour les effluents de fromagerie. Les rendements d’épuration sur la DCO sont supérieurs à 90 – 95 % et la concentration en DCO de l’effluent traité est inférieure à 300 mg/l. Ces deux techniques peuvent donc être proposées aux éleveurs pour résoudre la problématique de gestion des effluents au même titre que la rétrocession animale et le stockage-épandage. Il convient toutefois de préciser les limites d’utilisation de ces techniques et les incertitudes qui persistent suite à cette étude. Les filtres pouzzolane, dispositif rustique et économique, conviennent parfaitement aux petites structures. Leur compétitivité nécessite la réalisation des travaux par auto-construction. Cette technique ne convient pas aux zones "froides" où le gel est intense et long. Si toutefois ce dispositif devait être installé dans de telles zones, il conviendrait de dimensionner un ouvrage de stockage tampon pour les effluents produits sur la période critique. Le recul sur le vieillissement de la pouzzolane et son colmatage est insuffisant, compte tenu des durées de suivi sur sites. Toutefois, l’expérience acquise au PRADEL et au Cemagref sur les filtres à sable plantés de roseaux, montre que la durée de vie d’un tel dispositif est comprise entre 5 et 10 ans. Les stations SBR peuvent fonctionner dans différentes situations climatiques. Les limites techniques d’utilisation sont quasiment inexistantes. Il demeure toutefois une limite d’ordre économique liée au coût important de la station et technique liée à la disponibilité en surface d’épandage. Afin d’éclairer davantage cet aspect économique et pour proposer des solutions en adéquation avec les moyens financiers des exploitations, le tableau 25 fait état des coûts de traitement pour un atelier de 75 chèvres produisant 60 000 litres de lait. Trois filières de traitement, SBR, filtre pouzzolane et stockage-épandage sont comparées sur le plan économique (tableau 19).
  32. 32. 30 SBR Filtre pouzzolane silo métallique en autoconstruction Stockage et épandage Coût station € 15 620 9 272 0 Coût stockage € 19 m³ x 150 € = 2 850 0 180 m³ x 53 €/m³ = 9 540 ( stockage 6 mois et prix hors terrassement) Amortissement des investissements et intérêts sur 15 ans* 1 301 653 672 Coûts fonctionnement € (consommation électrique et épandage) 240 40 252 m³ x 2,2 € = 554 Coût total annuel € 1 541 693 1 226 Coût annuel €/m³ effluent 6,1 2,7 4,8 Main d’œuvre pour la construction 0 365 0 * Remboursement d’un prêt à 4,5 % sur 12 ans. Tableau 19 : Coûts comparatifs de traitement des effluents pour un atelier de 75 chèvres produisant au pic 260 l lait /jour et annuellement 60 000 litres lait (252 000 litres d’effluents). Le coût du traitement est compris entre 2,7 et 6,1 €/m³ d’effluent ce qui représente entre 1 et 2,5 centimes d’euros / l lait. La filière avec filtre pouzzolane est la plus économique devant le stockage-épandage et le SBR. Le dispositif SBR, qui comprend par ailleurs de nombreux avantages, est difficilement adapté à de petites structures compte tenu des coûts de traitement. Il est davantage approprié à des coopératives ou des regroupements d’éleveurs souhaitant réaliser une station commune de traitement. VI - CONCLUSION Face à cette problématique environnementale forte en rapport avec la gestion des effluents de fromagerie et pour laquelle de nombreux éleveurs sont en attente de réponse, un effort important de recherche a été conduit dans le cadre de ce programme de travail. L’étude en question a apporté des réponses concrètes applicables dès maintenant dans le cadre du programme de maîtrise des pollutions d’origine agricole et de la création ou de l’extension d’ateliers. Les premiers éléments de réponse concernent la caractérisation des besoins des éleveurs en matière de gestion des effluents de fromagerie et la nécessité de proposer des solutions techniques rustiques et économes. Parallèlement, la connaissance des volumes d’effluent générés et de leur charge met notamment en évidence le caractère polluant du lactosérum. Cette étude a également permis l’optimisation des procédés de traitement et la transposition des résultats acquis en laboratoire et sur sites expérimentaux vers des
