Plus particulièrement, la présente invention concerne le traitement des boues et déchets issus du traitement des eaux usées et elle apporte un procédé qui est particulièrement approprié à l'hydrolyse des graisses ou des boues issues du traitement des eaux usées domestiques et des eaux usées industrielles, afin d'une part d'optimiser un procédé de traitement des boues comme la digestion anaérobie et la méthanisation, et d'autre part de produire au sein d'une station d'épuration d'eaux le carbone nécessaire aux procédés biologiques de dénitrification ou de déphosphatation.

Le procédé conforme à l'invention peut aussi tre employé sur des rejets liquides concentrés, tels que ceux de l'industrie agroalimentaire, et ce comme étape préliminaire à un procédé de méthanisation, fréquemment utilisé dans ces industries pour produire du biogaz couvrant tout ou partie des besoins énergétiques desdites industries. La production de carbone facilement assimilable peut aussi tre envisagée si l'industrie concernée dispose d'une station d'épuration comportant des procédés biologiques de dénitrification ou de déphosphatation.

Le traitement des effluents, qu'ils soient d'origine industrielle ou domestique, consiste en un transfert de matières polluantes dissoutes dans l'eau sous forme de gaz et de solides appelés « boues » et qui constituent des déchets ultimes.

La production annuelle réelle de boues urbaines et assimilées, sur le territoire français, qui ne cesse de croître chaque année, est estimée pour 2005 à 1,3 millions de tonnes de matières sèches (950.000 t actuellement). A cela, il faut rajouter les boues industrielles qui en 1994 représentaient en France un tonnage de 1,8 millions de tonnes dont 50% produites par les industries agroalimentaire et papetière.

Au niveau européen, la production devrait passer de 10 à 15 millions de tonnes de matières sèches dans les cinq années à venir.

Différents types de boues sont produits au cours du traitement des eaux ; de façon générale l'effluent subit un dégrillage et éventuellement un dessablage et un dégraissage, une décantation primaire au cours de laquelle l'eau est récupérée, un traitement secondaire par culture bactérienne aérobie libre pour éliminer la pollution organique de l'eau, et enfin une décantation secondaire au cours de laquelle l'eau épurée est séparée des boues secondaires activées.

Sur la figure 1 des dessins annexés, on a représenté un schéma simplifié d'une station d'épuration, sur lequel on a figuré les différentes étapes de traitement rappelées ci-dessus.

Plusieurs types de boues sont apparus au cours du traitement : les boues primaires, les boues secondaires dites biologiques ou activées, les boues mixtes, les boues extraites. Les boues sont constituées des éléments polluants et de leurs produits de transformation qui sont retirés de la phase liquide au cours de l'épuration de l'eau.

Les boues primaires, de couleur grise ou jaunâtre, malodorantes, se présentent sous une forme colloïdale ; elles renferment des particules minérales et organiques, des graisses, des détergents, des débris végétaux, des déchets de papier.

Les boues activées sont de couleur brune et ont une odeur d'humus ; elles sont composées de matières organiques, de protozoaires, de bactéries.

Les boues mixtes sont constituées en proportions variables de boues primaires épaissies et boues activées concentrées (le plus souvent par flottation).

Les boues ont une structure complexe et variable suivant leur nature. De façon globale, elles sont constituées de matières organiques provenant à la fois de l'eau usée (acides humiques, protéines, polysaccharides...) et du métabolisme ou de la lyse des microorganismes (protéines, polysaccharides, acides nucléiques...) dans des proportions variables en fonction du type de boues.

Les protéines constituent en moyenne 30 à 35% de la matière organique insoluble des boues des stations d'épuration (Chynoweth D. P. et Mah R. A., 1971, Adv.

Chemistry, 105,41-54"Volatile acid formation in sludge digestion. Anaerobic biological tretament processes"), mais des proportions plus importantes peuvent tre trouvées dans les boues biologiques et les boues mixtes (Pavlostathis S. G., 1988, J.

Envir. Engng., 114,575-592"Preliminary conversion mechanisms in anaerobic digestion of biological sludges"). Les protéines insolubles du floc sont solubilisées par des exoprotéases bactériennes et hydrolysées en peptides et en acides aminés (Hobson P. N., Bousfield S., Summers R., 1974, Envir. Control., 131-191"Anaerobic digestion of organic matter-Critical reviews").

