PROCEDE ET INSTALLATION DE TRAITEMENT DE DECHETS ET DE

PRODUCTION DE METHANE

La présente invention concerne, de façon générale, le domaine du traitement et de la valorisation de déchets.

Plus précisément, l'invention concerne, selon un premier de ses aspects, un procédé de traitement de déchets et de production de méthane. Ce procédé comprend une opération initiale de remplissage d'au moins une enceinte avec lesdits déchets, et une opération de dégradation anaérobie des déchets dans au moins une enceinte remplie, au cours de laquelle du méthane est produit.

Un tel procédé est notamment connu par l'exemple qu'en donne le document FR 2 812 570. Le procédé décrit dans le document FR 2 812 570 comprend plusieurs étapes dont notamment une préparation des déchets par broyage, l'enfouissement des déchets dans une cellule anaérobie, le contrôle de l'humidité et de la température. La cellule est ensuite réutilisée après réouverture et les déchets subissent un post-traitement afin d'être valorisés. Un seul type de réacteur, ici la cellule anaérobie, est utilisé. Ce procédé ne permet de traiter que des déchets de qualité similaire, ici les ordures ménagères et les déchets industriels banals. On connaît le stockage de déchets tel qu'en centre de stockage. Le stockage accepte tous les déchets tels qu'ils sont, dans un grand volume dans lequel leur dégradation se fait naturellement. Toutefois, ce mode de traitement de déchets présente l'inconvénient d'être long dans le temps, en général au moins d'une durée de trente ans.

On connaît aussi des procédés de méthanisation de déchets, dans lesquels la dégradation des déchets est activée, notamment par l'apport de micro-organismes, afin qu'elle se fasse plus rapidement que dans un centre de stockage. Mais ce

mode de traitement de déchets ne permet pas de traiter tous les déchets.

Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un procédé exempt de l'une au moins des limitations précédemment évoquées, et notamment un procédé permettant une production de méthane plus efficace.

A cette fin, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que : - lors de l'opération initiale de remplissage, au moins une grande enceinte et au moins une petite enceinte sont remplies respectivement de déchets faiblement organiques et de déchets fortement organiques, une grande enceinte présentant une contenance de volume au moins vingt-cinq (25) fois supérieur au volume de contenance d'une petite enceinte,

- les déchets faiblement organiques, tels que des ordures ménagères et/ou des déchets industriels banals, présentent une charge organique plus faible que les déchets fortement organiques, qui sont dégradables en moins de trois ans, lesdits déchets fortement organiques étant de préférence solides, et comprenant par exemple l'un au moins des déchets choisis parmi les boues de station d'épuration des eaux résiduaires urbaines, une fraction fermentescible d'ordures ménagères, des résidus organiques de traitements de déchets, des déchets alimentaires, des déchets de jardin, des résidus de l'industrie agroalimentaire, et des résidus de l'agronomie, et pendant l'opération de dégradation, une fraction liquide générée dans au moins une grande enceinte est introduite dans au moins une petite enceinte.

L'invention permet de dégrader de façon accélérée la matière organique de déchets, tout en produisant du méthane afin de le valoriser en énergie. Pour cela, l'invention s'appuie sur une synergie entre des bioréacteurs contenant différentes qualités de déchets.

On entend par bioréacteur une enceinte dédiée à la dégradation de déchets.

On entend par dégradation de déchets une décomposition de la matière organique qu'ils contiennent, due à une action biologique notamment de micro-organismes, d'enzymes, et/ou de champignons. Selon la définition de l'invention, des termes équivalents au terme « dégradation » peuvent être « digestion » ou « fermentation » ou « biodégradation ».

Un déchet dégradé, dans la présente invention, s'entend d'un déchet dont au moins 60% du potentiel biogaz initial ont été obtenus, c'est-à-dire d'un déchet qui a produit 60% du biogaz pouvant être obtenu en conditions optimales de laboratoire, ou s'entend d'un déchet dont au moins 60% du carbone solubilisable initial ont été obtenus, c'est-à-dire d'un déchet qui a perdu au moins 60% du carbone pouvant être perdu en conditions optimales de laboratoire.

Dans l'invention, la dégradation des déchets a lieu en l'absence d'oxygène. C'est donc une dégradation anaérobie.