  33. 33. 31 exploitations avec fabrication fromagère. Cette phase progressive de transfert de technologie met l’accent sur la nécessité de proposer aux utilisateurs finaux (techniciens et éleveurs) des guides techniques précis de dimensionnement et de mise en œuvre. Le guide élaboré par le comité de pilotage est un élément précieux mais doit être complété pour répondre à la diversité des situations rencontrées. Le suivi sur site a rendu possible la validation des deux procédés pour le traitement (rendement épuratoire > 90 %) des effluents de fromagerie. Il subsiste néanmoins certaines limites d’utilisation : " Pour les filtres pouzzolane, l’utilisation doit être limitée aux zones sans gel persistant. Il convient de plus d’acquérir des données complémentaires sur la longévité, eu égard au risque de colmatage du massif filtrant. Pour cela, des carottages périodiques devront être effectués en plusieurs points et à des profondeurs différentes afin d’apprécier l’évolution du taux de matières organiques dans le filtre et ainsi le niveau de colmatage. " Pour le SBR, la limite d’utilisation est d’ordre économique compte tenu du montant de l’investissement à réaliser. Ce procédé concerne davantage les grosses structures, coopératives ou regroupements d’éleveurs. Des points complémentaires concernant les procédés de traitement doivent encore être étudiés pour la recherche de solutions techniques performantes peu coûteuses et complémentaires. Une des pistes de travail pour l’avenir pourrait porter sur l’utilisation de zones plantées (intensives ou extensives) destinées au traitement de ces effluents. VII - Valorisations des résultats BOUTIN C., BOLÉVY L., BECKERT J-L., MÉNORET C. et LIÉNARD A. – 1999 - Etude de la station d’épuration des eaux usées de la ferme expérimentale caprine du Pradel (07) - Campagne de mesures du 13 au 27 septembre 1999. CEMAGREF Lyon - 77 p. DOLLE J-B., FREY J. - décembre 2003 - Le traitement des eaux blanches et lactosérum - 3R – Paris. DOLLE J-B., FREY J., SABALCAGARAY P. - septembre 2001 - Le traitement des effluents de fromagerie avec filtre pouzzolane, règles de dimensionnement et guide de mise en œuvre - Institut de l’Elevage, PEP Caprin – 49 p. LIÉNARD A. – 2000 - Caractéristiques des eaux de lavage d’installations de traite et de fromageries fermières avec ou sans lactosérum et aperçu des différentes techniques d’épuration pouvant leur être appliquées - CEMAGREF Lyon - 13 p. SABALÇAGARAY P. – 2001 - Traitement des effluents de fromageries fermières par cultures fixées sur pouzzolane - Mémoire pour le diplôme de formation supérieure technologique en ingénierie du traitement et du contrôle des pollutions - INSA Toulouse - 70 p. Sessions de formation Institut de l’Elevage – Le conseil en production laitière fermière.
  34. 34. 32 TORRIJOS M., SOUSBIC Ph. – Juin 2003 - Compte rendu du suivi de réacteur SBR du Lycée Agricole de Davayé - INRA Narbonne – 16 p.
  35. 35. 33 BIBLIOGRAPHIE AMIOTTE L., LE FUR R. – 2000 - Les effluents des ateliers fromagers fermiers de Haute-Savoie - Plaquette Alliance Conseil, Chambre d’Agriculture de Haute-Savoie, 4 p. AMIOTTE L., LE FUR R., TREVISAN D. FOLLIET X. – 2000 - Epandage gravitaire en alpage des ateliers fromagers fermiers - Plaquette Alliance Conseil 74, Chambre d’Agriculture de Haute-Savoie, GIS Alpes du Nord - 4 p. BECT D. – 2000 - Modélisation des procédés d’épuration par cultures fixées sur matériau granulaire - Travail de fin d’études. Ecole Centrale de Lyon. BOUTIN C., BOLÉVY L., BECKERT J-L., MÉNORET C. et LIÉNARD A. – 1999 - Etude de la station d’épuration des eaux usées de la ferme expérimentale caprine du Pradel (07) - Campagne de mesures du 13 au 27 septembre 1999. CEMAGREF Lyon – 77 p. DAVID V. – 1996 - Enquête sur le recyclage alimentaire du lactosérum en exploitation fromagère fermière - Institut de l’Elevage – Compte rendu n° 97044 – 39 p. DOLLE J-B., FREY J. - Le traitement des eaux blanches et lactosérum - 3R – Paris – décembre 2003. DOLLE J-B., FREY J., SABALCAGARAY P. - Le traitement des effluents de fromagerie avec filtre pouzzolane, règles de dimensionnement et guide de mise en œuvre - Institut de l’Elevage, PEP Caprin – septembre 2001 - 49 p. DUCHÈNE P., COTTEUX É. – 2000 - Insufflation d’air fines bulles – Application aux stations d’épuration en boues activées des petites collectivités - Ministère de l’Agriculture et de la Pêche, CEMAGREF, FNDAE. FREY J. – 25 Février 2003 – Journée de formation régionale GIE Lait Viande Rhône- Alpes – Les effluents de fromagerie – Actipole Lyon. FREY J. – 2002 – Journée Portes Ouvertes du PEP Caprin Rhône-Alpes - La gestion des effluents de fromagerie : mise en place de 4 stations expérimentales en fermes, aspects techniques et coûts illustrés par un témoignage d’éleveur – Station Expérimentale du Pradel. FREY J., LEFRILEUX Y., MANSON R. – 2002 - Enquête sur la gestion des effluents de fromageries fermières caprines en région Rhône-Alpes – PEP Caprin Rhône- Alpes, Station expérimentale caprine du Pradel – Affiche 3R – 1 p. FREY J., LEFRILEUX Y., ROUX J-C. – 2002 – Effet de la granulométrie sur le traitement des eaux blanches et lactosérum par culture fixée – PEP Caprin Rhône- Alpes, Station expérimentale caprine du Pradel – Affiche 3R – 1 p. LE FUR R., FOLLIET X., LAVOREL C. – 2000 - Redistribution du lactosérum en alpage - Plaquette Alliance Conseil 74, Chambre d’Agriculture de Haute-Savoie - 6 p.