Les lipides sont présents en général en large proportion dans les boues primaires, de 28 à 30% (Chynoweth Op. Cit. ) mais ne constituent que 10% de la matière organique présente dans les boues activées. La fraction lipidique des boues renferme essentiellement des acides gras à longue chaîne sous forme libre ou combinée avec du glycérol pour former des glycérides (Novak J. T., Carlson D. A., 1970, J. W. P. C. F., 42, 1932-1943 « The kinetics of anaerobic long chain fatty acid degradation »). Les glycérides sont hydrolysés grâce aux lipases produites par les bactéries lipolytiques. Ces lipases séparent les acides gras du glycérol et après phosphorylation, le glycérol rejoint la voie d'Embden-Mayerhof assurant sa transformation en pyruvate lui-mme fermenté en acides gras volatils.

La fraction glucidique des boues est composée essentiellement de polysaccharides végétaux comme la cellulose incrustée ou non de lignine, et des hémicelluloses en quantité moindre (Couplet P., Albagnac G., 1978, Ann. Technol.

Agric., 27,2, 533-564 « La digestion anaérobie : application aux industries agroalimentaires »). On considère généralement que la cellulose représente 25 à 35% de la matière organique des boues primaires des stations d'épuration, les hémicelluloses 10% et la lignine 15% (Chynoweth, Hobson, Op. Cit.).

Les traitements des boues varient avec l'importance de la station d'épuration, la production totale de boues, les possibilités de valorisation et d'évacuation.

En France, 15% des boues résiduelles sont incinérées, 35% mises en décharge et 50% épandues sur les terres agricoles et forestières. La mise en décharge des boues, honnis les déchets ultimes, sera restreinte en 2002 et la valorisation agricole des boues devient de plus en plus aléatoire, suite au refus grandissant des différents acteurs du monde agricole pour l'épandage des boues. La réglementation oblige désormais à prévoir des solutions alternatives pour l'élimination des boues destinées à l'épandage.

On peut citer par exemple l'incinération sur lit fluidisé ou l'oxydation par voie humide ; on constate aussi un essor du séchage thermique, traitement permettant de diminuer sensiblement le volume de boues, ce qui facilite transport et stockage, mais ce type de traitement constitue une charge d'exploitation importante, de l'ordre de 220 à 320 Euros/t MS.

De ce fait, des entreprises comme la présente titulaire, proposent une digestion anaérobie préalable pour réduire le poids des boues à traiter tout en fournissant du biogaz pour alimenter le sécheur.

La digestion anaérobie a pour objectif de stabiliser la matière organique et de réduire la masse de solides organiques et microbienne. Il s'agit d'un processus biologique de conversion de matières organiques complexes en méthane et en dioxyde de carbone sous l'action de plusieurs groupes de bactéries en milieu anaérobie. Ce

processus comprend, d'une part une phase d'hydrolyse-acidification, et d'autre part une phase de méthanisation.

La phase d'hydrolyse-acidification des matières organiques complexes permet de les convertir en des produits de plus petite taille et sous une forme capable de traverser les parois cellulaires des bactéries afin d'tre utilisés comme source d'alimentation ou d'énergie. A ce stade, la matière organique n'est pas stabilisée (Parkin G. F., Owen W. F., 1986, J. Envir. Engng, 112, 867-901"Fundamentals of anaerobic digestion of wastewater sludges"). Cette phase est accomplie par des enzymes hydrolytiques extracellulaires produites par la population bactérienne.

Les complexes organiques hydrolysés sont ensuite fermentés en acides organiques de petite taille tels que les acides propionique, butyrique et valérique (Chynoweth Op. Cit. ). La population bactérienne responsable de cette transformation est composée de microorganismes anaérobies facultatifs et anaérobies stricts.

La phase de méthanisation consiste à stabiliser les boues par conversion en méthane des acides organiques formés. D'autres substrats comme le méthanol peuvent tre utilisés comme source d'énergie par les bactéries méthanogènes, bactéries anaérobies strictes.

L'homme de l'art sait que l'hydrolyse constitue l'étape limitante d'un tel processus (De Baere L., Rozzi A., 1984, Trib. Du Cébed., 484,37, 75-81 "Solubilization of particulate organic matter as the rate-limiting step in anaerobic digestion loading"). L'état de l'art met en évidence la limitation de la dégradation des constituants des boues par ordre d'importance décroissante : cellulose, lipides, lignine, hémicellulose, protéines. Pour cette raison, les deux étapes de la digestion anaérobie ont été dissociées physiquement, afin d'optimiser la phase d'hydrolyse et d'acidification.

Ceci a permis d'obtenir des périodes de démarrage moins longues, un rendement d'hydrolyse des matières organiques plus important, une production plus importante de biogaz et un temps total de réaction réduit de moitié (Ghosh S., 1987, 60th Annual

Conference W. P. C. F., Philadelphia « Two-stage anaerobic sludge digestion with cellulase, cellobiase and lipase treatment »).

