BENMOUSSA, Mostafa (Résidence "La Rabine", 33 rue Philippe Lebon, Vannes, F-56000, FR)
| REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de déchets comprenant des matières organiques et des matières inorganiques, dans lequel on sépare (3) lesdits déchets en une fraction majoritairement organique et en une fraction majoritairement inorganique, puis on soumet ladite fraction majoritairement organique à un traitement biologique (10, 11 ; 13), ce procédé étant caractérisé en ce qu'on soumet ladite fraction majoritairement inorganique à un traitement physico-chimique alcalin (4), de manière à obtenir un mélange stabilisé comprenant une fraction organo-basique, et en ce qu'on mélange (8) cette fraction organo-basique à ladite fraction majoritairement organique en amont dudit traitement biologique. 2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit traitement biologique est essentiellement anaérobie. 3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit traitement biologique est essentiellement aérobie. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit traitement biologique comprend des étapes d'affinage (9), de fermentation (10), de maturation (11 ) et de criblage (12). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on effectue ledit mélange (8) juste avant ladite étape d'affinage (9). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on effectue ladite fermentation (10) en tunnel d'aération forcée. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que qu'on ajoute un composé co-structurant à base de déchets verts audit mélange. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on effectue ladite séparation par criblage (3). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on crible ledit mélange stabilisé et en ce qu'on envoie le refus en valorisation (6) ou en décharge (7). 10. Procédé selon l'une quelconque des précédentes, caractérisé en ce qu'on soumet lesdits déchets à une trituration mécanique préalablement (2) à ladite séparation (3). 11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on soumet lesdits déchets à une pré-fermentation postérieurement à ladite trituration et préalablement à ladite séparation (3). 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise, pour ledit traitement physico-chimique alcalin (4), des composés choisis dans le groupe comprenant la chaux vive et la potasse, complétés éventuellement de catalyseurs. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits déchets comprennent, seuls ou en combinaison, des éléments choisis dans le groupe comprenant les ordures ménagères, les déchets agro-alimentaires, les effluents d'élevage, les boues et graisses de stations d'épuration et les déchets verts. |
La présente invention se rapporte à un procédé de traitement de déchets comprenant des matières organiques et des matières inorganiques.
On trouve de nombreux procédés de ce type dans l'état de la technique, et parmi eux des procédés dans lesquels, après avoir séparé les matières organiques des matières inorganiques, on fait subir un traitement biologique à ces matières organiques. Par traitement biologique, on entend un traitement faisant intervenir des micro-organismes (bactéries, champignons, levures...) dont les différentes populations permettent peu à peu de décomposer, c'est-à-dire de réduire en éléments de plus en plus simples, les cellules et les molécules constitutives de ces matières organiques. Un type de traitement biologique fréquemment mis en œuvre est le compostage, consistant en une décomposition des matières organiques opérée par des bactéries aérobies. Le produit issu de ce type de traitement est régi notamment par la norme NFU 44051.
Un autre type de traitement biologique mis en œuvre est la méthanisation, consistant en une décomposition des matières organiques opérée par des bactéries anaérobies.
Dans un cas comme dans l'autre, ces traitements biologiques provoquent l'émission de gaz nauséabonds, et/ou contribuant au réchauffement climatique (effet de serre) et/ou susceptibles de provoquer des pluies acides et de contribuer à l'eutrophisation des eaux, tels que les composés organiques volatiles (COV), les acides gras volatiles (AGV), les molécules d'hydrogène sulfuré (H 2 S), et les molécules d'ammoniac (NH 3 ).
La présente invention a ainsi notamment pour but de réduire, voire de supprimer ces émissions gazeuses apparaissant lors de ces processus biologiques.
La présente invention a également pour but de rendre l'action des bactéries plus efficace, de manière à améliorer les procédés de compostage et de méthanisation.
On atteint ce but de l'invention avec un procédé de traitement de déchets comprenant des matières organiques et des matières inorganiques, dans lequel on sépare lesdits déchets en une fraction majoritairement organique et en une fraction majoritairement inorganique, puis on soumet ladite fraction majoritairement organique à un traitement biologique, ce procédé étant remarquable en ce qu'on soumet ladite fraction majoritairement inorganique à un traitement physico-chimique alcalin, de manière à obtenir un mélange stabilisé comprenant une fraction organo-basique, et en ce qu'on mélange cette fraction organo-basique à ladite fraction majoritairement organique en amont dudit traitement biologique.