  36. 36. 34 LE FUR R., TORRIJOS M. – 2001 - Traitement des effluents de fromagerie fermière par le système SBR (Sequencing Batch Reactor) – Résultats de l’expérimentation menée en Haute-Savoie sur les effluents du GAEC LES GRIOTTES - Plaquette Alliance Conseil 74, Chambre d’Agriculture de Haute-Savoie, INRA de Narbonne – 8 p. LIÉNARD A. – 2000 - Caractéristiques des eaux de lavage d’installations de traite et de fromageries fermières avec ou sans lactosérum et aperçu des différentes techniques d’épuration pouvant leur être appliquées - CEMAGREF Lyon - 13 p. LOUISFERT S. – 1994 - Recyclage du lactosérum issu de la transformation fromagère fermière dans l’alimentation animale - Institut de l’Elevage – Compte rendu n° 97045 - 28 p. MÉNORET C. – 2001 - Traitement d’effluents concentrés par cultures fixées sur gravier ou pouzzolane - Thèse en mécanique, génie mécanique et génie civil. Université des sciences du Languedoc, Montpellier II - 130 p. MOLETTA R. et TORRIJOS M. – 2000(a) - Traitements des effluents de la filière laitière - In : Techniques de l’Ingénieur, traité Agroalimentaire - 21 p. MOLETTA R. et TORRIJOS M. – 2000(b) - Impact environnemental de la filière laitière - In : Techniques de l’Ingénieur, traité Agroalimentaire - 9 p. MOREL D’ARLEUX M. – 1988 - Lactosérum acide : utilisation par les animaux - Lactosérum doux : utilisation par les animaux - Fiches RNED bovin – Document ITEB - 2 p. PAROUTY R. – 2001 - Modélisation des procédés d’épuration par cultures fixées sur support granulaire : évolution de la biomasse - Travail de fin d’études, Ecole Centrale de Lyon - 65 p. PARROT A. – 2001 - Traitement des effluents de fromageries fermières par culture fixée - Mémoire de maîtrise IUP génie de l’environnement et éco-développement, spécialité eau - Université Claude Bernard, Lyon I - 87 p. ROUX J-C. – 2000 - Une gestion des effluents fromagers : le lit bactérien – Station expérimentale caprine du Pradel - 70 p. SABALÇAGARAY P. – 2001 - Traitement des effluents de fromageries fermières par cultures fixées sur pouzzolane - Mémoire pour le diplôme de formation supérieure technologique en ingénierie du traitement et du contrôle des pollutions - INSA Toulouse – 70 p. SERAI R. – 28 juin 2002 - Eliminer la charge polluante des eaux blanches - La France Agricole - p. 45. TORRIJOS M., MOLETTA R., GSELL B. – 1997 - Application d’un procédé SBR à la dépollution des eaux usées de petites coopératives laitières - L’Eau, l’Industrie, les Nuisances – n°202, mai 1997, pp. 31-35. TORRIJOS M., SOUSBIC Ph. - Juin 2003 - Compte rendu du suivi de réacteur SBR du Lycée Agricole de Davayé - INRA Narbonne – 16 p.
  37. 37. 35 WILDERER P.A., IRVINE R.L., GORONSZY M.C. – 2001 - Sequencing Batch Reactor Technology - Scientific and Technical Report n°10, IWA Publishing - 76 p. WIND G. – janvier 2001 - Effluents de fromagerie fermière : réduire la charge polluante - Terroir Magazine, pp. 26-28.
  38. 38. 36 Annexe 1 Enquête PEP Caprin ENQUETE PREALABLE Nom : ' : Adresse : STRUCTURE DE L'EXPLOITATION Combien de chèvres possédez-vous?........................................................................................................... Quelle est votre production moyenne de lait? .......................................................................................... Quelle est votre production maximale de lait (au pic)? .......................................................................... Y a-t-il une ou plusieurs périodes de mises-bas?...................................................................................... A quel(s) moment(s) de l'année?................................................................................................................... Quelle est la part destinée à la transformation fromagère? ................................................................ Quel est votre type de production (caillé lactique, caillé doux)?......................................................... ............................................................................................................................................................................. Y a-t-il une période d'interruption? Si oui, combien de temps dure-t-elle?...................................... ............................................................................................................................................................................. Quelle est la surface agricole dont vous disposez?................................................................................. Etes-vous rattaché à un réseau d'eau public ou privé?........................................................................... REJETS Avez-vous une machine à traire? Si oui, quel est le nombre de postes?............................................. Les eaux usées sont-elles mélangées ou gérées séparément (réseau séparatif ou non)? ............................................................................................................................................................................. Le lactosérum est-il rejeté? ......................................................................................................................... SYSTEMES DE GESTION Que faîtes vous des eaux usées? Sont-elles stockées? Sont-elles dirigées vers une fosse toutes eaux? Un bac dégraisseur? Autres? Sont-elles rejetées dans un cours d'eau? Dans un fossé? ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. Y a-t-il des nuisances (odeurs, stagnation, etc.)?..................................................................................... ............................................................................................................................................................................. Etes-vous satisfait par votre système de gestion actuel?..................................................................... ............................................................................................................................................................................. Seriez-vous prêt à participer à un suivi/diagnostic de votre exploitation dans le cadre d'un programme expérimental mené par le PEP caprin Rhône-Alpes et qui s'appuiera sur un réseau de 30 exploitations de la région?....................................................................................................................... .............................................................................................................................................................................
