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EP4514552A1 - Procédé de traitement de déchets alimentaires - Google Patents

Procédé de traitement de déchets alimentaires

Info

Publication number
EP4514552A1
EP4514552A1 EP23722300.3A EP23722300A EP4514552A1 EP 4514552 A1 EP4514552 A1 EP 4514552A1 EP 23722300 A EP23722300 A EP 23722300A EP 4514552 A1 EP4514552 A1 EP 4514552A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tank
packing
filling
waste
envelope
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23722300.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Amaury De Guardia
Laurent Blondel
Guillaume NUNES
Jean-Claude Benoist
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement
Original Assignee
Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement filed Critical Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement
Publication of EP4514552A1 publication Critical patent/EP4514552A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/008—Sludge treatment by fixation or solidification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02—Biological treatment

Definitions

  • the invention belongs to the field of waste treatment, and in particular to the field of treatment of organic waste, more particularly food waste.
  • the present invention relates to a process for processing food waste and to a device for implementing the process according to the invention.
  • composting can be implemented in a rustic manner, with lower investment and operating costs than those associated with methanization. Mass losses in composting are also higher than in methanization and the compost obtained can be applied directly to the soil.
  • composting does not only have advantages. Known to be aerobic, the aggregates of material and the compaction of the latter, despite its mixture with a structuring material (increasing the porosity of the environment), hinder its homogeneous aeration and are at the origin of the development of areas in anoxia and in anaerobiosis which promote the production then the emission into the atmosphere of malodorous metabolites. The composition of food waste as well as its high biodegradability increase the development of anoxia and anaerobiosis zones and therefore that of odors.
  • aerobic processes have the advantages of: i) avoiding heat input, the aerobic transformation of the material itself being the source of heat production, thus that ii) not to require devices to prevent fire and/or explosion risks.
  • the invention thus relates to a process for treating organic waste, preferably food waste, comprising the steps of:
  • biodegradation is meant the consumption, for metabolic purposes, of organic materials by microorganisms such as bacteria, fungi or algae.
  • the aqueous suspension comprises crushed and/or dissolved waste.
  • the waste includes organic matter and is preferably food waste.
  • the concentration of waste in the suspension may vary. It generally does not exceed 100 g MS/L (in grams of dry matter per liter, g MS/L) under penalty of compromising its pumpability as well as its homogeneous distribution on the surface of the filling and being the cause of a rapid clogging of the surface of the filling.
  • the suspension essentially comprises water, organic matter and possibly microorganisms.
  • This homogeneity over time can be further facilitated by stirring the solution in the appropriate container (ie a receptacle tank) to avoid settling of the MS while the element ensuring dispersion/redispersion ( ie a pump) is running (stopping agitation could cause the suspension to stop dispersing/redispersing on the packing).
  • the appropriate container ie a receptacle tank
  • stopping agitation could cause the suspension to stop dispersing/redispersing on the packing.
  • the process according to the invention may further comprise a step of stirring the aqueous suspension comprising crushed and/or dissolved waste.
  • the supply can be done via filling a receptacle tank with the aqueous suspension comprising crushed and/or dissolved waste.
  • the aqueous suspension can also be formed directly inside the tank.
  • the feeding consists of filling the tank with a certain quantity of water, then introducing the crushed or uncrushed food waste into it, the waste then being crushed directly in the tank.
  • the dispersion of the suspension on the lining must be stopped as long as the waste is not crushed in order to avoid clogging the pipes (pieces of waste in suspension), to block the pump (pieces of waste in suspension), to clog the surface of the packing by distributing a non-homogeneous MS solution.
  • the waste is crushed upstream of the feed.
  • the waste supply is semi-continuous.
  • the dispersion can be carried out by a fixed network of pipes or a motorized and/or mobile distributor dispensing the solution homogeneously over the entire packing surface.
  • liquid effluent means the aqueous suspension leaving the packing having undergone partial or total aerobic biodegradation.
  • the inert material and/or sludge from the liquid effluent leaving the packing can be extracted before the liquid effluent leaving the packing is redispersed on the packing.
  • the concentration of MS in the aqueous suspension is measured regularly during the implementation of the process and, when this stops decreasing over time, step 2) of extraction of the process according to the invention is Implementation. Extraction can be carried out via any compatible extraction means and can be adapted depending on the type of waste, inert material and/or sludge.
  • the inert material and/or sludge can be filtered and eliminated by decantation possibly preceded by coagulation-flocculation.
  • the step of extracting the inert material and/or sludge can be carried out directly in the receptacle tank via a decanter or any other external element.
  • the extraction is carried out by sampling the suspension in the receptacle tank (before refilling the tank with waste), which it can be by filtration, decantation or coagulation-flocculation.
  • inert material means any material, non-biodegradable, which cannot be degraded by microorganisms, or whose rate of biodegradation is so low that, taking into account the processing times. stay of 20 to 30 days of the material in the reactor it cannot be degraded there.
  • food waste generally consists of biodegradable organic material but may include a certain amount of material that will not be degraded by microorganisms. These may include minerals and trace elements (salts), mineral materials (such as bone or shell fragments), organic materials that are non-biodegradable over the duration of the treatment, such as lignin (such as seeds). but also any packaging residues or other residues that may have passed through prior sorting.
  • the method according to the invention is implemented in a closed circuit.
  • closed circuit we mean that the process does not include any additional water supply step, apart from that initially included in the aqueous suspension comprising waste or in the receptacle tank and in the waste possibly added during the implementation of the process.
  • almost all of the liquid effluent leaving the packing is completely redispersed on the packing.
  • the liquid effluent from the packing is recovered in the receptacle tank to then be redispersed on the packing. In normal operation, there may be losses because part of the liquid effluent may be retained in the inert material and/or the extracted sludge.
  • step 4) of the method according to the invention can be implemented via a circulation loop which makes it possible to reintroduce into the dispersion/redispersion means the aqueous effluent which flows into the receptacle tank.
  • at least part of the aqueous effluent is meant 50 to 100% (volume) of the aqueous effluent.
  • the mixture of step 3) of the process according to the invention can be implemented by rotating the packing tank through an angle of 180°*x, where x is a relative integer, preferably x is an odd relative integer (around an axis XX'). x is different from 0, as this is equivalent to no rotation.
  • the rotation of the filling tank causes the mixing of the bulk filling located within it.
  • the method according to the invention is implemented in continuous operation.
  • continuous operation we mean that crushed waste is added regularly (generally one or more times per day) to the aqueous suspension, during the implementation of the process, as aerobic biodegradation eliminates waste. waste.
  • the method according to the invention may further comprise a step 6) of condensation of the water vapor included in the gaseous effluent resulting from the natural or forced ventilation of the packing, said gaseous effluent being a mixture air and gases produced during aerobic biodegradation within the filling.
  • This condensation step can be carried out by means of controlling the dilution of the resulting gaseous effluent, in particular by installing a concealing means such as a removable perforated cover.
  • the condensed water vapor then flows over the filling, thus preventing any drying out.
  • the water condensed during step 6) may also not run off the filling. It can thus be extracted from the system.
  • condensation is meant a limitation, or prevention, of evaporation by the return to the liquid state of a fraction of the water vapor included in the gaseous effluent.
  • this dilution lowers the saturated vapor pressure of the water contained in the gas phase above the packing, a process which promotes the evaporation of the water contained in the effluent.
  • the gaseous effluent leaving the material is not diluted (and the water vapor condenses on the walls of the concealing means such as a cover removable perforated)
  • the gas phase above the packing remains saturated with water vapor, which limits the evaporation of the water contained in the packing.
  • a preferred implementation of the method of the invention is that in which step 6) is implemented.
  • the process according to the invention can further comprise a step 7) of dilution of the gaseous effluent.
  • a step 7) of dilution of the gaseous effluent When water losses in vapor form must be reduced, the dilution of the gaseous effluent must be minimal.
  • Step 7) can thus be implemented simultaneously or alternatively with step 6), by removing the concealing means such as the removable perforated cover.
  • step 7) is not implemented.
  • the gaseous effluent will be diluted in the surrounding air by the implementation of step 7), and the dilution rate will depend on atmospheric conditions. .
  • Those skilled in the art will be able to determine the duration of step 7) depending on the quantity of water that they wish to eliminate.
  • the waste or the aqueous suspension comprising the crushed and/or dissolved waste comprise sufficient aerobic microorganisms so that aerobic biodegradation can take place.
  • the composition of the food waste or the aqueous suspension comprising the crushed and/or dissolved waste does not ensure sufficient aerobic or anaerobic biodegradation, it is possible to enrich the medium (aqueous suspension or element of the device). ) into microorganisms useful for the biodegradation of waste.
  • the microorganisms involved in aerobic biodegradation are essentially bacteria (ie phyla: Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria, Bacteroidetes, Deinococcus-Thermus) and fungi (ie phyla: Ascomycota, Basidiomycota, Zygomycota, Oomycota, Deuteromycota, Chytridiomycota).
  • the aqueous suspension comprising crushed and/or dissolved waste can be obtained by grinding the waste, more or less finely, followed by putting it into solution.
  • the suspension obtained can then be dispersed on the filling, in accordance with step 1) of the process according to the invention.
  • the process according to the invention may further comprise the steps: a) grinding of waste, said grinding preferably being carried out within a fraction of the liquid effluent optionally enriched in crushed and/or dissolved waste b) dissolving the ground material obtained in step a), c) optionally extracting, preferably by filtration or decantation, the insufficiently ground solid particles from the aqueous suspension obtained in b), and obtaining 'an aqueous suspension comprising crushed and/or dissolved waste.
  • the insufficiently crushed solid particles extracted can then be crushed again and then put into solution.