Face à l'augmentation de la production de boues prévue pour les prochaines années, une réduction des volumes de boues et une plus grande dégradation des matières organiques doivent tre envisagées.

Parmi les solutions proposées, US-A-6.083. 395 associe les actions thermique et biologique pour solubiliser les matières solides lors de la recirculation vers le bassin biologique, et ce avec l'introduction d'une bactérie thermophile exogène, sélectionnée pour sa capacité à produire de façon extracellulaire une protéase thermostable.

Parmi les voies supplémentaires explorées en traitement de boues, l'une d'entre elles serait de renforcer les procédés existants par ajout d'enzymes exogènes aux boues.

Jusqu'à présent, rares sont les travaux se rapportant à l'action d'enzymes dans des milieux aussi peu définis que sont les boues. Des études ont surtout été envisagées pour des effluents spécifiques ou pour des boues provenant d'industrie dont les substrats sont connus.

On peut cependant rapporter les travaux de Ghosh (Op. Cit. ), qui par traitement des boues mixtes par des cellulases, avant leur entrée en digestion anaérobie, augmente le taux de conversion de la fraction saccharidique dans le réacteur d'acidification et réduit le temps de réaction d'un facteur 5. (Lagerkvist A., Chen H., 1993, Wat. Sci.

Tech., 27,2, 47-56"Control of two step anaerobic degradation of municipal solid waste (MSW) by enzyme addition") rapporte aussi une meilleure dégradation de déchets municipaux solides en ajoutant des enzymes cellulolytiques. L'ajout d'enzymes peut aussi permettre d'optimiser la déshydratation des boues (Thomas L., Jungschaffer G., Sprossler B., 1993, Wat. Sci. Technol., 28, 189-192"Improved sludge dewatering by enzymatic treatment").

Depuis de nombreuses années la technologie enzymatique s'est particulièrement développée dans le secteur agroalimentaire, domaine dans lequel on utilise les enzymes

comme adjuvants technologiques, additifs ou catalyseurs pour améliorer les procédés de fabrication ou donner naissance à de nouveaux produits.

Au contraire et de façon paradoxale, la technologie enzymatique n'a jamais été proposée pour le traitement des effluents ou rejets issus de ces industries, alors que cela représente des solutions concentrées en substrat carboné, contenant, selon les industries, des proportions variables en glucides, matières grasses, matières protéiques. Ceci est d'autant plus paradoxal que ces effluents ou rejets font le plus souvent l'objet d'un traitement biologique y intégrant un procédé de méthanisation afin de satisfaire aux besoins caloriques élevés desdites industries.

Afin de rendre l'hydrolyse des boues plus efficaces en termes de cinétique (temps de réaction) ou de rendement accru de la matière organique, la présente titulaire a eu l'idée d'ajouter au milieu réactionnel, des combinaisons pluri-enzymatiques exogènes, afin d'obtenir des rendements de solubilisation supérieurs à ceux obtenus par d'autres procédés, dans des conditions ménagées de pH et de température. Ce procédé de traitement enzymatique peut alors se substituer aux étapes d'hydrolyse et d'acidification préalables à la méthanisation pour la digestion anaérobie des boues. Le carbone, obtenu lors de la mise en oeuvre de ce procédé de traitement enzymatique, considéré comme facilement assimilable biologiquement, peut aussi avoir d'autres débouchés d'utilisation.

Pendant de longues années, seule l'élimination de la pollution carbonée a été recherchée. Puis, compte tenu de la progression des connaissances sur le sujet, et également de l'impact de la pollution azotée et du phosphore sur le milieu récepteur, il a été demandé de plus en plus aux traiteurs d'eaux de s'intéresser à l'élimination de ces deux formes de pollution.

Ainsi, les procédés biologiques de déphosphatation et de dénitrification tendent à se développer pour répondre aux nouveaux critères de rejet (niveaux NGL. 1 et NGL. 2, niveaux PT1 et PT2).

Lorsqu'il est rejeté sans traitement spécifique dans le milieu naturel, le phosphore devient de plus en plus fréquemment le facteur de déclenchement des phénomènes d'eutrophisation avec une croissance excessive en algues planctoniques et en plantes aquatiques, dont les conséquences néfastes sur les plans économique et environnemental ne sont plus à démontrer. L'expérience montre qu'en dessous d'un certain seuil de concentration en source carbonée facilement assimilable (représentée par la fraction soluble de la Demande Chimique en Oxygène DCO), les réactions biologiques de la déphosphatation sont notablement ralenties. L'efficacité de cette filière est très dépendante de la qualité de l'effluent, obligeant à tester son aptitude à tre soumis à une déphosphatation biologique. D'autre part, elle reste difficilement contrôlable dans le temps (variation de charge au cours des week-end avec une diminution de la concentration en pollution carbonée cumulée à un accroissement de la concentration en orthophosphates probablement consécutif aux lessives). Pour assurer de façon continue les niveaux de rejet, il est nécessaire de réaliser des apports de carbone assimilable, sous forme de dopages en acétate.