  39. 39. 37 Annexe 2 Protocole de prélèvements et de mesures, Station du PRADEL - septembre 19992 Le suivi analytique de la filière de traitement repose sur une campagne de mesures initialement prévue du 13/09/99 au 23/09/99 pour observer une semaine de fonctionnement pour chacun des deux filtres : filtre en béton et filtre en silos métalliques. Cette campagne a dû être écourtée du fait de fortes précipitations diluant fortement les effluents dans la cuve de recyclage du filtre en béton, notamment par un phénomène de drainage de l’eau de la nappe par la cuve de recyclage. Aussi, les prélèvement et mesures réalisés concernent principalement les silos métalliques. 1. Mesure des volumes Les volumes présents dans la cuve de réception et les cuves de recyclage ont été suivis grâce à des sondes de pression de marque Keller reliées à un enregistreur de données Maxant avec un pas de temps de 2 mn. Le temps de fonctionnement de la pompe de recyclage a été enregistré sur un compteur imprimant de marque Endress Hauser. 2. Mesures électrochimiques Potentiel Hydrogène (pH) Le pH a été enregistré en continu au fond de la cuve de réception du 14/09 au 17/09, au fond de la cuve de recyclage des silos du 17/09 au 18/09 et au fond de la cuve de recyclage du filtre en béton à partir du 18/09 par une électrode de marque Ingold reliée à la centrale d’acquisition de données Maxant avec un pas de temps d’enregistrement de 2 mn. D’autre part, le pH a été mesuré sur les échantillons horaires prélevés en entrée de station et sur la cuve de recyclage grâce à un ph- mètre WTW couplé à une électrode Ingold. Potentiel d’oxydoréduction (eH) Le potentiel d’oxydoréduction a été enregistré en continu, comme le pH, sur le fond de la cuve de réception du 14/09 au 17/09, sur le fond de la cuve de recyclage des silos du 17/09 au 18/09 et sur le fond de la cuve de recyclage du filtre en béton à partir du 18/09 par une électrode de marque Ingold reliée à la centrale d’acquisition de données Maxant avec un pas de temps d’enregistrement de 2 mn. D’autre part, le potentiel d’oxydoréduction a été enregistré en continu sur l’arrivée de la cuve de réception du 14/09 au 21/09 par une électrode de marque Ingold reliée à la centrale d’acquisition Maxant avec un pas d’enregistrement de 2 mn. Oxygène, température et conductivité L’oxygène dissous et la température ont été suivis grâce à un oxymètre WTW relié à la centrale Maxant (pas d’enregistrement : 2mn). Les sondes ont été placées dans le 2 "Etude de la station d’épuration des eaux usées de la ferme expérimentale caprine du Pradel : campagne de mesures du 13 au 27 septembre 1999", CEMAGREF novembre 1999.