Le procédé de l'invention permet notamment d'être plus flexible qu'un procédé simple de méthanisation hors sol et plus rapide qu'un procédé de stockage classique.

Le procédé de l'invention présente l'avantage d'obtenir l'accélération de la dégradation des déchets et par conséquent l'accélération de la production de biogaz, et donc de méthane valorisable.

Selon une version préférentielle de l'invention, une fraction liquide générée dans au moins une petite enceinte est introduite dans au moins une grande enceinte.

De manière avantageuse, l'opération initiale de remplissage n'est précédée d'aucun traitement mécanique des déchets .

Classiquement, certaines enceintes sont réutilisables, ou autrement dit réversibles, c'est-à-dire que, dans ces enceintes, une excavation des déchets a lieu, ce qui permet de les réutiliser pour y dégrader de nouveaux déchets.

Les durées de traitement dans ces enceintes réversibles dépendent de la qualité du déchet entrant, qui dans l' invention est choisi tel que sa dégradation dans une petite enceinte selon l' invention ne dépasse pas une durée de trois ans .

D' autres enceintes sont dites « irréversibles » ou « fixes ». Une fois de telles enceintes remplies de déchets, elles ne sont pas ré-ouvertes pour en extraire les déchets dégradés . Dans l' invention, de préférence, au moins une grande enceinte est irréversible alors qu' au moins une petite enceinte est réversible.

Une grande ence inte e st par exemple un cas ier d' installation de stockage de déchets, et plus particulièrement un casier d' installation de stockage de déchets non dangereux (ISDND) .

Ainsi , l ' invention propose un couplage entre une enceinte, telle qu'une cuve de réacteur de méthanisation, et un casier d' ISDND, ce couplage permettant notamment de traiter des déchets qui ne pourraient pas l'être directement dans une cuve de méthanisation classique.

Le procédé selon l' invention peut comprendre en outre une opération finale d'excavation des déchets dégradés d'au moins une petite enceinte. Cette excavation des déchets permet éventuellement de mettre en place une ou plusieurs opérations de valorisation de la matière correspondant aux déchets dégradés, telles que l'utilisation comme combustible solide de substitution, une valorisation agronomique, ou un recyclage, et permet également de s' inscrire dans une politique de développement durable en réutilisant l'enceinte pour le traitement de nouveaux déchets.

Un des buts de l' invention est d' augmenter la teneur en eau des déchets et de les ensemencer, afin d'optimiser leur dégradation .

Dans ce but, les enceintes peuvent être ensemencées par des fractions liquides, ou lixiviats, qu'elles génèrent, et/ou par les fractions liquides provenant d'au moins une autre enceinte . En complément de ces ensemencements par le biais des fractions liquides, le procédé de l'invention peut comprendre, de préférence pendant l'opération initiale de remplissage, une opération d'ensemencement consistant à introduire, dans au moins une petite enceinte et/ou au moins une grande enceinte, des micro-organismes, des champignons, et/ou des enzymes, afin qu'ils participent à la dégradation des déchets.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, au moins une enceinte en milieu liquide est remplie, de manière continue ou discontinue, de déchets fortement organiques liquides, tels que des effluents liquides industriels issus de 1 ' agroal iment aire , lesdits déchets liquides subissant, dans au moins une enceinte en milieu liquide, l'opération de dégradation anaérobie, une grande enceinte présentant une contenance de volume au moins 25 fois supérieur au volume de contenance d'une enceinte en milieu liquide ; et la fraction liquide générée dans au moins une grande enceinte et/ou la fraction liquide générée dans au moins une petite enceinte est introduite dans au moins une enceinte en milieu liquide. De manière avantageuse, une fraction liquide générée dans au moins une enceinte en milieu liquide par l'opération de dégradation anaérobie est introduite dans au moins une grande enceinte et/ou dans au moins une petite enceinte.

Une enceinte en milieu liquide selon l'invention est de préférence hors sol.

Dans l'invention, les enceintes sont étanches. Notamment, l'oxygène n'y pénètre pas.

Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une opération de prétraitement consistant à ce qu'au moins une des fractions liquides générées respectivement dans au moins une

grande enceinte, dans au moins une petite enceinte, et dans au moins une enceinte en milieu liquide, soit traitée avant d'être introduite dans l'une quelconque de ces enceintes, notamment par traitement thermique, par nitrification, par ajout de tampon, par ajout de micro-organismes, par ajout d'enzymes, et/ou par ajout de champignons.