Durant les deux dernières décennies, la plupart des rivières et certaines nappes phréatiques ont vu leurs teneurs en nitrates considérablement augmentées. L'origine des nitrates dans les nappes phréatiques est connue ; elle provient essentiellement de l'utilisation massive d'engrais azotés dans la pratique agricole, mais on ne doit pas non plus négliger les rejets des eaux usées et particulièrement les rejets urbains. Ainsi, une agglomération de 50.000 habitants rejette 100 tonnes par an d'azote ammoniacal.

Pour faire face à ce problème, des procédés biologiques de dénitrification ont été développés. Ces procédés se basent sur les potentialités biologiques de certains micro- organismes ou bactéries à réduire les nitrates en azote moléculaire gazeux. Ces bactéries peuvent tre autotrophes, c'est-à-dire utilisant le carbone minéral, mais leur activité est faible. C'est la raison pour laquelle on met généralement en oeuvre des bactéries hétérotrophes, qui oxydent le carbone organique en dioxyde de carbone et en eau, en utilisant l'oxygène des nitrates.

Compte-tenu des directives européennes de plus en en plus sévères sur les teneurs en azote des rejets urbains, se pose la question de l'optimisation des traitements biologiques de dénitrification hétérotrophe.

Les performances de la dénitrification dépendent de plusieurs facteurs, qui par ordre d'influence croissante sont le pH, la température, l'oxygène dissous, la source de substrat carboné, la concentration en carbone organique. C'est la valeur de ce dernier facteur, correspondant à la disponibilité en carbone dans l'eau à traiter et à la quantité d'azote à éliminer, le plus souvent exprimé selon le ratio DBO5/N-NOx, qui conditionne, pour l'homme du métier, le choix du procédé de dénitrification biologique.

La source extérieure de carbone est généralement l'effluent brut lui-mme, ce qui correspond au procédé dit de pré-dénitrification avec zone d'anoxie en tte du bassin d'aération, alimentée en eau brute, en liqueur mixte et en boues recyclées à fort débit, en provenance de la sortie du bassin d'aération et du clarificateur. Ce mode de traitement, bien connu de l'homme de l'art, a pour inconvénient le coût, les débits de recirculation étant souvent 2 à 3 fois supérieurs au débit nominal de la station, et la nécessité de mettre en. place un système de contrôle pour asservir les recirculations afin d'ajuster la quantité de nitrate et de l'adapter aux variations de charge couramment rencontrées en eaux résiduaires urbaines.

Dans certains cas, les quantités de carbone organique assimilable apportées par l'effluent peuvent tre insuffisantes. Tel est le cas des installations d'épuration à boues activées à deux étages, dans lesquelles le deuxième stade de traitement de l'azote suit un premier stade d'élimination de la pollution carbonée (décantation primaire par exemple). Il en est de mme pour certains effluents industriels riches en éléments azotés et pauvres en éléments carbonés ou les liqueurs ammoniacales issues du traitement des boues.

Dans le cas d'un effluent peu chargé en carbone organique ou ayant une forte teneur en azote ammoniacal, l'homme de l'art choisira alors un procédé dit de post- dénitrification, l'obligeant alors à avoir recours à une source de carbone extérieure. Pour

des raisons économiques, et tant qu'aucune autre source de carbone ne sera pas directement disponible sur la station d'épuration, le substrat utilisé sera le méthanol. Ce dernier procédé conduit à des coûts d'exploitation élevés, compensés en partie par la mise en oeuvre de procédés intensifs avec des cinétiques de nitrification élevées et des ouvrages compacts, tout en garantissant facilement la teneur en azote du rejet grâce à la mise en place de systèmes de régulation.

Le substrat carboné influe par sa nature. Le « Mémento Technique de l'Eau » 1989, 9ème édition, publié par Degrémont, donne pour quelques substrats les cinétiques de réduction des nitrates, montrant que l'utilisation du carbone organique contenu dans un effluent urbain conduit à des cinétiques inférieures à celles obtenues avec des produits facilement biodégradables comme l'éthanol ou les acides gras volatils ; il s'avère aussi que le méthanol conduit à des cinétiques de faibles valeurs (deux fois moindre que l'éthanol ou l'acétate, et 1,5 fois moindre que l'eau brute).