  40. 40. 38 bac en béton qui reçoit les effluents traités provenant des silos avant le retour dans la cuve de recyclage. Au droit de la canalisation de sortie du silo n°2, la conductivité a été mesurée sur les effluents traités grâce à un conductimètre WTW relié à la centrale Maxant avec un pas d’enregistrement de 2 mn sauf pour les traçages (bac central du filtre en béton et silo n°1 du nouveau filtre) avec un pas d’enregistrement beaucoup plus précis : 1 seconde. Par ailleurs, la conductivité a été mesurée sur les échantillons horaires prélevés dans la cuve de réception et dans la cuve de recyclage à l’aide d’un conductimètre WTW. 3. Prélèvement des échantillons Entrée de station Un préleveur Contronic réfrigéré et un préleveur Isco non réfrigéré ont été placés dans la cour de la ferme. Un barrage de mastic d’une hauteur de 10 cm environ dans la conduite a assuré une hauteur d’eau suffisante pour noyer les deux crépines d’aspiration. Pour chaque préleveur, 10 échantillons de 100 ml ont été effectués par heure. L’échantillon moyen proportionnel au débit a été reconstitué manuellement à l’aide d’éprouvettes graduées à partir des débits horaires d’effluent mesurés dans la cuve de réception. Cuve de réception Un préleveur Isco beige a été placé sur la cuve de réception les 14/09 et 15/09. 10 échantillons de 100 ml ont été réalisés de 8h à 9h chacune de ces deux journées. Cuve de recyclage Un préleveur Isco non réfrigéré a pris des échantillons de l’effluent rejeté dans le milieu naturel (10 échantillons de 80 ml, entre 8h et 9h lors de sa vidange) et de l’effluent à traiter lors de son remplissage à partir de la cuve de réception (10 échantillons de 80ml, entre 9h et 10h). Ce même préleveur Isco a été asservi au fonctionnement de la pompe d’alimentation des filtres le reste de la journée afin de prélever un échantillon de l’effluent envoyé sur le filtre lors de chaque recyclage (échantillon de 80 ml toutes les 2 mn tant que la pompe fonctionne). Un préleveur Isco réfrigéré a effectué des échantillons horaires sur le retour du filtre en fonctionnement (bac en béton : 10 prélèvements de 95 ml par heure). Ces échantillons ont permis de reconstituer l’effluent traité moyen, proportionnel au débit, restitué par le filtre. Le débit a été calculé grâce aux variations de hauteurs d’eau enregistrées dans la cuve de recyclage. La configuration de la station n’a pas permis d’isoler l’un des deux silos en fonctionnement et d’évaluer leurs performances de façon isolée. Les résultats porteront donc sur l’ensemble des deux silos. Pendant la première semaine, des prélèvements manuels des boues issues des silos et décantées dans le petit bac de retour en béton ont été effectués à l’aide d’une pelle en plastique. Les volumes de liquides recueillis ont été mesurés à l’aide d’une éprouvette graduée en plastique.
  41. 41. 39 4. Echantillons réalisés sur les effluents de la salle de traite et de la fromagerie La salle de traite L’échantillonnage ainsi que la mesure du volume des effluents issus du lavage de la machine à traire ont été effectués au cours de 2 périodes : - lors d’un lavage acide, le 15/09 de 18h à 19h, - lors d’un lavage basique, le 16/09 de 8h à 9h. La mesure du volume des effluents s’est fait par remplissage de poubelles préalablement tarées. La constitution d’un échantillon moyen s’est fait de la manière suivante : lorsque 5l. d’effluents étaient mesurés, on en prélevait 500ml à l’aide d’éprouvette graduée en plastique. Le pH et la conductivité ont été mesurés à l’aide d’un ph-mètre et d’un conductimètre de terrain WTW. La fromagerie L’échantillonnage ainsi que la mesure du volume des effluents issus du lavage de la fromagerie ont été effectués au cours de 3 périodes : - le 14/09 (matin) pour les effluents issus du lactosérum et des lavages des tables, - le 16/09 (matin) pour les effluents issus du lactosérum, des lavages des tables et des bacs de lavage, - le 22/09 (matin) pour les effluents issus du lactosérum, des lavages des tables et des bacs de lavage. Les canalisations d’évacuation des regards avaient été obstrués à l’aide de morceaux de bois et de mastic. La totalité des eaux a été recueillie dans un bac de stockage de 1 m3 à l’aide d’une pompe asservie au niveau. La mesure du volume des effluents a pu être effectuée par vidange partielle de ce bac dans des poubelles de 50 l. L’échantillon moyen a été constitué suivant un ratio de 1 l. de prélèvement pour 50 l. mesurés. Le pH et la conductivité ont été mesurés à l’aide d’un ph-mètre et d’un conductimètre de terrain WTW. 5. Mesures et analyses réalisées sur les échantillons Sur le terrain Sur l’ensemble des échantillons horaires et moyens prélevés au cours de la campagne, une mesure de pH-conductivité ainsi qu’une analyse de la DCO brute, de la DCO filtrée et des MES ont été effectuées dans le camion laboratoire du CEMAGREF. Une observation microscopique des boues issues des deux filtres a pu être effectuée grâce au microscope présent dans la ferme. Des traçages au NaCl en eau claire ont été effectués sur les deux filtres. Au laboratoire du CEMAGREF Lyon Les échantillons, conservés à une température de 4°C et stabilisés à pH 2, ont été analysés au laboratoire du CEMAGREF. Les paramètres suivants ont été déterminés pour la plupart des échantillons : azote Kjeldhal (N-NK), azote ammoniacal (N-NH4+ ), azote nitrique (N-NO3- ).