L'invention concerne, selon un second de ses aspects, une installation pour le traitement de déchets et la production de méthane, adaptée à la mise en œuvre du procédé selon l'invention. Cette installation comprend :

- au moins une grande enceinte adaptée à recevoir des déchets faiblement organiques, telle qu'un casier d' installation de stockage de déchets non dangereux, et au moins une petite enceinte adaptée à recevoir des déchets fortement organiques, une grande enceinte présentant une contenance de volume au moins 25 fois supérieur au volume de contenance d'une petite enceinte, et lesdits déchets faiblement organiques présentant une charge organique plus faible que les déchets fortement organiques qui sont dégradables en moins de trois ans,

- des moyens d'introduction d'une fraction liquide issue d' au moins une grande enceinte dans au moins une petite enceinte, et de préférence aussi

- des moyens d'introduction d'une fraction liquide issue d'au moins une petite enceinte dans au moins une grande enceinte .

Selon un mode particulier de l'invention, au moins une petite enceinte est adaptée à recevoir des déchets fortement organiques solides, et l'installation comprend en outre : - au moins une enceinte en milieu liquide adaptée à recevoir des déchets fortement organiques liquides, une grande enceinte présentant une contenance de volume au moins 25 fois supérieur au volume de contenance d'une enceinte en milieu liquide, et

- des moyens d'introduction d'une fraction liquide issue d'au moins une grande enceinte et/ou d'une fraction liquide issue d'au moins une petite enceinte dans au moins une enceinte en milieu liquide. De manière avantageuse, l'installation selon l'invention comprend en outre des moyens d'introduction d'une fraction liquide d'au moins une enceinte en milieu liquide vers au moins une grande enceinte et/ou vers au moins une petite enceinte . D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description détaillée qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence à la figure 1 annexée représentant schématiquement une installation selon l'invention, mettant en œuvre le procédé selon l'invention.

L'installation représentée à la figure 1 a subi une opération initiale de remplissage de plusieurs enceintes 1, 2, 3 avec des déchets n'ayant pas subi au préalable de traitement mécanique . En effet, contrairement aux procédés classiques connus, dans l'invention, les déchets peuvent être directement mis en place avec une éventuelle sélection au préalable qui se fait uniquement sur l'origine des déchets, mais sans traitement mécanique . Le remplissage est accompagné ou non d'un ensemencement.

On entend par ensemencement un apport de micro-organismes et/ou autres molécules ou organismes capables d'accélérer la dégradation des déchets.

Une caractérisât ion des déchets peut être réalisée également pendant cette opération de remplissage. On peut notamment mettre en place une identification de la nature des déchets, un relevé du taux d'humidité et/ou du taux de matières volatiles, et/ou une évaluation du potentiel de production de méthane. Par exemple, les déchets incluent des déchets verts, des fruits, des légumes, de la viande, du bois

o tel que des palettes, du plastique, du papier, du carton, des boues, et/ou des textiles.

Une fois les enceintes 1, 2, 3 remplies, les déchets y subissent une dégradation en conditions anaérobies, soit sans oxygène, et à une température de préférence comprise entre 30 et 60 ⁰ C, et tout préférentiellement à une température de 35°C.

La vitesse de dégradation des déchets est augmentée au moyen de l'injection des fractions liquides provenant des trois types 1, 2, 3 d'enceinte. Une optimisation de la production de méthane est ainsi obtenue.

Dans la figure 1, l'installation inclut une grande enceinte 1, une petite enceinte 2, et une enceinte 3 en milieu liquide .

La grande enceinte 1 est une installation permanente comme une ISDND de type bioréacteur. Elle est placée dans le sol .

La petite enceinte 2, hors-sol, est une cuve de méthanisation, aussi appelée un digesteur. Selon l'invention, une petite enceinte peut autrement être une cellule étanche dans le sol.

L'enceinte 3 en milieu liquide est une cuve de réaction hors-sol .

La grande enceinte 1 présente une contenance de volume au moins 25 fois supérieur au volume de contenance de la petite enceinte 2, ainsi qu'au volume de contenance de l'enceinte 3 en milieu liquide.