  • the diameter of the particles of the ground material can easily be adapted by those skilled in the art depending on the type of packing, in particular depending on its porosity.
  • the particle diameter of the ground material is less than 3 mm.
  • the dissolution of the ground material from step b) can be carried out in the liquid effluent
  • the plant fibers can be chosen from wood, coconut, hemp and loofah fibers.
  • the filling of natural origin is preferably chosen from fine wood shavings and coconut fibers.
  • a natural/synthetic volume ratio is defined. This ratio can have a value ranging from 2:3 to 3:2, preferably 1:1.
  • Refilling with filling of natural origin can be carried out to compensate for the biodegradation, although slow, of the latter.
  • filling of natural origin can be occasionally added back to the filling tank.
  • the quantity provided and the frequency of contribution could for example be 1/3 of the volume of filling of natural origin initially introduced, re-supplied every 3 months.
  • cooling the liquid and/or gaseous effluents leaving the packing makes it possible to extract calories.
  • the extracted calories are then transferred, preferably to a heat transfer fluid, in order to be valorized.
  • the extracted calories can for example be used to heat a room close to the place where the process is implemented, to produce domestic hot water or even for the benefit of drying materials, or used in winter, to heat the flow of water. air circulating in the lining, the lining itself or even the receptacle tank.
  • the process of the invention makes it possible to recover at least 20% of the theoretically recoverable quantity of calories, preferably more than 40%.
  • the method according to the invention may further comprise a step 10) of purging a fraction of the liquid effluent.
  • This step can be implemented as material is added to be processed.
  • the liquid effluent circulates in the recirculation loop, and through the packing, it is enriched in mineral elements such as nitrogen, phosphorus, potassium or sulfur; and this accumulation (increase in the concentration of these elements in the liquid effluent) can, beyond certain thresholds, become inhibitory to the biodegradation activity or more generally to the biological activity of microorganisms.
  • Step 10) can thus be implemented, occasionally, on a fraction of the liquid effluent.
  • This fraction can for example be of the order of 1 L/25kgs of waste supplied, or 3% of the volume of the liquid effluent.
  • a person skilled in the art will know how to implement this step by means of a simple bypass circuit or a sample from the tank.
  • Step 10) can be implemented simultaneously with step 2).
  • Another object of the invention relates to a packing tank 1, preferably cylindrical, extending radially around an axis XX', said tank comprising: -a first external envelope 100;
  • the internal envelope 200 comprises at least two perforated zones 210
  • the external envelope comprises at least two windows 110 capable of being positioned at least partly facing the perforated zone of the internal envelope 200 in a configuration of rotation of the internal envelope 200 in the external envelope 100.
  • rotation of the packing tank 1 is meant the rotation of the second internal envelope 200 contained in the external envelope 100 of the tank 1 according to the invention.
  • the first outer envelope 100 can be cylindrical in shape.
  • the internal diameter of the cylinder can range from 23 to 260 cm, preferably from 33 to 240 cm.
  • the length of the cylinder can be from 13 to 1550 cm, preferably from 23 to 1250 cm.
  • the outer envelope comprises at least two windows 110, preferably two.
  • the two windows 110 of the external envelope 100 considered independently of the rest of the tank, can be placed opposite each other and each comprise a parallelepiped cavity opening onto the exterior of the tank.
  • the external envelope 100 consists of at least two fixed parallelepiped windows 110 placed opposite one another, preferably four windows, facing each other, in pairs, capable of to be positioned at least partly facing the perforated zones 210 of the internal envelope 200 in a rotational configuration of the internal envelope 200, and in a holding structure 120, said holding structure possibly being cylindrical.
  • the holding structure can in addition to comprising a system 140 for rotating the internal envelope 200, such as motorized wheels 140.
  • the external envelope 100 may also comprise holes 130. The holes 130 may be obstructed or not so as to modulate the dilution of the gaseous effluent.
  • L/D will preferably be between 0.1 and 0.29.
  • the internal envelope 200 may include perforations with an internal diameter ranging from 10 mm to 30 mm, preferably from 15 mm to 25 mm and cover at least 20 to 50% of the surface of the internal envelope 200, preferably 30 to 40%.
  • each perforated zone of the internal envelope 200 can represent 70 to 100% of the length of the internal envelope 200, preferably 80%.
  • the width of each perforated zone of the internal envelope 200 can represent 10 to 25% of the perimeter of the internal envelope 200, preferably 15 to 20% of the perimeter, or approximately 1/6 of the perimeter.
  • each perforated zone 210 can be a stainless steel grid.
  • the dimensions of the windows 110 of the external envelope 100 are adjusted to correspond (ie less than or equal to) the dimensions of the perforated zones 210 of the internal envelope 200.
  • the points of contact between the internal envelope 200 containing the packing 300 and the external envelope 100 can be joints 310 of height greater than the spacing between the internal envelope 200 and the external envelope 100, said seals being fixed to the internal envelope 200, so as to surround each perforated window 110.
  • the compression of said seals 310 resulting from their height greater than the spacing between the two envelopes 100, 200, ensures sealing between the two envelopes 100, 200.
  • the internal diameter of the external envelope preferably has the dimension of the diameter of the internal envelope to which are added the two thicknesses of joints and the two thicknesses of walls of the internal envelope, the adjustment of the diameters of the two envelopes can be carried out by a person skilled in the art so as to obtain the tank of the desired dimension.
  • the packing 300 can fill at least 65% of the light of the internal envelope 200, preferably from 65 to 85%.
  • the packing tank 1 according to the invention may further comprise a means for regulating the dilution of the outgoing gases 400.
  • the means for regulating the dilution of the outgoing gases 400 may be a removable perforated cover .
  • a removable perforated cover can be provided with collection chutes, said chutes making it possible to collect the condensate formed on the walls of the cover.
  • the chutes can be connected to an evacuation channel connected to the outside.
  • the channel can be fitted with a valve, allowing, in the closed position, the accumulation of condensate in the chutes, prior to their discharge onto the lining.
  • Removable perforated cover includes holes.
  • the holes can be obstructed so as to modulate the dilution of the gaseous effluent.
  • the holes allowing the entry of ambient air into the space, at the head of the tank, between the lining and the cover.
  • These holes are preferably arranged so as to be as close as possible to the perforated zones 210 and in fact these holes can also be arranged in the vicinity of the windows 110.
  • the means for regulating the dilution of the outgoing gases 400 allows the implementation of two operating modes, the first with perforated cover in place, to limit evaporation, the second, without cover, to promote evaporation , the control being done via the variation of the volume of liquid effluent leaving the packing, which those skilled in the art can adapt according to their needs.
  • a drastic reduction in the volume of outgoing liquid effluent signifying a lack of water in the packing, which defect limits biodegradation legitimizes the installation of the regulation means 400, to limit evaporation and, conversely, a drastic increase in this volume meaning a filling saturated with water legitimates a withdrawal of it to promote evaporation.
  • the regulation means allows the implementation of steps 6) and 7 of the method according to the invention.
  • the invention further relates to a processing unit 1000, comprising:
  • a recirculation loop 2 allowing the redispersion on the packing of at least part of the liquid effluent leaving the packing, said loop comprising a receptacle tank 4, and possibly a buffer tank 8.
  • connection is meant a direct or indirect connection between two elements of the packing tank 1, 2000 or of the processing unit 1000 according to the invention.
  • the supply means 7 represents any element making it possible to introduce the waste, crushed or not, in aqueous suspension or not, into the treatment unit 1000 according to the invention with a view to their treatment.
  • the supply means 7 can be located at the level of the receptacle tank 4 or else be the receptacle tank 4 itself, at the head 11 of the packing tank or upstream of the grinding means 6.
  • the supply means 7 can be a feed tray 7.
  • the supply of aqueous suspension can be done via the receptacle tank 4. It can be a tank whose contents are stirred (axial stirring) and of useful volume sufficient to allow an increase in its volume following an increase in dry matter in the solution or an evaporation deficit.
  • the aqueous suspension is thus dispersed on the packing 300 from the receptacle tank 4 thanks to the recirculation loop 2.
  • the liquid effluent from the packing 300 can be stored in the receptacle tank 4 (or in the buffer tank 8) and redispersed at the top 11 of the filling tank 1 via the recirculation loop 2.
  • the supply can be carried out directly at the head 11 of the filling tank 1, via an element separate from the recirculation loop 2.
  • the receptacle tank 4 can be connected to the packing tank 1 via the recirculation loop 2 and the dispersion means 3 or redispersion means 10.
  • the receptacle tank 4 is connected to the head 11 of the packing tank 1 via the recirculation loop 2 and/or the dispersion means 3 or redispersion 10.
  • the receptacle tank 4 thus makes it possible to store the suspension aqueous before its dispersion on the packing 300 and then recovering the liquid effluent leaving the packing 300, before the latter is redispersed on the packing 300.
  • the receptacle tank 4 may comprise stirring means 41, preferably a mechanical stirrer.
  • the base 12 of the packing tank 1 is connected to the receptacle tank 4.
  • the dispersion means 3 represents any element allowing the homogeneous distribution of the aqueous suspension on the packing 300. It can be a fixed network of pipes or a motorized and/or mobile distributor (distributor in translation or rotation if the packing tank is parallelepiped or cylindrical), the movement making it possible to move the distribution points homogeneously over the entire surface of the packing 300. It may be a fixed network of pipes.
  • the dispersion means 3 is preferably arranged under the base of the means for regulating the dilution of the gases 400. The dispersion means 3 allows, if necessary, the equitable redistribution of the flow of aqueous suspension via a network of pipes.
  • the dispersion means 3 and redispersion means 10 are identical or different, preferably identical.