De nombreux travaux ont porté sur la recherche d'alternatives au méthanol, notamment en vue de réduire les coûts d'exploitation (Monteith H. D., Bridle T. R., Sutton P. M., 1980, Prog. Wat. Tech., 12,127-141, « Industrial waste carbon sources for biological denitrification » Skrinde J. R., Bhagat S. R., 1982, Journal WPCF, 54,4, 370- 377 « Industrial wastes as carbon sources in biological denitrification ») mais aucune de ces alternatives n'était directement disponible sur le lieu de traitement car issue de sous produits industriels (liqueurs de maïs, d'amidon, lactosérum).

Plus récemment, certains chercheurs ont cherché à utiliser des hydrolysats de boue comme source de carbone, rendant la source disponible directement sur site.

Tous les traitements hydrolytiques proposés à ce jour sont biologiques (Aesoy A., Odegaard H., 1994, Wat. Sci. Tech., 30,6, 63-71"Nitrogen removal efficiency and capacity in biofilms with biologically hydrolysed sludge as a carbon source"), thermiques (Barlindhaug J., Odegaard H., 1996, Wat. Sci. Tech., 33,12, 99-108 "Thermal hydrolysate as a carbon source for denitrification") ou une combinaison physico-chimique (Smith G., Göransson J., 1992, Wat. Sci. Tech., 25,4-5, 211-218

"Generation of an effective internal carbon source for denitrification through thermal hydrolysis of pre-precipitated sludge").

Tous ces procédés ont pour défaut le coût énergétique (des températures supérieures à 150°C sont nécessaires), ou de très faibles rendements de solubilisation (10% pour la voie biologique, 30% pour la voie thermique).

Partant de l'état antérieur de la technique rappelé ci-dessus, la présente invention apporte un procédé de traitement des boues, graisses et autres déchets issus du traitement des eaux usées domestiques et industrielles, qui est caractérisé en ce que les boues, graisses et autres déchets sont soumis à un traitement enzymatique, en l'absence d'aération, se substituant aux étapes d'hydrolyse et d'acidification préalables à la méthanisation pour la digestion des boues, ou encore à l'oxydation biologique intensive des graisses. Ce traitement d'hydrolyse selon l'invention est effectué en présence de combinaisons pluri-enzymatiques de compositions appropriées.

A la grande surprise de la présente titulaire, il s'est avéré que l'emploi de mélanges enzymatiques donnait de meilleurs rendements d'hydrolyse que l'emploi d'enzymes censés tre le plus adapté aux substrats à traiter. Ainsi les rendements d'hydrolyse des matières grasses issues du dégraissage peuvent tre augmentés d'un facteur 1.5 à 2 en utilisant un combinaison pluri-enzymatique contenant au minimum des protéases et des lipases, et non exclusivement une lipase (selon l'état de l'art), les rendements d'hydrolyse des boues primaires sont aussi augmentés de façon significative en utilisant une combinaison pluri-enzymatique contenant au minimum des protéases, lipases et cellulases, et non exclusivement des cellulases (selon l'état de l'art), cette mme combinaison pluri-enzymatique étant employée pour l'hydrolyse de boues biologiques avec des rendements d'hydrolyse supérieurs à ceux obtenus avec l'emploi exclusif de protéases (selon l'état de l'art).

Un autre avantage du procédé objet de l'invention est la maîtrise du degré d'hydrolyse et l'absence d'oxydation du substrat hydrolysé, permettant ainsi de récupérer la matière organique résultant du traitement enzymatique afin de l'utiliser

dans des procédés biologiques nécessitant une source carbonée biodégradable, facilement assimilable.

D'autre part, le procédé objet de l'invention apporte d'autres avantages, notamment : - l'addition de combinaisons pluri-enzymatiques exogènes au milieu permet d'obtenir des rendements de solubilisation supérieurs à ceux obtenus par d'autres procédés dans des conditions par ailleurs comparables (temps de réaction, température...) ; - l'addition de combinaisons pluri-enzymatiques exogènes au milieu permet de réaliser l'hydrolyse de la matière organique selon des conditions ménagées en pH et température, sur une large plage de valeurs, en l'absence d'oxygène, conduisant à une réduction significative des coûts de traitement ; - l'addition de combinaisons pluri-enzymatiques exogènes au milieu permet d'adapter très rapidement le traitement aux variations inhérentes à tout procédé de traitement des boues et des graisses ou rejet liquide concentré (variation de charge, variation de composition, présence d'inhibiteurs...). Ainsi, l'utilisation de combinaisons pluri-enzymatiques exogènes permet de s'affranchir des effets d'à-coups de charge, l'hydrolyse est immédiatement opérationnelle, sans phase d'acclimatation, et ce, dans des conditions-de contrôle largement facilitées par rapport aux procédés biologiques conventionnels.