Cette injection de la fraction organo-basique en amont du processus de traitement biologique permet de chauffer le mélange dans une plage de températures favorisant l'activité de certaines bactéries, comme cela sera expliqué plus loin.
De plus, cette fraction organo-basique permet de relever le pH du mélange, c'est-à-dire d'en réduire l'acidité, ce qui d'une part crée des conditions favorables au développement des diverses populations de bactéries, et d'autre part limite les émissions de certains gaz tels que les acides gras volatils.
Cette fraction organo-basique transforme en outre diverses molécules responsables d'émissions gazeuses indésirables en molécules qui peuvent être piégées ou orientées vers des dispositifs de traitement appropriés, comme cela sera décrit plus loin.
Suivant d'autres caractéristiques optionnelles de la présente invention :
- ledit traitement biologique est essentiellement anaérobie : il s'agit dans ce cas d'une méthanisation, comme rappelé dans le préambule de la présente description ;
- ledit traitement biologique est essentiellement aérobie : il s'agit dans ce cas d'un traitement de compostage, comme rappelé dans le préambule de la présente description ;
- ledit traitement biologique comprend (dans l'ordre ou dans le désordre) des étapes d'affinage, de fermentation, de maturation et de criblage : ces différentes étapes permettent une action optimale des bactéries, ainsi que l'obtention de la granulométrie souhaitée ;
- on effectue ledit mélange juste avant ladite étape d'affinage : ceci permet d'améliorer la siccité de la fraction majoritairement organique, et ainsi de faciliter son affinage (c'est-à-dire l'enlèvement des résidus inorganiques tels que les morceaux de verre) par des moyens classiques tels que le tri densimétrique et le criblage sur toile ;
- on effectue ladite fermentation en tunnel d'aération forcée : un tel tunnel permet, dans le cas d'une décomposition aérobie, d'assurer une oxygénation optimale du mélange, et ainsi une activité optimale des bactéries ;
- on ajoute un composé co-structurant à base de déchets verts audit mélange : un tel composé permet d'équilibrer le rapport de poids carbone/azote de ce mélange, lequel doit être compris typiquement entre 20 et 30 pour obtenir une activité optimale des bactéries ;
- on effectue ladite séparation par criblage ;
- on crible ledit mélange stabilisé et on envoie le refus en valorisation (matière ou énergétique) ou en décharge : ce criblage, qui permet d'extraire les inertes, c'est-à-dire les résidus inorganiques du mélange stabilisé, est facilité du fait qu'il est opéré postérieurement à la réaction du produit alcalin avec la fraction majoritairement inorganique des déchets, comme cela est enseigné dans la demande de brevet FR2869312 au nom de VALOROM ;
- on soumet lesdits déchets à une trituration mécanique préalablement à ladite séparation : cette trituration préalable facilite les étapes ultérieures de décomposition par les bactéries ;
- on soumet lesdits déchets à une pré-fermentation postérieurement à ladite trituration et préalablement à ladite séparation : cette préfermentation fragilise la fraction organique des déchets, et prépare ainsi le terrain pour l'étape ultérieure de séparation mécanique ;
- on utilise, pour ledit traitement physico-chimique alcalin, des composés choisis dans le groupe comprenant la chaux vive et la potasse, éventuellement complétés de catalyseurs : ces composés se trouvent couramment sur le marché à des prix raisonnables ; - lesdits déchets comprennent, seuls ou en combinaison, des éléments choisis dans le groupe comprenant les ordures ménagères, les déchets agro-alimentaires, les effluents d'élevage, les boues et graisses de stations d'épuration et les déchets verts. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, et à l'examen des figures ci-annexées dans lesquelles : - la figure 1 représente de manière schématique les différentes étapes du procédé selon l'invention et,
- la figure 2 représente de manière schématique un tunnel de fermentation avec un type d'aération pouvant être utilisé dans ce procédé.