  • the packing 300 is generally crossed, for example from bottom to top, by a gas flow, for example air, containing oxygen used by microorganisms for aerobic biodegradation.
  • a gas flow for example air
  • biodegradable organic matter is oxidized into the majority forms of CO2 and H2O.
  • the carbon dioxide and the water are evacuated via the gas flow leaving at the packing head towards the means of regulating the dilution of the outgoing gases (when it is in place), in contact with which the water vapor is condensed and then flows into the filling, limiting the risk of clogging, and in certain cases drying out of the biofilter.
  • the biodegradation activity results in heat production generating heating of the filling and the solution.
  • the liquid effluent flows into the receiving tank 4.
  • the ventilation means 9 represents any element allowing air circulation in the packing tank 1 (in particular in the internal envelope). This could be a fan, a compressor or a simple opening allowing air to circulate in the packing 300 (inside the packing tank 1).
  • the treatment unit can include a gas inlet E, connected to the ventilation means 9 or to the base 12 of the packing tank 1.
  • the treatment unit may include a gas outlet S, connected to the means of regulating the dilution of the outgoing gases 400 or to the head 11 of the packing tank 1.
  • the recirculation loop 2 connects the receptacle tank 4 to the head 11 of the packing tank 1.
  • the recirculation loop 2 may comprise a pumping means 21.
  • the pumping means 21 may be any element such as a centrifugal or peristaltic pump making it possible to circulate the aqueous suspension from the tank towards the dispersion means 3 and/or to redispersion 10.
  • the recirculation loop 2 possibly comprising a pumping means 21, connects the receptacle tank 4 and the head 11 of the packing tank 1, allowing at least part of the liquid effluent from the packing to be reinjected into the head 11 of the packing tank 1.
  • the dispersion means 3/redispersion 10 is connected to the pump 21 and to the head 11 of the packing tank 1, making it possible to homogeneously disperse the aqueous suspension on the packing 300.
  • the processing unit 1000 can include a cooling means 14 which can be any type of heat exchanger.
  • the cooling means 14 at the head 11 of the packing tank 1 can be a liquid/gas heat exchanger preferably operating by condensation.
  • they can be tube or plate exchangers.
  • the cooling means 14 at the base 12 of the packing tank 1 can be a liquid/liquid heat exchanger preferably operating by conduction.
  • they can be tube or plate exchangers.
  • the heat exchanger can be positioned upstream (head 11 of the packing tank 1) and/or downstream (base 12 of the packing tank 1 or in the receptacle tank 4) of the packing 300.
  • Figure 1 represents an example of a cylindrical packing tank
  • said tank comprising:
  • the internal envelope 200 comprises two perforated zones 210
  • the external envelope 100 comprises two windows 110 capable of being positioned at least partly facing the perforated zone of the internal envelope 200 in a rotation configuration of the the internal envelope 200 in the external envelope 100.
  • Figure 2 represents a sectional view of an example of a cylindrical packing tank 1 extending radially around an axis XX', said tank comprising:
  • the internal envelope 200 comprises two perforated zones 210
  • the external envelope 100 comprises two windows 110 capable of being positioned at least partly facing the perforated zone of the internal envelope 200 in a rotation configuration of the the internal envelope 200 in the external envelope 100.
  • Figure 3 represents A) a top view of the packing tank 1 and B) a side view of the packing tank 1, when the perforated zones 210 and the windows 110 are aligned.
  • Figure 4 represents a cylindrical packing tank 2000 extending radially around an axis XX', said tank comprising:
  • a first external envelope consisting of a holding structure 120 and a set of motorized wheels 140;
  • the internal envelope 200 comprises four perforated zones 210
  • the external envelope comprises four windows 110 capable of being positioned at least in part facing the perforated zone of the internal envelope in a rotation configuration of the envelope internal in the external envelope.

Landscapes

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  • Molecular Biology (AREA)
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Abstract

L'invention appartient au domaine du traitement des déchets, et en particulier au domaine du traitement des déchets organiques, plus particulièrement alimentaires. La présente invention se rapporte à un procédé de traitement de déchets alimentaires et à un dispositif de mise en œuvre du procédé selon l'invention.

Description

PROCÉDÉ DE TRAITEMENT DE DÉCHETS ALIMENTAIRES
[0001] Domaine technique
[0002] L’invention appartient au domaine du traitement des déchets, et en particulier au domaine du traitement des déchets organiques, plus particulièrement alimentaires.
[0003] La présente invention se rapporte à un procédé de traitement de déchets alimentaires et à un dispositif de mise en œuvre du procédé selon l’invention.
[0004] Etat de la technique
[0005] La production de déchets alimentaires ne cesse de croître. La lutte contre le gaspillage est une priorité qui s’impose tant aux producteurs, qu’aux IAA, à la distribution et aux consommateurs. A défaut, la règlementation accroît ses exigences côté traitement et valorisation. Depuis le 1er janvier 2012, les personnes qui produisent ou détiennent une quantité importante de biodéchets ont l’obligation de les trier et une fois triés ceux-ci doivent être valorisés via une collecte sélective ou en proximité. Depuis le 1er janvier 2016, ce sont les professionnels produisant plus de 10 tonnes par an de biodéchets qui sont concernés. La généralisation du tri à la source est prévue d’ici 2025 pour tous les producteurs de biodéchets en France. S’agissant des déchets alimentaires, sont donc concernés tant les IAA (2,6 Mt hors effluents et boues, INSEE, 2019), que la distribution (GMS, 0,45 Mt et marchés 0,4 Mt), la restauration (0,8 Mt) ou encore les particuliers (gisement estimé à 18 Mt). Si la fermentescibilité de ces déchets est une constante imposant de limiter leur stockage (odeurs, nuisibles, pathogènes), les contextes de production se distinguent les uns les autres au regard de la taille du gisement, de sa qualité, de la localisation du site de production (urbain versus rural) et contraignent plus ou moins le tri et la valorisation. Pour les faibles gisements, la fréquence de collecte, une à deux fois par semaine, et la nécessaire désinfection des contenants et véhicules collecteurs se traduit par des coûts prohibitifs pour les collectivités et les producteurs (ménages, restaurants, surfaces de distribution etc... ) attentifs au développement de solutions de gestion de proximité. Pour autant les solutions in-situ en développement, par compostage, méthanisation ou séchage, se heurtent aux limites inhérentes à leur réduction d’échelle : rejet que suscitent la vue et la manipulation des déchets, nuisances générées (odeurs, mouches, etc.), manutentions importantes et défaut d'ergonomie, consommation énergétique et coûts de maîtrise des risques explosifs et incendies s’agissant de la méthanisation et du séchage. Pour les plus gros gisements, c’est le défaut de valorisation des procédés de compostage et méthanisation qui devient rédhibitoire. Le compostage aboutit à la production d’un amendement peu valorisé. La méthanisation aboutit à la production de biogaz et de digestats dont la gestion est contrainte (vecteur énergétique gazeux, post-traitement des digestats par compostage etc... ). Pour autant, le compostage peut faire l'objet d'une mise en œuvre rustique, de coûts d'investissement et de fonctionnement moindres que ceux associés à la méthanisation. Les pertes de masse en compostage sont également plus élevées qu’en méthanisation et le compost obtenu peut être appliqué directement sur les sols. Le compostage ne présente néanmoins pas que des avantages. Réputé aérobie, les agrégats de matière et le tassement de cette dernière, en dépit de son mélange à un matériau structurant (accroissant la porosité du milieu), font obstacle à son aération homogène et sont à l'origine du développement de zones en anoxie et en anaérobiose lesquelles favorisent la production puis l'émission à l'atmosphère de métabolites malodorants. La composition des déchets alimentaires ainsi que leur biodégradabilité élevée accroissent le développement de zones en anoxie et en anaérobiose et donc celui d'odeurs.
[0006] Contrairement au séchage et à la méthanisation, les procédés aérobies ont pour avantages : i) d'éviter un apport de chaleur, la transformation aérobie de la matière étant elle- même à l'origine d'une production de chaleur, ainsi que ii) de ne pas nécessiter de dispositifs de prévention des risques incendies et/ou d'explosion.
Mis en œuvre sur des déchets solides ou pâteux, ils ont pour limites un défaut de maîtrise de l'aérobiose se traduisant par le développement de zones en anoxie et en anaérobiose favorisant la production et l'émission de métabolites malodorants.
[0007] Une maîtrise accrue de l'oxygénation de la matière pourrait être obtenue par broyage du déchet et introduction du broyât dans une solution aqueuse puis dispersion de la solution sur un garnissage. Une telle solution présenterait par ailleurs l'avantage de limiter les manipulations ainsi que les nuisances associées à ces manipulations (port de charges, odeurs, mouches, risques sanitaires, etc.).
[0008] Cependant la solution ci-dessus ne présente pas que des avantages. L’accumulation localisée de matière sèche inhérente au caractère filtrant du garnissage, peut faire obstacle aux passages de l’eau et de l’air dans la matière, ceci ayant pour effet de ralentir la biodégradation de la matière sèche et pouvant conduire à un colmatage du garnissage. L’avènement du colmatage peut encore être accéléré par la biodégradabilité élevée des déchets alimentaires dont la biodégradation en conditions aérobies est à l’origine de la production d’importantes quantités de chaleur, entraînant une élévation importante de la température du garnissage et de fait de la quantité d’eau évaporée. Il existe ainsi des procédés et dispositifs, tels que décrits notamment dans la demande FR3096282, qui permettent de résoudre en partie les problèmes rencontrés dans les procédés connus.