  42. 42. 40 Les teneurs en graisses, nitrites, phosphates, chlorures et calcium ont également été dosées pour certains échantillons. Prélèvements particuliers Des carottages ont été effectués sur les deux filtres, à l’aide d’une tarière. 2 carottages ont pu être effectués par filtre. Sur le silo, les prélèvements ont pu être effectués de 10 cm en 10 cm jusqu’à 65 cm de profondeur. Sur le filtre en béton, les prélèvements ont été faits de 10 cm en 10 cm jusqu’à 80 cm de profondeur. Tous les échantillons ont été stockés dans des boites en aluminium. Les teneurs en matières sèches (MS) et matière organique (MO) ont été déterminés au laboratoire du CEMAGREF Lyon. Localisation des carottages sur les deux filtres 6. Mesures et analyses réalisées sur les échantillons de la fromagerie et du lavage de la machine à traire Une mesure de pH-conductivité ainsi qu’une analyse de la DCO brute, de la DCO filtrée et des MES ont été effectuées dans le camion laboratoire du CEMAGREF. Les paramètres suivants ont été déterminés au laboratoire du CEMAGREF Lyon : - azote Kjeldhal (N-NK), - phosphore total (Pt) et phosphates (PO4 3- ), - graisses, - matières volatiles en suspension (MVS).
  43. 43. 41 Annexe 3 Protocole de prélèvements et de mesures, Station du PRADEL – Juin 20003 Le suivi analytique de la filière de traitement repose sur une campagne de mesures initialement prévue du 13/06/00 au 22/06/00 de manière à observer une semaine complète de fonctionnement du filtre le plus récent (silos métalliques). Cette campagne a débuté par de fortes précipitations qui ont compromis les résultats obtenus lors de la première journée de traitement. 1. Constitution des échantillons des silos métalliques Localisation Préleveur Durée intervalle entre prélèvements Volume prélevé (ml) Type effluent Classification regard cour Contronic réfrigéré 24h 6 mn 100 Effluent brut Ex cuve réception Isco réfrigéré beige 9h à 10h 2 mn 300 Effluent Brut Rx cuve recyclage Isco réfrigéré beige à chaque recyclage durant 10 mn 5 mn 800 Effluent Brut JxPx Bac en béton Contronic réfrigéré 24h 6 mn 100 Effluent traité JxSF Cuve recyclage Contronic réfrigéré 6h à 7h 5 mn 500 Effluent traité JxSF 3 "Etude de la station d’épuration des eaux usées de la ferme expérimentale caprine du Pradel : campagne de mesures du 13 au 27 septembre 1999", CEMAGREF novembre 1999.
  44. 44. 42 Récapitulatif des différents prélèvements 2. Mesures physiques et électrochimiques sur les silos métalliques Paramètre Localisation Transmetteur Sonde Température bac en béton Sfere P305 / Température fosse recyclage Sfere P305 / eH fosse recyclage DEMCA TR 20 A Ingold conductivité bac en béton WTW LF 196 WTW pH fosse recyclage DEMCA TR 20 A Ingold eH bac en béton DEMCA TR 20 A Ingold Hauteur d'effluent fosse recyclage KELLER AK 3200 0-2 m Keller Hauteur d'effluent fosse réception KELLER AK 3200 0-10 m Keller Tous les transmetteurs sont reliés à une centrale d'acquisition de données Maxant réglée avec un pas d'enregistrement de 5 mn. Les mesures de hauteur d'eau dans la fosse de réception ont été stoppées le 21/06/00 suite à un problème technique. Les données obtenues à partir de la sonde placée dans la fosse de réception sont erronées.
  45. 45. 43 3. Protocole adopté pour définir les concentrations et les charges induites par la fermentation de lait Tank à lait 10 l. 10 l. 10 l. Empréssurage 0,8 ml caillé caillé caillé lacto Echantillon + analyse lacto lacto Fabrication de caillé en toile Moulage type picodon Echantillon + analyse Echantillon + analyse Le moulage type Picodon est effectué en faisselles. Ces fromages sont vendus directement. Le caillé fabriqué en toile est vendu à un artisan qui s'occupe de son conditionnement. 4. Mesures et analyses réalisées sur les échantillons Sur le terrain Sur l’ensemble des échantillons horaires et moyens prélevés au cours de la campagne, une mesure de pH-conductivité ainsi qu’une analyse de la DCO brute, de la DCO filtrée et des MES ont été effectuées dans le camion laboratoire du CEMAGREF. Une observation microscopique des boues issues du filtre silos a pu être effectuée grâce au microscope présent dans la ferme.