En se reportant à présent à la figure 1 , on peut voir que la première étape 1 du procédé selon l'invention consiste en la réception de déchets à traiter, cette réception pouvant être effectuée par exemple dans une fosse ou dans une trémie. Les déchets à traiter, qui peuvent comprendre par exemple des ordures ménagères, des déchets agroalimentaires, des effluents d'élevage, des boues et graisses de stations d'épuration ou encore des déchets verts, comprennent des matières organiques ainsi que des matières inorganiques.
Ces déchets peuvent arriver dans la fosse ou dans la trémie à l'intérieur de sacs.
Dans une deuxième étape 2 de préparation, on soumet les déchets ainsi réceptionnés à une trituration mécanique, éventuellement complétée d'une étape de pré-fermentation.
Dans le cas d'une telle étape complémentaire, on humidifie les déchets, par addition d'eau ou d'un déchet liquide (boues, lisiers), en fonction de la siccité des déchets, puis on oriente ces déchets vers des zones de préfermentation.
Ces zones peuvent comprendre des tunnels de fermentation tels que représentés à la figure 2 ci-jointe. Un tel tunnel peut comprendre typiquement un fond mouvant M perméable à l'air (formé par exemple par un assemblage de barres en acier perforées, disposées transversalement à la direction d'avancement du fond mouvant) se déplaçant selon une direction D, et un système d'injection d'air à double flux, comprenant des buses V d'injection d'air selon la direction verticale, et des buses H d'injection d'air selon la direction horizontale.
Un tel système permet le croisement de ces flux et assure ainsi une répartition homogène de l'air au sein de la masse de déchets à traiter.
Cette répartition homogène favorise la prolifération des bactéries et des champignons permettant d'obtenir la pré-fermentation, c'est-à-dire la fragilisation de la matière organique contenue dans les déchets. A l'étape 3, on procède à une séparation mécanique des fractions majoritairement organique et inorganique des déchets.
Pour ce faire, on utilise un moyen de criblage classique tel qu'un trommel rotatif avec un maillage de 15 mm. Le passant de ce criblage, c'est-à-dire la fraction de granulométrie inférieure à 15 mm, est constitué de la fraction majoritairement organique des déchets.
Le refus de ce criblage, c'est-à-dire la fraction de granulométrie supérieure à 15 mm, est constitué de la fraction majoritairement inorganique des déchets. On fait subir à cette fraction majoritairement inorganique un traitement physico-chimique alcalin, à l'étape 4.
Ce traitement physico-chimique alcalin peut consister à mélanger la chaux vive (CaO) aux déchets, comme cela est enseigné par exemple par la demande de brevet FR2869312 au nom de VALOROM. Une autre solution possible consiste à mélanger de la potasse (KOH) avec les déchets.
On peut prévoir d'adjoindre, à ces hydroxydes alcalins, des catalyseurs de réaction connus de l'homme du métier.
Un tel traitement physico-chimique alcalin permet de créer un environnement ultra basique (pH > 11 ), hostile à toute forme de vie et permettant d'arrêter toutes les fermentations.
L'arrêt de ces fermentations permet de stopper toutes les émissions de gaz nauséabonds et/ou à effet de serre et/ou susceptible de provoquer des pluies acides (CO 2 , CH 4 , H 2 S, NH 3 ...). De préférence, la réaction chimique de la chaux vive sur la fraction majoritairement inorganique de déchets se déroule à l'intérieur de tunnels de stabilisation, constitués par les couloirs en béton équipés de fonds mouvants et équipés de moyens de confinement de la chaleur dégagée par la réaction exothermique, ainsi que les différents gaz émis lors de cette réaction. Ces gaz sont ensuite orientés vers un laveur d'air puis vers un système de traitement de l'air par biofiltre.
Pour obtenir une action efficace du couple température/pH du mélange de la chaux vive avec la fraction majoritairement inorganique des déchets, il faut typiquement envisager un temps de séjour d'au moins 2 heures à l'intérieur du tunnel de stabilisation. Typiquement, les tunnels de stabilisation peuvent être dimensionnés de manière à permettre le traitement alcalin d'une journée de fraction inorganique des déchets.