[0009] Pour autant la prévention du colmatage est contraignante et le risque s’accroît avec le temps. Les voies de résorption du colmatage lorsque celui-ci est effectif le sont tout autant. Cette résorption peut être obtenue par exemple par voie mécanique, fluidisation du garnissage, ou chimique par introduction d’un acide, d’une base ou d’un oxydant. De telles interventions sont relativement coûteuses, elles se traduisent par l’interruption des chargements en déchets et ne sont pas toujours efficaces.
[0010] Il existe donc un besoin de combler les manques et inconvénients de l’art antérieur.
[0011 ] Description détaillée de l’invention
[0012] L’invention se rapporte ainsi à un procédé de traitement de déchets organiques, de préférence alimentaires, comprenant les étapes de :
1 ) alimentation et dispersion sur un garnissage compris dans une cuve de garnissage, d’une suspension aqueuse comprenant des déchets broyés et/ou dissous comprenant de la matière organique,
2) extraction de la matière inerte et/ou des boues de l’effluent liquide sortant du garnissage, de préférence par filtration, décantation ou floculation, 3) mélange du garnissage, de préférence à une fréquence allant d’une mise en rotation de la cuve toutes les 6h à 72h, de préférence de 12h à 48h, de manière encore préférée de 18h à 30h, et
4) redispersion sur le garnissage d’au moins une partie de l’effluent liquide sortant du garnissage, ledit effluent liquide étant optionnellement enrichi en déchets broyés et/ou dissous, dans lequel, les déchets subissent une biodégradation aérobie au sein du garnissage à une température allant de 30 à 70°C.
[0013] Dans le cadre de l’invention, on entend par « traitement des déchets », la biodégradation aérobie, complétée éventuellement par une biodégradation anaérobie ou une fermentation, des déchets broyés en suspension et/ou dissous dans de l’eau. Les déchets comprennent de la matière organique biodégradable. De préférence, les déchets sont des déchets alimentaires.
[0014] On entend par « biodégradation », la consommation, à des fins métaboliques, de matières organiques par des microorganismes comme les bactéries, les champignons ou les algues.
[0015] Avantageusement, la suspension aqueuse comprend des déchets broyés et/ou dissous. Les déchets comprennent de la matière organique et sont de préférence des déchets alimentaires. La concentration en déchets dans la suspension peut varier. Elle ne dépasse généralement pas 100 g MS/L (en gramme de matière sèche par litre, g MS/L) sous peine de compromettre sa pompabilité ainsi que sa répartition homogène en surface du garnissage et d'être à l'origine d'un colmatage rapide de la surface du garnissage. La suspension comprend essentiellement de l’eau, de la matière organique et éventuellement des microorganismes.
[0016] On entend par « alimentation », l’introduction de la suspension aqueuse comprenant des déchets broyés et/ou dissous ou sa formation au sein d’un réacteur ou de tout type de récipient adapté à partir duquel elle pourra ensuite être dispersée sur le garnissage. De préférence, l’alimentation est homogène dans le temps, c’est-à-dire que la matière sèche (MS) est de préférence répartie de manière homogène dans la solution sous peine d'à-coups d'apports de MS sur le garnissage, lesquels pourraient conduire à un colmatage en surface. Cette homogénéité dans le temps peut être en outre facilitée par la mise en place d'une agitation de la solution dans le récipient adapté (i.e. une cuve réceptacle) pour y éviter une décantation de la MS alors que l’élément assurant la dispersion/redispersion (i.e. une pompe) est en marche (l'arrêt de l'agitation pourrait entraîner l'arrêt de dispersion/redispersion de la suspension sur le garnissage).
[0017] Avantageusement, le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une étape d’agitation de la suspension aqueuse comprenant des déchets broyés et/ou dissous.
[0018] Avantageusement, l’alimentation peut se faire via le remplissage d’une cuve réceptacle avec la suspension aqueuse comprenant des déchets broyés et/ou dissous. La suspension aqueuse peut aussi être formée directement à l’intérieur de la cuve. Dans ce mode de réalisation, l’alimentation consiste à remplir la cuve avec une certaine quantité d’eau, puis d’y introduire les déchets alimentaires broyés ou non broyés, les déchets étant alors broyés directement dans la cuve. De préférence, lorsque les déchets sont introduits non broyés dans la cuve réceptacle, la dispersion de la suspension sur le garnissage doit être stoppée tant que les déchets ne sont pas broyés afin d’éviter de boucher les tuyaux (morceaux de déchets en suspension), de bloquer la pompe (morceaux de déchets en suspension), de colmater la surface du garnissage par distribution d'une solution non homogène en MS. De préférence, les déchets sont broyés en amont de l’alimentation. De préférence, l’alimentation en déchets est semi-continue.
[0019] On entend par « dispersion », une répartition homogène de la suspension aqueuse comprenant les déchets broyés et/ou dissous sur le garnissage de manière à garantir le maximum d’efficacité à la biodégradation aérobie se produisant au sein du garnissage.
[0020] Avantageusement, la dispersion peut être opérée par un réseau fixe de canalisations ou un répartiteur motorisé et/ou mobile déversant la solution de façon homogène sur toute la surface de garnissage.
[0021] Dans le cadre de l’invention, on entend par « l’effluent liquide », la suspension aqueuse sortant du garnissage ayant subie une biodégradation aérobie partielle ou totale. [0022] Avantageusement, la matière inerte et/ou des boues de l’effluent liquide sortant du garnissage peuvent être extraites avant que l’effluent liquide sortant du garnissage ne soit redispersé sur le garnissage. De préférence, la concentration en MS dans la suspension aqueuse est mesurée régulièrement lors de la mise en œuvre du procédé et, lorsque celle-ci cesse de diminuer dans le temps, l’étape 2) d’extraction du procédé selon l’invention est mise en œuvre. L’extraction peut être réalisée via tout moyen d’extraction compatible et peut être adaptée en fonction du type de déchets, de la matière inerte et/ou des boues. Par exemples, la matière inerte et/ou des boues peuvent être filtrées, éliminées par décantation éventuellement précédée d'une coagulation-floculation. L’étape d’extraction de la matière inerte et/ou des boues peut être réalisée directement dans la cuve réceptacle via un décanteur ou tout autre élément externe. De préférence, l’extraction est menée par prélèvement de la suspension dans la cuve réceptacle (avant recharge en déchets de la cuve), qu’elle peut l’être par filtration, décantation ou coagulation-floculation.
[0023] Dans le cadre de l’invention, on entend par « matière inerte », toute matière, non biodégradable, qui ne peut pas être dégradée par les microorganismes, ou dont la vitesse de biodégradation est si faible que compte tenu des temps de séjour de 20 à 30 jours de la matière dans le réacteur elle ne pourra y être dégradée. Par exemple, les déchets alimentaires sont généralement constitués de matière organique biodégradable mais peuvent comprendre une certaine quantité de matière qui ne sera pas dégradée par les microorganismes. Il peut s’agir de minéraux et oligoéléments (sels), de matières minérales (tels que des fragments d’os ou de coquillages), de matières organiques non biodégradables sur la durée du traitement tel que de la lignine (tels que des pépins) mais également les éventuels résidus d’emballage, ou autres qui seraient passés outre le tri préalable.
[0024] Dans le cadre de l’invention, on entend par « boues », le mélange de matière inerte, de matière organique stabilisée et des microorganismes formés au cours du traitement.
[0025] Avantageusement, le procédé selon l’invention est mis en œuvre en circuit fermé. On entend par circuit fermé, que le procédé ne comprend pas d’étape d’apport d’eau supplémentaire, en dehors de celle initialement comprise dans la suspension aqueuse comprenant des déchets ou dans la cuve réceptacle et dans les déchets éventuellement ajoutés pendant la mise en œuvre du procédé. En circuit fermé, la quasi-totalité de l’effluent liquide sortant du garnissage est intégralement redispersée sur le garnissage. Par exemple, l’effluent liquide du garnissage est récupéré dans la cuve réceptacle pour être ensuite redispersé sur le garnissage. En fonctionnement normal, il peut y avoir des pertes car une partie de l’effluent liquide peut être retenu dans la matière inerte et/ou les boues extraites. Il est possible aussi de ne redisperser qu’une partie de l’effluent liquide si le volume liquide devient trop important. Il peut y avoir des pertes en eau essentiellement sous forme vapeur. Avantageusement, l’étape 4) du procédé selon l’invention peut être mise en œuvre via une boucle de circulation qui permet de réintroduire dans les moyens de dispersion/redispersion l’effluent aqueux qui s’écoule dans la cuve réceptacle. On entend par « au moins une partie de l’effluent aqueux 50 à 100 % (volume) de l’effluent aqueux.
[0026] Avantageusement, le mélange de l’étape 3) du procédé selon l’invention peut être mis en œuvre par la rotation de la cuve de garnissage d’un angle de 180°*x, où x est un nombre entier relatif, de préférence x est un nombre entier relatif impair (autour d’un axe XX’). x est différent de 0, dans la mesure où cela équivaut à une absence de rotation. La rotation de cuve de garnissage entraine le mélange du garnissage en vrac qui se situe en son sein. En fonction de la quantité et des déchets à traiter, les rotations peuvent être plus ou moins fréquentes et plus ou moins rapide. Par exemple, pour une charge appliquée en déchets organique de 25kg/semaine (5kg/jours sur 5 jours) à un volume de garnissage de 170 L dans une cuve de 200 L, une rotation de 1 ,5 tours (x = 3) est appliquée en amont de chaque alimentation de la suspension aqueuse en déchets organiques.
[0027] Avantageusement, le procédé selon l’invention est mis en œuvre en fonctionnement continu. On entend par « fonctionnement continu », que des déchets broyés sont ajoutés régulièrement (généralement une ou plusieurs fois par jour) dans la suspension aqueuse, au cours de la mise en œuvre du procédé, au fur et à mesure que la biodégradation aérobie élimine des déchets.