Par exemple, la petite enceinte 2 et/ou l'enceinte 3 en milieu liquide présentent une contenance de volume compris entre 500 et 3000 mètres cube (m ³ ) , de préférence entre 1000 et 2000 m ³ .

La grande enceinte 1 présente par exemple une contenance de volume compris entre 80000 m ³ et 4000000 m ³ .

Le procédé et l'installation selon l'invention permettent de traiter des déchets d'origines diverses.

Dans la grande enceinte 1, des déchets habituellement reçus sur une ISDND sont initialement introduits puis dégradés. Ces déchets sont notamment des ordures ménagères et/ou des déchets industriels banals (DIB) . Dans la petite enceinte 2, sont introduits et dégradés des déchets riches en composés organiques, tels que des boues, la fraction fermentescible des ordures ménagères (FFOM), des résidus organiques de traitements de déchets, ou tout autre déchet contenant une fraction organique importante parmi notamment les déchets alimentaires, les déchets fermentescibles, et les déchets de jardin.

Les déchets initialement introduits dans l'enceinte 2 sont de préférence dépourvus de matériaux tels que bois, textile, papier, et carton, ou n'en contiennent qu'une quantité réduite.

Les déchets de l'enceinte 2 sont dégradables en moins de trois ans, ou de préférence en moins d'un an.

Enfin, des déchets liquides présentant une fraction organique importante, issus par exemple de l'industrie, en particulier de l'industrie agroalimentaire, sont introduits et dégradés dans l'enceinte 3 en milieu liquide.

Cette enceinte 3 est alimentée, en continu ou en discontinu, avec des déchets liquides. Lorsque le liquide en sortie d'enceinte 3, après dégradation des déchets, atteint les normes de rejet imposées par la législation en vigueur, il peut être évacué pour être remplacé par un volume équivalent de nouveaux déchets liquides. Le temps de séjour des déchets dans l'enceinte 3 dépend de leur qualité en entrée.

Les enceintes 1, 2 et 3 ainsi remplies de déchets libèrent chacune du méthane qui peut alors être récupéré et valorisé .

L' avantage du stockage de déchets , tel que dans l'enceinte 1, est d'accepter tous les déchets tels qu' ils sont, soit sans prétraitement, dans un grand volume dans lequel la dégradation se fait naturellement. Toutefois, ce

mode de traitement de déchets présente l'inconvénient d'être long dans le temps.

L'avantage de la méthanisation de déchets, telle que dans l'enceinte 2, est principalement d'activer la dégradation de ces déchets pour qu'elle se fasse plus rapidement que dans les centres de stockage. Mais ce mode de traitement de déchets ne permet pas de traiter tous les déchets.

Le procédé de l'invention est plus efficace que les procédés connus en ce qu' il offre une synergie entre le stockage de déchets, notamment dans l'enceinte 1, et une méthanisation de déchets, notamment dans l'enceinte 2.

En outre, l'invention propose une utilisation avantageuse des fractions liquides issues des différentes enceintes 1, 2, 3. En effet, une fraction liquide issue d'une enceinte est injectée dans une autre enceinte ou dans cette même enceinte. Ces injections de fraction liquide permettent en conséquence d'augmenter la teneur en eau des déchets dans les enceintes 1, 2, 3, et permettent une circulation de matière organique et/ou un ensemencement des déchets.

Les différents flux d'injection de ces fractions liquides ou lixiviats sont les suivants :

- flux 4, 5, et 6 : injection de la fraction liquide issue d'une enceinte 1, 2, ou 3 dans cette même enceinte 1, 2, ou 3 ;

- flux 7 et 8 : injection de la fraction liquide issue de la grande enceinte 1 dans la petite enceinte 2 et/ou dans l'enceinte 3 en milieu liquide ; ces flux 7, 8 optimisent non seulement l'utilisation des lixiviats, générés par la grande enceinte 1, en augmentant la teneur en eau des déchets traités dans la petite enceinte 2 et/ou dans l'enceinte 3 en milieu liquide, mais aussi la dégradation du carbone organique dissous dans ces lixiviats ; flux 9 : injection de la fraction liquide issue de la petite enceinte 2 dans la grande enceinte 1 ;

flux 10 et 11 : injection de la fraction liquide issue de l'enceinte 3 en milieu liquide dans la grande enceinte 1 et dans la petite enceinte 2.