La présente invention s'applique à tout type de boues, graisses et autres déchets issus du traitement des eaux usées. D'une manière générale, elle concerne la transformation des composés organiques dissous ou en suspension sous forme colloïdale ou particulaire, lesdits composés étant lentement biodégradables et assimilables, en composés facilement biodégradables et assimilables, considérés par l'homme du métier comme de la DCO soluble ou de la DBO « court terme (24 h ou 48 h) ». Ces composés de faible poids moléculaire, facilement utilisables par la flore microbienne sont des sucres, des acides aminés, des acides gras volatils, des alcools, etc....

Grâce à l'invention, les composés organiques contenus dans les boues et les graisses peuvent tre transformés en hydrolysats valorisables pour des procédés d'épuration des eaux usées comme la méthanisation, la dénitrification biologique, la déphosphatation biologique, et tout procédé biologique nécessitant une source de carbone facilement assimilable et disponible sur le site mme de production desdits composés organiques.

Ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus, les enzymes qui entrent dans la composition du mélange d'enzymes utilisé selon l'invention, sont choisis selon la composition des boues, graisses et déchets à traiter, le pH et la température de réaction souhaitée : cependant, tout mélange de base se fera avec des protéases et des lipases, l'une des premières variantes de base consistant à leur adjoindre des cellulases. Les enzymes devront tre utilisés de façon rationnelle à des valeurs de pH et de température pour lesquelles ils déploient une activité suffisante, donc, en règle générale, aux valeurs optimales d'utilisation des enzymes choisis. Les plages de pH et de température optima pour les différents enzymes sont connues et offrent un large domaine d'utilisation.

Ainsi, par exemple, les protéases alcalines présentent un maximum d'efficacité entre pH 8 et 13. L'optimum d'efficacité des protéases neutres se situe à des pH compris entre 6 et 8.5, alors que les protéases acides ont leur maximum d'efficacité à un pH entre 2 et 7.

Selon le procédé objet de l'invention, les autres paramètres seront également adaptés aux conditions usuelles des systèmes d'enzymes utilisés. Ainsi, la température des boues à traiter par les mélanges d'enzymes sera comprise en général entre 15 et 55°C, de préférence entre 25 et 40°C.

Les enzymes utilisés pourront tre d'origine végétale ou microbienne, issus de bactéries, levures ou de champignons, en particulier des espèces Bacillus, Yarrowia, Aspergillus, Penicillium.

On remarquera que, pris dans son ensemble, le procédé selon l'invention se déroule par action ménagée, à des conditions de pH et de températures propres aux

boues à traiter, et, ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus, en l'absence d'aération pour empcher toute oxydation des substrats carbonés obtenus par hydrolyse.

Selon la présente invention, la composition du mélange, contenant initialement des protéases et des lipases, sera adaptée aux caractéristiques biochimiques et physico- chimiques de la boue à traiter, selon les bonnes pratiques enzymatiques connues de l'homme de l'art.

La quantité de protéases et de lipases contenue dans le mélange de base sera ajustée selon les teneurs de protéines animales et végétales et les teneurs de graisses d'origine animale et végétale présentes dans le substrat à hydrolyser.

On pourra aussi bénéficier des récents développements en industrie des détergents en utilisant préférentiellement des lipases résistantes aux protéases.

Pour dégrader les matières cellulosiques tel que le coton ou le papier, on pourra utiliser des préparations enzymatiques contenant les activités cellulase et/ou hémi- cellulase et/ou cellobiase et/ou amylase et/ou phytase et/ou xylanase et optionnellement des activités ligninase, peroxydase, gluco-amylase et ß-glucanase en complément. Le procédé pourra aussi bénéficier du développement des nouvelles enzymes cellulolytiques capables de réduire le coût de la conversion des matières cellulosiques en sucres.

Dans le cas particulier d'effluents chargés en amidon ou en glycogène, on pourra aussi ajouter une activité amylase.

La quantité d'enzymes entrant dans la composition des solutions enzymatiques mises en oeuvre dans le procédé selon l'invention est dosée en fonction de l'activité desdits enzymes. En général, le pourcentage en enzymes du mélange enzymatique sera de 0, 01 à environ 10% en volume.

Afin de réduire les durées de contact ou la quantité d'enzymes à fournir pour hydrolyser les composés organiques, on pourra réaliser un prétraitement approprié, mécanique, physique ou chimique en fonction des caractéristiques des composés organiques à hydrolyser. Ainsi, par exemple l'ajout de chélatants ou de perméabilisants occasionnant l'affaiblissement de la structure des parois cellulaires des microorganismes favorisera la dissolution des matières solides contenues dans les boues biologiques. D'autres « stress » conduisant à une autolyse des microorganismes comme l'élévation de température ou l'injection d'ozone pourront tre appliqués.