[0028] Avantageusement, le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une étape 5) d’aération naturelle ou forcée du garnissage, de préférence par circulation forcée d’un flux d’air dans le garnissage. La circulation forcée d’un flux d’air dans le garnissage permet, lorsque l’aération naturelle ne permet pas de garantir une bonne aération du garnissage, de favoriser la biodégradation aérobie. L’aération peut en outre permettre un contrôle de la température au sein du garnissage, l’air circulant pouvant servir par exemple à baisser la température. La circulation forcée d’air se fait de préférence au moyen d’un compresseur ou d’un ventilateur. La circulation forcée d’air est de préférence dans le sens de circulation inverse de celui de la suspension aqueuse dans le garnissage, c’est- à-dire que l’air circule de préférence de la base vers la tête de la cuve de garnissage. La température de l’air injecté est généralement à température ambiante, c’est-à-dire une température généralement comprise entre 10 et 20 °C. En fonction de la saison et de l’environnement dans lequel est mis en œuvre le procédé, cette température peut être plus basse ou plus élevée. De préférence, la température de l’air est comprise dans un intervalle allant de 15 à 25°C.
[0029] Avantageusement, le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une étape 6) de condensation de la vapeur d’eau comprise dans l’effluent gazeux issu de l’aération naturelle ou forcée du garnissage, ledit effluent gazeux étant un mélange d’air et de gaz produits lors de la biodégradation aérobie au sein du garnissage. Cette étape de condensation peut être réalisée au moyen d’un contrôle de la dilution de l’effluent gazeux issu, notamment par la mise en place d’un moyen occultant tel qu’un couvercle perforé amovible. Lors de la mise en œuvre de l’étape 6), la vapeur d’eau condensée, ruisselle ensuite sur le garnissage, prévenant ainsi tout assèchement. L’eau condensée pendant l’étape 6) peut aussi ne pas ruisseler sur le garnissage. Elle peut être ainsi extraite du système.
[0030] Par « condensation », on entend une limitation, ou prévention, de l’évaporation par le retour à l’état liquide d’une fraction de la vapeur d’eau comprise dans l’effluent gazeux. Lorsque l’effluent gazeux sortant de la matière est dilué dans l’air extérieur, cette dilution abaisse la pression de vapeur saturante de l’eau contenue dans la phase gazeuse au-dessus du garnissage, processus qui favorise l’évaporation de l’eau que contient l’effluent. A contrario, lorsque que l’effluent gazeux sortant de la matière n’est pas dilué (et que la vapeur d’eau se condense sur les parois du moyen occultant tel qu’un couvercle perforé amovible), la phase gazeuse au-dessus du garnissage reste saturée en vapeur d’eau, ce qui limite l’évaporation de l’eau contenue dans le garnissage. Une mise en œuvre préférée du procédé de l’invention est celle dans laquelle l’étape 6) est mise en œuvre.
[0031] Ainsi, le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une étape 7) de dilution de l’effluent gazeux. Lorsque les pertes en eau sous forme vapeur doivent être réduites, la dilution de l’effluent gazeux doit être minime.
Inversement, lorsque les pertes en eau sous forme vapeur doivent être augmentées, la dilution de l’effluent gazeux doit être élevée. L’étape 7) peut ainsi être mise en œuvre simultanément ou alternativement à l’étape 6), par le retrait du moyen occultant tel que le couvercle perforé amovible. Par exemple, lorsque qu’un régime de limitation de l’évaporation est souhaité, une dilution nulle sera aménagée et l’étape 7) n’est pas mise en œuvre. Au contraire, lorsque qu’un régime de promotion de l’évaporation est souhaité, l’effluent gazeux sera dilué dans l’air environnant par la mise en œuvre de l’étape 7), et le taux de dilution sera fonction des conditions atmosphériques. L’homme du métier pourra déterminer la durée du l’étape 7) en fonction de la quantité d’eau qu’il souhaite éliminer.
[0032] Généralement, les déchets ou la suspension aqueuse comprenant les déchets broyés et/ou dissous comprennent suffisamment de microorganismes aérobies pour que la biodégradation aérobie puisse avoir lieu. Dans certains cas, lorsque la composition des déchets alimentaires ou la suspension aqueuse comprenant les déchets broyés et/ou dissous ne permettrait pas d’assurer une biodégradation aérobie ou anaérobie suffisante, il est possible d’enrichir le milieu (suspension aqueuse ou élément du dispositif) en microorganismes utiles pour la biodégradation des déchets.
[0033] Dans le cadre de l’invention, on entend par « microorganisme aérobie », un microorganisme qui ne peut vivre qu'en présence d'oxygène strict ou dont le développement est possible en présence d'oxygène, qualifié alors d'aérobie facultatif. Il peut s’agir, entre autres, de bactéries, d’archées, de champignons, d’algues, de levures et d’autres microorganismes aérobies courants. [0034] Avantageusement, selon l’invention, les microorganismes impliqués dans la biodégradation aérobie sont essentiellement des bactéries (i.e. phyla : Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria, Bacteroidetes, Deinococcus- Thermus) et des champignons (i.e. phyla : Ascomycota, Basidiomycota , Zygomycota, Oomycota, Deuteromycota, Chytridiomycota).
[0035] Avantageusement, la suspension aqueuse comprenant des déchets broyés et/ou dissous peut être obtenue par le broyage, plus ou moins fin, des déchets, suivi de leur mise en solution. La suspension obtenue peut ensuite être dispersée sur le garnissage, conformément à l’étape 1 ) du procédé selon l’invention. Par exemple, préalablement à l’étape 1 ), le procédé selon l’invention peut comprendre en outre les étapes : a) broyage de déchets, ledit broyage étant de préférence réalisé au sein d’une fraction de l’effluent liquide optionnellement enrichi en déchets broyés et/ou dissous b) mise en solution du broyât obtenu à l’étape a), c) optionnellement extraction, de préférence par filtration ou décantation, des particules solides insuffisamment broyées de la suspension aqueuse obtenue en b), et obtention d’une suspension aqueuse comprenant des déchets broyés et/ou dissous. Les particules solides insuffisamment broyées extraites peuvent ensuite être broyées à nouveau et mise ensuite en solution. Le diamètre des particules du broyât peut facilement être adapté par l’homme du métier en fonction du type de garnissage, notamment en fonction de sa porosité. De préférence, le diamètre des particules du broyât est inférieur à 3 mm. La mise en solution du broyât de l’étape b) peut être réalisée dans l’effluent liquide
[0036] Avantageusement, tout type de garnissage en vrac peut être utilisé dans la mise en œuvre du procédé selon l’invention. Dans le cadre de l’invention, on entend par « garnissage » ou « matériau de garnissage », un assemblage, en vrac ou structuré, par exemple dans une cuve ou colonne, qui permet d'augmenter la surface de contact entre la phase liquide et la phase gazeuse, améliorant ainsi les échanges entre les phases pour un volume de colonne donné. La porosité du garnissage peut être fonction du débit et de la concentration en matière sèche de la suspension. Le mélange de différents matériaux structurants (de porosité et surface d'échange différents) permet d'ajuster plus facilement la porosité et la surface d'échange du garnissage.
[0037] Dans le cadre de l’invention, le garnissage est un garnissage en vrac, d’origine naturelle et/ou d’origine synthétique. Il s’agit de préférence d’un garnissage d’origine naturelle ou d’un mélange de garnissage d’origine naturelle et de garnissage d’origine synthétique. Le garnissage est de préférence choisi dans le groupe comprenant les matériaux naturels, de préférence organiques, et les matériaux synthétiques, ou un mélange de ceux-ci. Le garnissage d’origine synthétique est de préférence en matière plastique. Le garnissage d’origine synthétique peut être choisi parmi les anneaux Pali, les anneaux de Lessing, les anneaux Rashig, les selles de Berl, les selles Intalox, les tellerettes. Le garnissage d’origine synthétique est de préférence choisi parmi les anneaux Pali, les anneaux de Lessing, les selles Intalox et les tellerettes. Le garnissage d’origine naturelle peut être choisi parmi les copeaux fins de bois et les fibres végétales. Les fibres végétales peuvent être choisies parmi les fibres de bois, de coco, de chanvre et de luffa. Le garnissage d’origine naturelle est de préférence choisi parmi les copeaux fins de bois et les fibres de coco. Lorsqu’il s’agit d’un mélange de garnissage d’origine naturelle et de garnissage d’origine synthétique, un ratio volumique naturel/synthétique est défini. Ce ratio peut avoir une valeur allant de 2:3 à 3:2, de préférence 1 :1. Une recharge en garnissage d’origine naturelle peut être effectuée pour compenser la biodégradation, bien que lente, de ce dernier. Ainsi, du garnissage d’origine naturelle peut être ré-apporté ponctuellement dans la cuve de garnissage. La quantité apportée et la fréquence d’apport pourront par exemple être de 1/3 du volume de garnissage d’origine naturelle introduit initialement ré-apporté tous les 3 mois.
[0038] Avantageusement, le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une étape 8) de biodégradation anaérobie ou de fermentation. Dans une variante de l’invention, au moins une partie de l’effluent liquide sortant du garnissage peut subir une étape de biodégradation anaérobie ou de fermentation avant d’être redispersé en tête du garnissage. L’étape 8) de biodégradation anaérobie ou de fermentation peut être mise en œuvre dans une cuve isolée du garnissage, et notamment de tout flux d’air naturel ou forcé, ladite cuve pouvant être identique ou différente de la cuve réceptacle utilisée pour l’alimentation et la récupération de l’effluent liquide sortant du garnissage. Le procédé peut comprendre en outre une étape d’inoculation (i.e. de la cuve isolée du garnissage ou d’un autre élément) par des microorganismes favorisant la biodégradation anaérobie ou de fermentation.