A l'issue de ce traitement physico-chimique alcalin de la fraction majoritairement inorganique des déchets, on obtient un mélange stabilisé comprenant une fraction organo-basique et des inertes.
A l'étape 5, on procède à un criblage de ce mélange stabilisé, un tel criblage pouvant être réalisé au moyen d'un trommel rotatif équipé d'une maille de 15 mm. Le refus de ce criblage, c'est-à-dire la fraction de granulométrie supérieure à 15 mm, est composé des inertes du mélange susmentionné.
Ces inertes sont soumis à un tri manuel ou automatique par des machines qui existent dans le commerce (séparateur aéraulique, overband, courant de Foucault, séparateur optique ... ). Ce tri permet de séparer les éléments valorisables (étape 6 : métaux, flaconnages, films et sacs plastiques, ....), d'éléments non valorisables.
Les inertes hygiénisés non valorisables dans les filières matières qui se trouvent déshydratés et stabilisés, sont orientés, selon leurs caractéristiques, vers des centres d'enfouissement ou des unités de valorisation énergétique(étape 7).
Le passant du criblage de l'étape 5, c'est-à-dire la fraction de granulométrie inférieure à 15 mm, est composé de la fraction organo-basique du mélange susmentionné.
Ce passant est mélangé à l'étape 8 avec la fraction majoritairement organique des déchets constituant le passant du criblage de l'étape 3.
Comme cela résulte des explications qui précèdent, le mélange réalisé à l'étape 8 porte sur les passants des étapes 3 et 5, c'est-à-dire sur des matériaux présentant la même granulométrie.
Cette identité de granulométrie facilite l'intimité du mélange entre d'une part la fraction majoritairement organique des déchets et provenant de l'étape 3, et d'autre part la fraction organo-basique provenant de l'étape 5.
Ce mélange peut être effectué par tous moyens classiques tels que des vis sans fin ou des systèmes de tambours mélangeurs.
Ce mélange de la fraction majoritairement organique des déchets avec un produit organo-basique déshydraté, permet d'augmenter la siccité du mélange. Cette déshydratation de la fraction majoritairement organique des déchets facilite l'étape d'affinage 9, consistant essentiellement en un tri densimétrique permettant de récupérer des morceaux de matière inorganique telle que le verre, complété par un cyclonage, permettant de récupérer notamment les plastiques légers.
Le refus de cette opération d'affinage est réinjecté à l'étape 4.
A noter qu'à la fin de cette opération d'affinage, on peut en profiter pour faire un apport de composés co-structurants (tels que des déchets verts broyés), selon des proportions bien définies permettant d'équilibrer le rapport carbone/azote.
On sait en effet qu'il faut que ce rapport soit compris entre 20 et 30 pour permettre une action optimale des bactéries.
On dirige ensuite le mélange ainsi obtenu vers des tunnels de fermentation à l'étape 10, ces tunnels étant analogues à ceux mentionnés pour l'étape 2 (voir figure 2).
Ces tunnels sont équipés de système d'extraction des gaz émanant de la fermentation.
Pendant cette étape de fermentation, la chaleur résiduelle résultant de la transformation de la chaux vive (CaO) en chaux éteinte (Ca(OH) 2 ) dégage de la chaleur permettant de favoriser l'installation et l'activité des bactéries mésophiles dont la température de développement optimal est comprise ente
30 et 45° : ceci permet d'accélérer le démarrage du compostage.
Ces bactéries mésophiles dégradent les composés simples (sucres, protéines, hémicellulose,...) en produits minéraux (CO 2 , H 2 O, NO3,...). Pendant l'activité de ces bactéries mésophiles, le pH du mélange a tendance à baisser, du fait de la libération par les bactéries de CO 2 et d'acides gras volatils.
Cette acidification du mélange, néfaste pour l'activité des bactéries, est empêchée par la présence des hydroxydes alcalins (par exemple chaux éteinte Ca(OH) 2 ), fortement basiques.
On comprend donc que le mélange avec la fraction organo-basique résultant du criblage de l'étape 5 permet de la sorte d'améliorer l'activité des bactéries, et ainsi le rendement global de l'étape de fermentation.