On peut faire varier le taux d'injection du lixiviat du flux 7 pour obtenir une séparation des phases acidogène et méthanogène dans la petite enceinte 2. Dans ce cas, on facilite le passage de la matière organique des déchets traités dans l'enceinte 2 dans la fraction liquide en sortie d'enceinte 2. Cette fraction, recueillie et analysée, peut ensuite être injectée dans la grande enceinte 1 afin que du méthane y soit produit.

On peut autrement optimiser le taux d'injection d'un lixiviat dans une enceinte de manière à ce que les déchets s'y trouvant aient le temps d'être dégradés jusqu'au stade de production de méthane. Dans ce cas, les flux 7 à 11 sont optimisés pour l'ensemencement en micro-organismes actifs des déchets se trouvant dans l'enceinte d'arrivée du flux.

Un lixiviat peut être soumis à diverses analyses en sortie d'enceinte avant d'être injecté dans une enceinte, afin d'en connaître les caractéristiques physico-chimiques telles que le pH, la température.

En conséquence ou non des résultats de ces analyses, un lixiviat issu d'une enceinte peut être traité avant d'être introduit dans la même ou une autre enceinte. Ce prétraitement peut être, par exemple, une décantation, une nitrification, une oxydation, un ajout de tampon, un ajout de réactif, un chauffage, ou un ensemencement biologique, notamment par des bactéries, des virus, et/ ou des champignons.

L'installation selon l'invention peut par exemple inclure au moins une cuve pour chauffer du lixiviat jusqu'à une température de 35°C, afin que les micro-organismes qu'il contient soient dans des conditions optimales pour dégrader la matière organique des déchets auxquels est ajouté ce lixiviat préalablement chauffé.

On peut aussi mettre en place un capteur de température, dans une petite enceinte notamment, afin de connaître la température au sein des déchets et de pouvoir injecter, après chauffage le cas échéant, une fraction liquide, issue notamment d'une grande enceinte, dont la température permet la dégradation des déchets.

En sortie d'une grande enceinte, on vérifie que, de préférence, la fraction liquide présente un pH au moins égal à 6,8. Une fois les déchets dégradés dans la petite enceinte 2, une étape d'aération est réalisée avant d'ouvrir l'enceinte 2 pour en excaver les déchets, afin de terminer et/ou stopper la dégradation des déchets.

Les déchets excavés peuvent être alors broyés puis compostés avant séchage. Une partie de ces déchets ainsi traités après excavation peut être utilisée en tant qu'amendement organique, et/ou en tant que combustible de substitution, et une autre partie peut être enfouie dans une installation de stockage de déchets de classe 2 et/ou de classe 3.

L'invention peut faire intervenir plusieurs enceintes de chaque type d'enceinte 1, 2, ou 3.

A titre d'exemple, on peut utiliser treize petites enceintes du type de l'enceinte 2 et dans le sol, et remplir une de ces treize petites enceintes par mois de manière à ce qu'il y ait toujours une enceinte de laquelle les déchets traités sont excavés pour être valorisés. Les fractions liquides issues des treize petites enceintes sont injectées dans une grande enceinte du type de l'enceinte 1, soit dans un casier d' ISDND gérée en mode bioréacteur. La fraction liquide issue de ce casier est également injectée dans les petites enceintes .

L ' invention présente enco re le s avant age s su ivant s par rapport aux procédés exi stants :

- ne pas nécessiter de prétraitement des déchets avant remplissage d'une enceinte ;

- flexibilité au niveau de la dégradation anaérobie, en fonction du déchet et de la voie métabolique qui se met en place dans le bioréacteur réversible (phase acidogène uniquement ou combinaison des deux phases acidogène et méthanogène) , ce qui est possible grâce à la combinaison d'un bioréacteur réversible de petite taille et d'un bioréacteur irréversible d'une taille au moins 25 fois plus grande ; et - gestion des déchets et de leurs sous-produits dans un même lieu, évitant ainsi d'avoir recours à un transport, et donc permettant un gain de temps et une limitation de la pollution générée lors du transport, notamment par la libération de gaz à effet de serre.