[0039] Avantageusement, le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une étape 9) de refroidissement des effluents liquide et/ou gazeux sortant du garnissage. Cette étape 9) peut être réalisée par conduction et/ou condensation et peut être réalisée en complément de l’étape 6). Bien entendu, l’homme du métier saura adapter le refroidissement de l’effluent liquide et/ou gazeux de sorte à maintenir une température optimale à la biodégradation dans le garnissage.
[0040] Avantageusement, le refroidissement des effluents liquide et/ou gazeux sortant du garnissage permet d’extraire des calories. Les calories extraites sont ensuite transférées, de préférence à un fluide caloporteur, afin d’être valorisée. Les calories extraites peuvent par exemple être utilisées pour chauffer un local proche du lieu de mise en œuvre du procédé, produire de l'eau chaude sanitaire ou bien encore au profit du séchage de matière, ou bien utilisées en hiver, pour réchauffer le flux d’air circulant dans le garnissage, le garnissage lui-même ou bien encore la cuve réceptacle. Le procédé de l’invention permet de récupérer au moins 20% de la quantité de calories théoriquement récupérable, de préférence plus de 40%.
[0041] Avantageusement, le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une étape 10) de purge d’une fraction de l’effluent liquide. Cette étape peut être mise en œuvre au fur et à mesure des apports de matière à traiter. Lorsque l’effluent liquide circule dans la boucle de recirculation, et au travers du garnissage, il s’enrichit en éléments minéraux tels qu’azote, phosphore, potassium ou soufre ; et cette accumulation (augmentation de la concentration en ces éléments dans l’effluent liquide) peut, au-delà de certains seuils, devenir inhibitrice de l’activité de biodégradation ou plus généralement de l’activité biologique des micro-organismes. L’étape 10) peut ainsi être mise en œuvre, de manière ponctuelle, sur une fraction de l’effluent liquide. Cette fraction peut par exemple être de l’ordre de 1 L/25kgs de déchets apportés, soit 3 % du volume de l’effluent liquide. L’homme du métier saura mettre en œuvre cette étape au moyen d’un simple circuit de dérivation ou d’un prélèvement dans la cuve.
L’étape 10) peut être mise en œuvre simultanément à l’étape 2).
[0042] Un autre objet de l’invention se rapporte à une cuve de garnissage 1 , de préférence cylindrique, s’étendant radialement autour d’un axe XX’, ladite cuve comportant : -une première enveloppe externe 100 ;
-une deuxième enveloppe interne 200 contenue dans l’enveloppe externe 100, en étant mobile en rotation autour de l’axe XX’ dans l’enveloppe externe 100 ; et -un garnissage 300 remplissant au moins 65% de la lumière de l’enveloppe interne 200 ; et l’enveloppe interne 200 comporte au moins deux zones perforées 210 ,et l’enveloppe externe comporte au moins deux fenêtres 110 capables d’être positionnée au moins en partie en regard de la zone perforée de l’enveloppe interne 200 dans une configuration de rotation de l’enveloppe interne 200 dans l’enveloppe externe 100.
[0043] Dans le cadre de la présente invention, et notamment dans la cadre de la mise en œuvre du procédé selon l’invention, on entend par « mise en rotation de la cuve de garnissage 1 », la mise en rotation de la deuxième enveloppe interne 200 contenue dans l’enveloppe externe 100 de la cuve 1 selon l’invention.
[0044] Avantageusement, la première enveloppe externe 100 peut être de forme cylindrique. Le diamètre interne du cylindre peut aller de 23 à 260 cm, de préférence de 33 à 240 cm. La longueur du cylindre peut aller de 13 à 1550 cm, de préférence de 23 à 1250 cm. L’enveloppe externe comprend au moins deux fenêtres 110, de préférence deux. Les deux fenêtres 110 de l’enveloppe externe 100, considérée indépendamment du reste de la cuve, peuvent être placées en vis-à-vis l’une de l’autre et comprennent chacune une cavité parallélépipédique s’ouvrant sur l’extérieure de la cuve. Dans un mode de réalisation alternatif, l’enveloppe externe 100 consiste en au moins deux fenêtres parallélépipédiques 110 fixes placées en vis à vis l’une de l’autre, de préférence quatre fenêtres, en vis-à-vis, par paire, capables d’être positionnées au moins en partie en regard des zones perforées 210 de l’enveloppe interne 200 dans une configuration de rotation de l’enveloppe interne 200, et en une structure de maintien 120, ladite structure de maintien pouvant être cylindrique. La structure de maintien peut en outre comprendre un système 140 de mise en rotation de l’enveloppe interne 200, telles que des roues motorisées 140. L’enveloppe externe 100 peut comprendre en outre des trous 130. Les trous 130 peuvent être obstrués ou non de sorte à moduler la dilution de l’effluent gazeux.
[0045] Avantageusement, la deuxième enveloppe interne 200 peut être de forme cylindrique. Le diamètre interne du cylindre peut aller de 20 à 240 cm, de préférence de 30 à 200 cm. La longueur interne du cylindre peut aller de 10 à 1500 cm, de préférence de 20 à 1200 cm. On définit un ratio longueur / diamètre (L/D). De préférence, le ratio L/D est compris dans un intervalle allant de 0,1 à 10, de préférence de 0,2 à 9. Pour un cylindre interne de volume fixé, les charges apportées par unité de surface supérieure de garnissage dans le cylindre et par unité de surface interne du cylindre en contact avec le garnissage croissent avec le volume du cylindre et décroissent pour L/D croissant. De fait, l’accroissement du volume du cylindre conduira à des cylindres de ratio L/D croissant. Pour des volumes de cylindre compris entre 0,08 et 25 m3, une valeur indicative de L/D pourra être obtenue à l’aide l’équation ci-dessous : L/D # 1 ,3181 x ln(V) + 3,6239 dans laquelle V représente le volume de cylindre requis en m3.
Pour des volumes inférieurs à 0,08 m3, L/D sera compris préférentiellement entre 0,1 et 0,29.
Avantageusement, l’enveloppe interne 200 peut comporter des perforations de diamètre interne allant de 10 mm à 30 mm, de préférence de 15 mm à 25 mm et couvrent au moins 20 à 50 % de la surface de l’enveloppe interne 200, de préférence de 30 à 40 %.
[0046] Avantageusement, la longueur de chaque zone perforée de l’enveloppe interne 200 peut représenter de 70 à 100 % de la longueur de l’enveloppe interne 200, de préférence 80 %. La largeur de chaque zone perforée de l’enveloppe interne 200 peut représenter de 10 à 25 % du périmètre de l’enveloppe interne 200, de préférence 15 à 20% du périmètre, soit environ 1/6 du périmètre. Avantageusement, chaque zone perforée 210 peut être une grille en acier inoxydable. [0047] Avantageusement, les dimensions des fenêtres 110 de l’enveloppe externe 100 sont ajustées pour correspondre (i.e. inférieures ou égales) aux dimensions des zone perforées 210 de l’enveloppe interne 200.
[0048] Avantageusement, les points de contact entre l’enveloppe interne 200 contenant le garnissage 300 et l’enveloppe externe 100 peuvent être des joints 310 de hauteur supérieure à l’écartement entre l’enveloppe interne 200 et l’enveloppe externe 100, lesdits joints étant fixés à l’enveloppe interne 200, de façon à entourer chaque fenêtre perforée 110. La compression desdits joints 310, résultant de leur hauteur supérieure à l’écartement entre les deux enveloppes 100, 200, permet d’assurer l’étanchéité entre les deux enveloppes 100, 200.
[0049] Avantageusement, le diamètre interne de l’enveloppe externe a de préférence pour dimension, le diamètre de l’enveloppe interne auquel s’ajoute les deux épaisseurs de joints et les deux épaisseurs de parois de l’enveloppe interne, l’ajustement des diamètres des deux enveloppes pourra être effectué par l’homme du métier de sorte à obtenir la cuve à la dimension désirée.
[0050] Avantageusement, le matériau constitutif de l’enveloppe interne 200 et/ou de l’enveloppe externe 100 a une faible conductivité thermique ou bien lesdites enveloppes comprennent un isolant et peuvent ainsi être isolées thermiquement de l’environnement extérieur. Par exemple, les enveloppes peuvent être en matière plastique (conductivité minimale de l’ordre de 0,15 W/m/°K) et/ou en métal (conductivité minimale de l’ordre de 14 W/m/°K pour l’acier inoxydable ou inox) et peut comprendre un isolant type polyuréthane (conductivité minimale de l’ordre de 0,026 W/m/°K).
[0051] Avantageusement, le garnissage 300 peut remplir au moins 65% de la lumière de l’enveloppe interne 200, de préférence de 65 à 85%.
[0052] Avantageusement, la cuve de garnissage 1 selon l’invention peut comprendre en outre un moyen de régulation de la dilution des gaz sortants 400. De préférence, le moyen de régulation de la dilution des gaz sortants 400 peut être un couvercle perforé amovible. Un couvercle perforé amovible peut être munie de goulottes de collecte, lesdites goulottes permettant de collecter le condensât formé sur les parois du couvercle. Les goulottes peuvent être reliées à un canal d’évacuation relié à l’extérieur. Le canal peut être muni d’une vanne, permettant, en position fermée, l’accumulation du condensât dans les goulottes, préalablement à leur déverse sur le garnissage. Le couvercle perforé amovible comprend des trous. Dans un mode de réalisation, les trous peuvent être obstrués de sorte à moduler la dilution de l’effluent gazeux. Les trous permettant l’entrée de l’air ambiant dans l’espace, en tête de la cuve, entre garnissage et couvercle. Ces trous sont préférentiellement disposés de sorte à être le plus près possible des zones perforées 210 et de fait ces trous peuvent également être aménagés au voisinage des fenêtres de 110.