Ce relèvement du pH permet également de limiter les émissions d'acides gras volatils, et les odeurs nauséabondes associées. La fraction organo-basique peut aussi réagir avec les sels d'ammonium pour former de l'ammoniaque, laquelle est extraite par le système d'aspiration couplé aux tunnels d'aération et relié à des installations de traitement de l'air.
On peut donc éviter que cette émission d'ammoniaque se déroule directement dans l'atmosphère, provoquant ainsi le dégagement d'odeurs nauséabondes et contribuant d'une manière significative à la pollution de l'air et des eaux de surface.
On notera également que l'oxyde alcalin (par exemple la chaux vive) et l'hydroxyde alcalin (par exemple la chaux éteinte) contenus dans la fraction organo-basique peuvent réagir avec l'hydrogène sulfuré (H 2 S), conduisant à la formation de sels de calcium (CaS) plus stables et non volatils : on évite de la sorte l'émission d'hydrogène sulfurée nauséabonde et participant au phénomène des pluies acides.
La phase de maturation 11 consiste à répartir le compost issu de l'étape 10 en andains, à l'extérieur : cette dernière phase de maturation permet de finaliser les différentes réactions de fermentation.
Les seuls composés organiques qui demeurent à l'issue de cette étape sont ceux qui sont difficilement décomposables, tels que les molécules de cellulose. Les produits pulvérulents ainsi obtenus sont ensuite affinés à l'étape 12, de manière à obtenir la granulométrie souhaitée : on obtient de la sorte un compost stabilisé au sens de la norme NFU 44 051.
On notera que, grâce au procédé selon l'invention, l'étape de fermentation 10 peut être ramenée de quatre semaines à deux semaines, ce qui permet d'augmenter le rendement des installations de traitement des déchets.
On notera également que, si on laisse sécher pendant une durée suffisante le composé issu de l'affinage de l'étape 12, on peut obtenir un produit combustible biomasse, destiné à des fins de valorisation énergétique (production de chaleur par exemple).
Comme on peut le comprendre à la lumière de la description qui précède, le mélange de la fraction organo-basique (en général organo- calcique) avec la fraction majoritairement organique des déchets permet d'une part de favoriser l'activité des bactéries qui interviennent dans la décomposition des matières organiques, et d'autre part de limiter les émissions de gaz nauséabonds et/ou contribuant à l'effet de serre et/ou susceptibles de provoquer des pluies acides.
A noter également que la neutralisation de l'acidité procurée par la fraction organo-basique permet de réduire la corrosion des parties métalliques en contact avec le mélange et d'augmenter ainsi la durée de vie des installations de traitement de déchets.
Dans ce qui précède, on a parlé de compostage, c'est-à-dire de processus de décomposition des matières organiques faisant intervenir des bactéries aérobies, c'est-à-dire opérant en présence d'oxygène. Ceci étant, on peut tout à fait envisager de remplacer les étapes 10 et 11 par un processus de méthanisation 13, au cours duquel interviennent des bactéries anaérobies, c'est-à-dire opérant en absence d'oxygène.
Comme cela est connu en soi, un tel processus de méthanisation conduit à la formation d'un biogaz riche en méthane qui constitue une source d'énergie renouvelable.
Comme dans le cas du compostage, l'ajout de la fraction organo-basique permet de relever le pH à de valeurs propices au développement des bactéries anaérobies : ceci permet de s'affranchir de l'ajout de soude ou de bicarbonate de sodium, classiquement effectué à cette fin. Comme dans le cas du compostage, la fraction organo-basique permet, de par sa forte basicité, de neutraliser les acides gras volatils.
Comme précédemment également, l'hydroxyde alcalin (chaux vive) réagit avec l'hydrogène sulfuré et le neutralise, ce qui permet d'éviter les énormes problèmes de corrosion classiquement provoqués par ce gaz sur l'acier des installations de méthanisation.
Comme dans le cas du compostage également, l'élévation de température provoquée par l'hydratation de l'oxyde alcalin (passage de la chaux vive à la chaux éteinte) permet de favoriser le développement des bactéries anaérobies mésophiles. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, fourni à titre de simple exemple.