Les protéines pourront éventuellement faire l'objet d'une dénaturation acide ou alcaline à température élevée. Les matières solides comme les débris cellulosiques pourront éventuellement faire l'objet d'un broyage.

Afin de réduire le coût des enzymes, les hydrolyses peuvent tre réalisées en mettant en oeuvre des bioréacteurs à membrane pour recycler les enzymes.

L'ultrafiltration est un procédé qui utilise des membranes semi-perméables pour la séparation de macro-molécules en fonction de leur poids moléculaire et de leur configuration. L'utilisation d'une membrane qui possède un seuil de coupure spécifique afin de retenir les enzymes dans le réacteur permet d'éliminer les produits de la réaction qui peuvent tre rétroinhibiteurs. L'ultrafiltration présente aussi un autre avantage : les enzymes étant retenus à l'intérieur du système, la mme quantité d'enzymes peut traiter plusieurs volumes de réacteur. L'utilisation d'une membrane tubulaire de section de passage importante en carter externe ou l'utilisation d'une membrane immergée dans le réacteur semblent tre les meilleurs choix pour éviter les colmatages prématurés. Les membranes choisies seront de préférence minérale ou en polymère organique.

Le procédé objet de l'invention peut mettre en oeuvre tout autre moyen d'immobilisation ou de rétention des enzymes connu par l'homme de l'art (Biotechnologie, 4ème édition, Lavoisier Tec&Doc, Partie hui). On peut citer à titre d'exemple l'immobilisation par adsorption sur support minéral ou organique, ou par inclusion dans des gels organiques.

Des réacteurs à membrane biocatalytique, tels que ceux développés pour l'industrie agro-alimentaire ou l'industrie pharmaceutique, pourront aussi tre adaptés au traitement des effluents.

Sur les figures 2 à 4 des dessins annexés, on a représenté de façon schématique des modes de réalisation de dispositifs mettant en oeuvre la présente invention.

Dans l'exemple de réalisation illustré par la figue 2, un réacteur enzymatique est mis en place sur une filière de traitement classique, pour collecter les boues issues du clarificateur primaire ainsi que les matières lipidiques issues du dégraissage. Ce réacteur est uniquement régulé en pH (7,3 0.2). Son volume a été calculé pour un traitement de 72h, avec l'apport de 1% (v/v) de solution enzymatique.

La solution enzymatique employée est le mélange de base contenant 60% de protéases neutres et alcalines et 40% de lipases résistantes aux protéases.

A la fin du traitement, 75% de la DCO contenue dans le réacteur a été solubilisée en acides gras volatils, petits peptides, acides aminés et sucres liés aux protéines. Le contenu du réacteur est ensuite utilisé comme source de carbone pour la dénitrification des liqueurs ammoniacales issues du traitement des boues.

Dans le mode de réalisation illustré par la figure 3, un réacteur enzymatique est mis en place sur une filière de traitement des boues mixtes (boues primaires + boues biologiques). Ce réacteur est régulé en pH (7,3 0.2) et en température (35 5°C). Son volume est calculé sur un temps de séjour réactionnel de six heures, avec un apport initial de 3% en volume de solution enzymatique. Ce réacteur est du type BRM, avec des membranes d'ultrafiltration immergées pour ne retenir que les macromolécules dont les enzymes, et non les particules solubles qui sont issues de l'hydrolyse.

Le mélange de la solution enzymatique employée est le mélange de base contenant 80% de protéases neutres et alcalines et 20% de lipases résistantes aux protéases, commercialement disponibles.

On extrait, de façon continue, une solution ne contenant que des acides gras volatils, petits peptides et sucres liés aux protéines. Une partie de la solution obtenue est utilisée pour alimenter une post-dénitrification et l'excédent est utilisé afin d'alimenter un réacteur de méthanisation fournissant l'énergie nécessaire au maintien de la température du réacteur enzymatique.

Cet exemple de réalisation selon la figure 3 peut également s'appliquer au traitement d'un effluent issu de l'industrie laitière. Dans ce mode de réalisation, on met également en oeuvre un bioréacteur à membranes, mais la solution enzymatique employée est le mélange de base contenant 10% protéases acides et neutres et 90% de lipases, mélange auquel est ajoutée une activité-galactosidase. Le choix de la composition est adapté à l'effluent industriel et plus particulièrement à la quantité de matières grasses présentes. A la différence de l'exemple de réalisation précédemment décrit, le bioréacteur a été mis localement en boucle courte au niveau du poste produisant le plus de rejets à traiter. La solution issue de l'hydrolyse enzymatique sert à alimenter un méthaniseur.