[0053] Le moyen de régulation de la dilution des gaz sortants 400 permet la mise en œuvre de deux modes de fonctionnement, le premier avec couvercle perforé en place, pour limiter l’évaporation, le second, sans couvercle, pour promouvoir l’évaporation, le pilotage se faisant via la variation du volume d’effluent liquide sortant du garnissage, que l’homme du métier peut adapter en fonction de ses besoins. Par exemple, une réduction drastique du volume d’effluent liquide sortant signifiant un défaut d’eau dans le garnissage lequel défaut limite la biodégradation, légitime la mise en place du moyen de régulation 400, pour limiter l’évaporation et, a contrario, une augmentation drastique de ce volume signifiant un garnissage saturé en eau légitime un retrait de celui-ci pour favoriser l’évaporation. Le moyen de régulation permet la mise en œuvre des étapes 6) et 7 du procédé selon l’invention. L’accumulation de solution dans la cuve réceptacle 4 et dès lors que le volume Vs de la solution dans la cuve réceptacle 4 est supérieur à 100%, de préférence de 50 à 75%, du volume VE initial introduit dans la cuve réceptacle 4 (étape a)), alors le couvercle 400 doit être retiré, et dès lors que Vs solution dans la cuve réceptacle 4 revient à un VE initial alors remise en place du couvercle 400.
[0054] L’invention se rapporte en outre à un unité de traitement 1000, comprenant :
- une cuve de garnissage 1 selon l’invention,
- un moyen d’alimentation 7 de la suspension aqueuse,
- un moyen de dispersion 3 de la suspension aqueuse,
- un moyen de redispersion 10 de l’effluent liquide du garnissage, de préférence identique au moyen de dispersion 3,
- un moyen d’extraction 5 de la matière inerte et/ou des boues de l’effluent liquide sortant du garnissage, et
- une boucle de recirculation 2 permettant la redispersion sur le garnissage d’au moins une partie de l’effluent liquide sortant du garnissage, ladite boucle comprenant une cuve réceptacle 4, et éventuellement une cuve tampon 8.
[0055] On entend par « relié » une connexion directe ou indirecte entre deux éléments de la cuve de garnissage 1 , 2000 ou de l’unité de traitement 1000 selon l’invention.
[0056] Avantageusement, le moyen d’alimentation 7 représente tout élément permettant d’introduire les déchets, broyés ou non, en suspension aqueuse ou non, dans l’unité de traitement 1000 selon l’invention en vue de leur traitement. Le moyen d’alimentation 7 peut se situer au niveau de la cuve réceptacle 4 ou bien être la cuve réceptacle 4 elle-même, en tête 11 de la cuve de garnissage ou en amont du moyen de broyage 6. Le moyen d’alimentation 7 peut être un bac d’alimentation 7.
[0057] Avantageusement, dans le procédé selon l’invention, l’alimentation en suspension aqueuse peut se faire via la cuve réceptacle 4. Il peut s’agir d’une cuve dont le contenu est agité (agitation axiale) et de volume utile suffisant pour permettre un accroissement de son volume consécutivement à un accroissement en matière sèche de la solution ou un déficit d'évaporation. La suspension aqueuse est ainsi dispersée sur le garnissage 300 depuis la cuve réceptacle 4 grâce à la boucle de recirculation 2. L’effluent liquide du garnissage 300 peut être stocké dans la cuve réceptacle 4 (ou dans la cuve tampon 8) et redispersé en tête 11 de la cuve garnissage 1 via la boucle de recirculation 2. L’alimentation peut être réalisée directement en tête 11 de la cuve de garnissage 1 , via un élément distinct de la boucle de recirculation 2. La cuve réceptacle 4 peut être reliée à la cuve de garnissage 1 via la boucle de recirculation 2 et le moyen de dispersion 3 ou de redispersion 10.
[0058] Avantageusement, la cuve réceptacle 4 est reliée à la tête 11 de la cuve de garnissage 1 via la boucle de recirculation 2 et/ou le moyen de dispersion 3 ou de redispersion 10. La cuve réceptacle 4 permet ainsi de stocker la suspension aqueuse avant sa dispersion sur le garnissage 300 et de récupérer ensuite l’effluent liquide sortant du garnissage 300, avant que ce dernier ne soit redispersé sur le garnissage 300. La cuve réceptacle 4 peut comprendre un moyen d’agitation 41 , de préférence un agitateur mécanique.
[0059] Avantageusement, la base 12 de la cuve de garnissage 1 est reliée à la cuve réceptacle 4.
[0060] Avantageusement, le moyen de dispersion 3 représente tout élément permettant la répartition homogène de la suspension aqueuse sur le garnissage 300. Il peut s’agir d'un réseau fixe de canalisations ou d'un répartiteur motorisé et/ou mobile (répartiteur en translation ou en rotation si la cuve de garnissage est parallélépipédique ou cylindrique), le mouvement permettant de déplacer les points de distribution de façon homogène sur toute la surface du garnissage 300. Il peut s’agir d’un réseau fixe de canalisations. Le moyen de dispersion 3 est de préférence disposé sous la base du moyen de régulation de la dilution des gaz 400. Le moyen de dispersion 3 permet, si nécessaire la redistribution équitable du flux de suspension aqueuse via un réseau de canalisations.
[0061 ] Avantageusement, les moyens de dispersion 3 et de redispersion 10 sont identiques ou différents, de préférence identiques.
[0062] Avantageusement, lors de la mise en œuvre du procédé dans l’unité de traitement selon l’invention, le garnissage 300 est généralement traversé, par exemple de bas en haut, par un flux gazeux, par exemple de l’air, contenant de l’oxygène utilisé par les microorganismes pour la biodégradation aérobie. Lors de la biodégradation, la matière organique biodégradable est oxydée sous les formes majoritaires de CO2 et H2O. Le dioxyde de carbone et l’eau sont évacués via le flux gazeux sortant en tête de garnissage vers le moyen de régulation de la dilution des gaz sortants (lorsqu’il est en place), au contact duquel la vapeur d’eau est condensée et ruisselle ensuite dans le garnissage, limitant les risques de colmatage, et dans certains cas l’assèchement du biofiltre. L’activité de biodégradation se traduit par une production de chaleur générant réchauffement du garnissage et de la solution. A la base 12 de la cuve de garnissage 1 , l’effluent liquide s’écoule dans la cuve réceptacle 4.
[0063] Avantageusement, le moyen d’aération 9 représente tout élément permettant une circulation d’air dans la cuve de garnissage 1 (notamment dans l’enveloppe interne). Il peut s’agir d’un ventilateur, d’un compresseur ou d’une simple ouverture permettant à l’air de circuler dans le garnissage 300 (à l’intérieur de la cuve de garnissage 1 ).
[0064] Avantageusement, le moyen d’aération 9 est relié à la base 12 de la cuve de garnissage 1 .
[0065] Avantageusement, l’unité de traitement peut comprendre une entrée E en gaz, relié au moyen d’aération 9 ou à la base 12 de la cuve de garnissage 1 . L’unité de traitement peut comprendre une sortie S en gaz, relié au moyen de régulation de la dilution des gaz sortants 400 ou à la tête 11 de la cuve de garnissage 1 .
[0066] Avantageusement, la boucle de recirculation 2 relie la cuve réceptacle 4 à la tête 11 de la cuve de garnissage 1 . La boucle de recirculation 2 peut comprendre un moyen de pompage 21. Le moyen de pompage 21 peut être tout élément tel qu’une pompe centrifuge ou péristaltique permettant de faire circuler la suspension aqueuse depuis la cuve vers le moyen de dispersion 3 et/ou de redispersion 10.
[0067] Avantageusement, la boucle de recirculation 2 comprenant éventuellement un moyen de pompage 21 , relie la cuve réceptacle 4 et la tête 11 de la cuve de garnissage 1 , permettant à au moins une partie de l’effluent liquide du garnissage d’être réinjecté en tête 11 de la cuve de garnissage 1 .
[0068] Avantageusement, le moyen de dispersion 3 / redispersion 10 est relié à la pompe 21 et à la tête 11 de la cuve de garnissage 1 , permettant de disperser de manière homogène la suspension aqueuse sur le garnissage 300.
[0069] Avantageusement, le moyen d’extraction 5 peut être un décanteur simple ou un filtre. La décantation sera favorisée par arrêts intermittents de l'agitation et de l'alimentation du garnissage lorsque la concentration en MS de la suspension aqueuse ne permettra plus l'apport de la quantité de déchets pour laquelle l’unité 1000 de traitement selon l’invention a été dimensionné. La décantation peut éventuellement être favorisée par adjonction d’agents floculants dans la cuve réceptacle, ces derniers permettant la constitution de flocs (dont la vitesse de décantation est supérieure aux matières non floculées). [0070] Avantageusement, le moyen d’extraction 5 peut être relié ou intégré à la cuve réceptacle 4.