  46. 46. 44 Au laboratoire du CEMAGREF Lyon Les échantillons, conservés à une température de 4°C et stabilisés à pH 2, ont été analysés au laboratoire du CEMAGREF. Les paramètres suivants ont été déterminés pour la plupart des échantillons : - azote Kjeldhal (N-NK), - azote ammoniacal (N-NH4+ ), - azote nitrique (N-NO3- ). Les teneurs en nitrites, phosphates, chlorures et calcium ont également été dosées pour certains échantillons. Prélèvements particuliers Des carottages ont été effectués sur la station silos, à l’aide d’une tarière. Une série de carottages a pu être effectuée par filtre. Sur le silo, les prélèvements ont pu être effectués de 10 cm en 10 cm jusqu’à 65 cm de profondeur selon un arc de cercle (voir schéma) : le prélèvement 1 correspond à l’horizon 0-10 cm, le prélèvement 2 de 10 cm à 20 cm, etc. Les teneurs en matières sèches (MS) et matière organique (MO) ont été déterminés au laboratoire du CEMAGREF Lyon. Carottages effectués sur les silos métalliques
  47. 47. 45 5. Mesures et analyses réalisées sur les échantillons de la fromagerie Localisation Date Nom Lactosérum surnageant 16/06/00 LS1 Lactosérum moulage faisselle 17/06/00 LF1 Lactosérum moulage toile 17/06/00 LT1 Lactosérum surnageant 21/06/00 LS2 Lactosérum moulage faisselle 22/06/00 LF2 Lactosérum moulage toile 22/06/00 LT2 Classification des échantillons de la fromagerie. Une mesure du pH et de la conductivité ainsi qu’une analyse de la DCO brute et de la DCO filtrée ont été effectuées dans le camion laboratoire du CEMAGREF. Les paramètres suivants ont été déterminés au laboratoire du CEMAGREF Lyon : azote Kjeldhal (N-NK), phosphore total (Pt).
  48. 48. 46 Annexe 4 Synthèse des principaux résultats de 1999 Remarque : les résultats présentés concernent uniquement les silos métalliques. La stabilité des rendements quotidiens sur les DCO brute et filtrée, l’azote Kjeldhal et la DGO ressort comme le point le plus important des résultats obtenus en 1999. 1. les rendements moyens sur la DCO brute et la DCO filtrée sont identiques et très élevés (98 %). Pour une concentration moyenne de 9 g de DCO/l en entrée, la concentration de sortie sera de 180 mg DCO/l. Rendements d’épuration de l’installation fosses+filtres sur le carbone jour Entrée DCO b (kg/j) Sortie DCO b (kg/j) % éliminés DCO f (kg/j) Sortie DCO f (kg/j) % éliminés mer 15/09 17,2 0,683 96,0 13,9 0,593 95,7 jeu 16/09 14,7 0,252 98,3 12,1 0,190 98,4 ven 17/09 25,6 0,199 99,2 17,7 0,199 98,9 sam 18/09 24,5 0,200 99,2 21,3 0,175 99,2 dim 19/09 6,1 0,254 95,8 5,5 0,189 96,6 lun 20/09 12,7 0,175 98,6 11,3 0,132 98,8 moyenne 16,8 0,294 98,3 12,4 0,25 98,0 Ecart type 7,4 0,176 1,6 5,5 0,16 1,4 2. le rendement de transformation de l’azote réduit est identique au rendement d’épuration de la pollution carbonée. Rendements d’épuration de l’installation sur N-NK et N-NH4 Jour Entrée N-NK (kg/j) Sortie N-NK (kg/j) % éliminés Entrée N-NH4 (kg/j) Sortie N-NH4 (kg/j) % éliminés mer 15/09 0,551 0,0269 95,1 0,143 0,0122 91,5 jeu 16/09 0,498 0,0097 98,0 0,083 0,0013 98,4 ven 17/09 0,602 0,0117 98,0 0,129 0,0013 99,9 sam 18/09 0,76 0,0134 98,2 / / / dim 19/09 0,176 0,0073 95,8 0,061 0,0014 97,7 lun 20/09 0,366 0,0128 96,5 0,126 0,0016 98,7 moyenne 0,45 0,01 97,8 0,108 0,0037 97,24 Ecart type 0,2 0,01 1,3 0,01 0,01 3,3
  49. 49. 47 3. rendement sur les MES sont très mauvais voire négatifs car affectés par le rejet des fines provenant de la pouzzolane récemment mise ne place. Ce rejet important de MES ne semble pas alarmant pour le milieu naturel dans la mesure où il est temporaire, réalisé dans un fossé, et correspond à des matières minérales. Rendements d’épuration de l’installation sur les MES et la DGO jour Entrée MES (kg/j) Sortie MES (kg/j) % éliminés Entrée DGO (kg/j) Sortie DGO (kg/j) % éliminés mer 15/09 1,58 1,828 / 19,7 0,806 95,9 jeu 16/09 2,26 0,571 74,7 16,9 0,296 98,2 ven 17/09 4,5 3,746 17 28,4 0,204 99,3 sam 18/09 7,5 0,038 99,5 28 0,261 99,0 dim 19/09 1,3 1,137 12,5 6,9 0,287 95,8 lun 20/09 2,7 / / 14,4 0,233 98,4 moyenne 3,3 1,46 50,9 17,3 0,35 98,0 Ecart type 2,3 1,4 43 8,3 0,21 1,5 4. Carottages effectués sur les silos métalliques La teneur en eau des silos métalliques est moins importante et mieux répartie que celle du filtre en béton. La teneur en matière organique n’excède pas 1,8 % - alors qu’elle pouvait atteindre 6% sur le filtre en béton. Aucune croûte superficielle n'est visible sur les filtres en silos métalliques. On observe par ailleurs des taux de fines élevé avec un gradient croissant dans le sens de la profondeur (entraînement par le drainage de l’effluent). Teneurs en eau des échantillons du silo 0,0% 5,0% 10,0% 15,0% 20,0% 25,0% 30,0% 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 point 1 point 2