Dans le mode de réalisation illustré par la figure 4, le réacteur enzymatique est positionné sur la ligne de recirculation des boues biologiques.

Les enzymes entrant dans la composition de la solution enzymatique sont immobilisés sur un support approprié (par exemple la biolite d'une taille permettant sa rétention dans le réacteur à lit fluidisé à l'aide d'une grille). Le réacteur assimilé à un lit fixe subit un écoulement piston.

Le remplissage du réacteur s'effectue selon les étapes d'hydrolyse souhaitées.

Ainsi, les premières couches de supports, selon le sens d'écoulement, sont caractérisées par une activité cellulolytique, les secondes par une activité lipolytique et les troisièmes par une activité protéolytique. Cette répartition des enzymes et l'épaisseur de chaque couche sont définies par l'homme de métier, selon les caractéristiques des boues biologiques à hydrolyser et le degré d'hydrolyse souhaité.

Le diamètre du réacteur est calculé pour garantir un temps de séjour de quelques heures pour une température comprise entre 40 et 50°C. En sortie de réacteur, on mesure une solubilisation de 35% de la DCO totale, avec une réduction significative des Matières Solides. La solution est recirculée en tte du bassin contenant les boues activées au niveau de la zone anaérobie pour fournir le carbone facilement assimilable aux bactéries dénitrifiantes.

On a donné ci-après, à titre non limitatif, un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

EXEMPLE 1-L'hydrolyse d'une boue primaire (40g/1 de matières sèches) est réalisée avec une solution commerciale de cellulase (activité 300 U. I., NOVOZYMES producteur) à 10% v/v, à 50°C et pH 6. Après 48 heures d'hydrolyse, on effectue le dosage des matières volatiles éliminées et la quantité de sucres réducteurs produits (Nota : pour mesurer l'effet des seuls enzymes exogènes, un témoin « boue sans addition d'enzyme » a aussi été effectué, la boue pouvant contenir des enzymes endogènes. La valeur obtenue pour le témoin est ôtée de celle obtenue avec la solution enzymatique).

Dans les conditions ci-dessus, le rendement d'élimination des matières volatiles est de 35%.

2-Sur la mme boue primaire (40 g/1 de matières sèches) on réalise l'hydrolyse avec une solution commerciale de cellulase (activité 300 U. I., NOVOZYMES producteur) à 3% v/v, pendant 24 heures, à une température de 50°C et à pH 6. La quantité d'enzyme et la durée de la réaction ayant été réduites par rapport à l'essai 1, le rendement d'hydrolyse est, logiquement, limité à 14%. Sur l'effluent de ce traitement à la cellulase, on ajoute 3% v/v d'une solution de protéase commerciale (activité 10 000 U. I., NOVOZYMES producteur) et on maintient pendant 24 heures à une température de 50°C et à pH 6. On constate alors une nouvelle élimination de matières volatiles, de

11%, résultant de l'hydrolyse partielle de la fraction protéique de la boue primaire. Le traitement élimine donc, dans ces conditions, un total de 25% des matières volatiles initialement présentes.

3-Sur l'effluent du traitement par la cellulase, décrit à l'essai 2, on ajoute 3% v/v d'une solution de protéase + lipase, commerciale (50% de chaque enzyme, (activité 10 000 U. I., lipase résistante à la protéase, NOVOZYMES producteur), et on maintient pendant 24 heures à une température de 50°C et à pH 6. On constate alors une nouvelle élimination de matières volatiles, avec un rendement mesuré de 20%, ce qui conduit à un rendement global de 34%, tout à fait comparable à celui du premier essai, mais en mettant en jeu une quantité d'enzymes bien inférieure.

4-L'effluent du traitement par la cellulase, décrit à l'essai 2, est transféré dans un bioréacteur à membranes (BRM), on y ajoute 3% v/v d'une solution de protéase + lipase, commerciale (50% de chaque enzyme, activité 10 000 U. I., lipase résistante à la protéase, NOVOZYMES producteur), et on maintient pendant 24 heures à une température de 50°C et à pH 6. Conséquence de la diffusion des produits de la réaction au travers de la membrane du BRM, les effets de rétro-inhibition sont minimisés et le rendement d'hydrolyse dans cette étape, s'élève à 42%, soit un rendement total des deux étapes, cellulase + protéase-lipase, de 56%.

Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés ci-dessus, mais qu'elle en englobe toutes les variantes.