  50. 50. 48 Teneurs en matière organique et fines des échantillons du silo 5. Observation microscopiques Des observations microscopiques des protozoaires et des métazoaires présents dans les boues issues des filtres et récupérées dans le bac en béton avant le retour dans les cuves de recyclage nous permettent, en fonction des espèces rencontrées, d’émettre un avis sur le fonctionnement des filtres, et le cas échéant de conforter les résultats analytiques. Espèces rencontrées sur le silos métalliques Espèces rencontrées Interprétation Oligochète Aelosoma indicateur d’une bonne qualité de l’eau de sortie, d’une sur-oxygénation et de la présence de nitrates Nématode très fréquent, résiste à la sous aération du milieu Rotifère Monogononta traitement stable et poussé du carbone et de l’azote Rotifère Digononta très fréquent Vorticelle Microstoma niveau de traitement de l’installation moyen Euplote traitement poussé du carbone, nitrification au moins partielle Thécamébien Euglypha nitrification possible, aération suffisante Thécamébien Diflugia minéralisation assez poussée des boues Acarien se rencontre souvent sur les cultures fixées Larve de mouche très fréquentes, prédatrice des oligochètes 0,00% 0,50% 1,00% 1,50% 2,00% 2,50% 3,00% 3,50% 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 cm / à la surface mo 1 mo 2 fines1
  51. 51. 49 La présence de 3 indicateurs de bonne qualité de traitement (oligochète, euplote et rotifère monogononta) renforce les résultats analytiques obtenus sur ce filtre. Nous sommes en présence d’un filtre dont l’aération est suffisante, capable de nitrifier, et qui rejette une eau de bonne qualité après un traitement poussé du carbone. Oligochète Aelosoma x100
  52. 52. 50 Annexe 5 Synthèse des principaux résultats de 2000 Remarque : les résultats présentés concernent uniquement les silos métalliques 1. Rendements obtenus Les rendements ont été calculés à partir des charges en entrée station (effluent brut dans la cuve de réception) et des charges rejetées au milieu naturel. DCOb NK NH4 Pt PO4 J1 98,3% # # # # J2 98,9% # # # # J3 98,9% # # # # J4 98,1% # # # # J5 97,9% 96,5% 92,3% 88,7% 86,7% J6 96,8% 97,0% 95,8% 90,2% 91,2% J7 98,5% 97,4% # # # Rendements obtenus sur le filtre silos Les rendements obtenus sur la DCO brute et sur l'abattement en azote Kjeldhal sont similaires à ceux obtenus en septembre 1999, les mesures effectuées par ailleurs indiquant une baisse importante des performances de la nitrification. DCOb 06/00 DCOb 09/99 N-NK 06/00 N-NK 09/99 J1 98,3% 96,0% # 95,1% J2 98,9% 98,3% # 98,0% J3 98,9% 99,2% # 98,0% J4 98,1% 99,2% # 98,2% J5 97,9% 95,8% 96,5% 95,8% J6 96,8% 98,6% 97,0% 96,5% J7 98,5% # 97,4% # Moyenne 98,2% 97,85% 97% 96,9% Comparaison des rendements 1999 et 2000 2. Analyses des prélèvements par carottages sur les filtres silos Les analyses effectuées sur les échantillons relevés ont été la teneur en eau (passage à l'étuve à 105°C) et la teneur en matière organique (passage au four à 550 °C).
  53. 53. 51 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 filtre 1 filtre 2 Teneurs en humidité des échantillons Teneurs en matière organique des échantillons 0,0% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0% 2,5% 3,0% 3,5% 4,0% 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 profondeur en cm filtre 1 filtre 2 La teneur en eau est comprise en moyenne entre 25 et 35%. Celle-ci est un peu plus importante en surface du filtre. Les taux de matière organique diffèrent selon le point d'échantillonnage, indiquant une répartition inégale – horizontalement et verticalement - de la biomasse et de la matière organique dans les filtres.
  54. 54. 52 Comparaison avec les résultats de septembre 1999 0,0% 5,0% 10,0% 15,0% 20,0% 25,0% 30,0% 35,0% 40,0% 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 profondeur sept-99 juin-00 Comparaison des teneurs en humidité entre 99 et 00 Comparaison des teneurs en matière organique entre 99 et 00 0,0% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0% 2,5% 3,0% 3,5% 4,0% 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 sept-99 juin-00 Les taux de matière organique et d'humidité obtenus sont très largement supérieurs pour la campagne de juin 2000. L'humidité a augmenté de 5 à 10 % en fonction des horizons, et le taux de matière organique de 0,5% à 1,5 %. Des taux de matière organique de 3,5 % semblent être la limite pour le bon fonctionnement du filtre, car on note un début de colmatage en surface avec formation de flaques lors des alimentations.

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