[0071] Avantageusement, l’unité de traitement 1000 peut comprendre un moyen de refroidissement 14 qui peut être tout type d’échangeur thermique. Le moyen de refroidissement 14 en tête 11 de la cuve de garnissage 1 peut être un échangeur thermique liquide/gaz fonctionnant de préférence par condensation. Par exemple il peut s’agir d’échangeurs à tubes ou à plaques. Le moyen de refroidissement 14 à la base 12 de la cuve de garnissage 1 peut être un échangeur thermique liquide/liquide fonctionnant de préférence par conduction. Par exemple il peut s’agir d’échangeurs à tubes ou à plaques. L’échangeur de chaleur peut être positionné en amont (tête 11 de la cuve de garnissage 1 ) et/ou en aval (base 12 de la cuve de garnissage 1 ou dans la cuve réceptacle 4) du garnissage 300. Lorsqu’un échangeur de chaleur est positionné en amont du garnissage 300, il permet de refroidir l’effluent gazeux du garnissage. Le refroidissement de l’effluent gazeux permet une condensation de la vapeur d’eau contenue dans l’effluent gazeux. Cette condensation permet d’éviter les pertes en eau et ainsi de limiter l’accroissement en matière sèche de la solution lequel se traduirait par un colmatage du garnissage 300. Lorsqu’un échangeur de chaleur est positionné en aval du garnissage 300, il permet de refroidir l’effluent liquide du garnissage, avant que celui-ci ne soit redispersé. L’abaissement de température de l’effluent liquide peut également permettre de réduire les pertes par évaporation en abaissant la température de la partie supérieure du garnissage (lors de la redispersion notamment). Les calories extraites lors du refroidissement des effluents liquide et/ou gazeux du garnissage peuvent être transférées à un fluide caloporteur ou tout autre élément de stockage.
Généralement, l’effluent gazeux issu de la biodégradation comprend un mélange d’oxygène, azote, dioxyde de carbone, de vapeur d’eau et d’autres gaz issu de la biodégradation. Il comprend généralement moins d’oxygène et plus de dioxyde de carbone que l’air entrant, de la vapeur d’eau et d’autres gaz issus de la biodégradation. L’effluent gazeux s’échappe par la tête du garnissage et circule dans le moyen de refroidissement dans lequel la vapeur d’eau est recondensée pour ensuite ruisseler à nouveau dans le garnissage, ou bien directement dans la cuve réceptacle via une canalisation reliée à la cuve de garnissage. [0072] Avantageusement, le au moins un moyen de refroidissement 14 est relié à la tête 11 , à l’enveloppe interne 200 et/ou à la base 12 de la cuve de garnissage 1 .
[0073] Avantageusement, l’unité de traitement 1000 selon l’invention peut comprendre en outre un moyen de broyage 6. Le moyen de broyage 6 peut par exemple être un broyeur permettant de broyer des os, des éléments fibreux et pâteux. Il peut s’agir d’un broyeur d’évier. La nature et/ou la taille du broyeur pourront être adaptées en fonction des dimensions de l’installation.
[0074] Avantageusement, le moyen de broyage 6 peut être relié ou intégré à la cuve réceptacle 4. Les déchets peuvent ainsi être broyés avant leur mise en suspension dans la cuve réceptacle 4 ou bien encore broyés au sein de la cuve réceptacle 4, de préférence avant leur mise en suspension dans la cuve réceptacle 4.
[0075] Avantageusement, l’unité de traitement 1000 selon l’invention peut comprendre en outre un réacteur fermenteur 16.
[0076] L’invention se rapporte également à l’utilisation de la cuve de garnissage 1 ou de l’unité 1000 selon l’invention pour traiter des déchets, de préférence alimentaires, comprenant de la matière organique et pouvant subir une biodégradation aérobie, au moins partielle.
[0077] De manière non limitative, on peut citer les avantages liés à l’invention :
- une réduction des manutentions des déchets, dues à la mise en solution de ces derniers et à des manutentions effectuées ensuite uniquement par une pompe,
- l’absence de contact (visuel, manuel, olfactif etc... ) avec les déchets dès lors que celui-ci a été introduit dans l’unité de traitement garantissant une meilleure acceptabilité du procédé et permettant de réduire tant les risques sanitaires que les nuisances olfactives,
- une meilleure maîtrise des transformations du déchet par biodégradation aérobie via une meilleure maîtrise des échanges oxygène-matière dans le garnissage (plus grande homogénéité des échanges) ainsi qu’une plus grande homogénéité des transferts de chaleur entre la matière et le milieu extérieur (a contrario des procédés de compostage),
- la production d’un résidu de traitement représentant une très faible fraction massique du gisement de déchets traité,
- un résidu de traitement hygiénisé en raison des temps de séjour et des températures élevés dans le garnissage,
- une réduction significative des émissions gazeuses impactantes de l’environnement (CH4, N2O, NH3, H2S COV, odeurs) liée à la meilleure maîtrise de l’oxygénation de la matière et de sa biodégradation,
- applicable à des gisements allant de celui produit à l’échelle du foyer
(80 kg/an/individu) à celui produit par un gros producteur i.e. 50 tonnes/an et au- delà,
- les faibles coûts de traitement,
- une solution clé en mains et de type on/off,
- un procédé à sobriété énergétique et matière (consommation en ligneux réduite et puissance électrique installée faible en raison des faibles pertes de charge dans le garnissage de par le flux gazeux d’aération),
- l’obtention de produits d’intérêt : solution concentrée en minéraux (N, P, K, S, Na, Ca etc... ).
- une mise-en-œuvre in-situ pour traiter les déchets de la restauration collective (cafétéria, établissements scolaires, restaurant universitaire, EPHAD etc... ), des Grandes et Moyennes Surfaces alimentaires voire les déchets alimentaires du foyer (échelle domestique), en station de traitement de proximité en milieu urbain (marchés, centre-ville, quartier, habitat vertical) ou rural, ou sur plate-forme centralisée de traitement ou encore iv) en IAA,
- une mise-en-œuvre en vue de la production, à partir de déchets alimentaires, de molécules d’intérêt telles que éthanol, acides gras volatils ou encore méthane (Cette production peut être obtenue via le contrôle du niveau d’aération du garnissage (micro-aération) ou au sein du fermenteur de la solution sortant du garnissage, contenant agité et étanche à l’air, via le contrôle du rédox de la solution collectée dans ce contenant et du temps de séjour dans le fermenteur),
- une mise-en-œuvre dans le cadre de fermentations dont les substrats sont initialement solides, substrats de composition biochimique spécifique moyennant un apport de microorganismes spécifiques.
[0078] Brève description des figures [0079] [Fig. 1] La figure 1 représente un exemple de cuve de garnissage cylindrique
1 , s’étendant radialement autour d’un axe XX’, ladite cuve comportant :
-une première enveloppe externe 100 ;
-une deuxième enveloppe interne 200 contenue dans l’enveloppe externe 100, en étant mobile en rotation autour de l’axe XX’ dans l’enveloppe externe 100 ; et -un garnissage 300 remplissant au moins 65% de la lumière de l’enveloppe interne 200 ; et l’enveloppe interne 200 comporte deux zones perforées 210 ,et l’enveloppe externe 100 comporte deux fenêtres 110 capables d’être positionnée au moins en partie en regard de la zone perforée de l’enveloppe interne 200 dans une configuration de rotation de l’enveloppe interne 200 dans l’enveloppe externe 100.
[0080] [Fig. 2] La figure 2 représente une vue en coupe d’un exemple de cuve de garnissage cylindrique 1 s’étendant radialement autour d’un axe XX’, ladite cuve comportant :
- une première enveloppe externe 100 ;
- une deuxième enveloppe interne 200 contenue dans l’enveloppe externe, en étant mobile en rotation autour de l’axe XX’ dans l’enveloppe externe ; et
-un garnissage 300 remplissant au moins 65% de la lumière de l’enveloppe interne 200 ;
- un couvercle perforé 400 amovible ;
- un ensemble de joints 310 ; et l’enveloppe interne 200 comporte deux zones perforées 210 ,et l’enveloppe externe 100 comporte deux fenêtres 110 capables d’être positionnées au moins en partie en regard de la zone perforée de l’enveloppe interne 200 dans une configuration de rotation de l’enveloppe interne 200 dans l’enveloppe externe 100.
[0081] [Fig. 3] La figure 3 représente A) une vue de dessus de la cuve de garnissage 1 et B) une vue de profil de la cuve de garnissage 1 , lorsque les zone perforées 210 et les fenêtres 110 sont alignées.
[0082] [Fig. 4] La figure 4 représente une cuve de garnissage cylindrique 2000 s’étendant radialement autour d’un axe XX’, ladite cuve comportant :
- une première enveloppe externe constituée d’une structure de maintien 120 et d’un ensemble de roues motorisées 140 ;
- un ensemble de joints 310 ;
- une deuxième enveloppe interne 200 contenue dans l’enveloppe externe, en étant mobile en rotation autour de l’axe XX’ dans l’enveloppe externe ; et
-un garnissage 300 remplissant au moins 65% de la lumière de l’enveloppe interne 200 ;
- un couvercle perforé 400 amovible ; et l’enveloppe interne 200 comporte quatre zones perforées 210, et l’enveloppe externe comporte quatre fenêtres 110 capables d’être positionnée au moins en partie en regard de la zone perforée de l’enveloppe interne dans une configuration de rotation de l’enveloppe interne dans l’enveloppe externe.
[0083] [Fig. 5] La figure 5 représente une unité de traitement 1000 selon l’invention comprenant un bac d’alimentation 7 en déchets, une sortie S des gaz, une cuve de garnissage 1 comprenant une tête 11 et une base 12 de garnissage, une boucle de recirculation 2 comprenant une pompe 21 , un répartiteur 10 de la suspension aqueuse en tête 11 de la cuve de garnissage, une cuve réceptacle 4 comprenant un agitateur 41 et un filtre 5, une sortie P de purge, un broyeur 6, une entrée d’air E, un compresseur 9 (entrée d’air, aération naturelle) et un ensemble de vannes 13. Le sens de circulation de l’air est symbolisé par l’ensemble de flèches F1 . Le sens de circulation du liquide est symbolisé par l’ensemble de flèches F2.
[0084] L’exemple suivant illustre l’invention, de manière non limitative.
[0085] Une expérimentation a été menée dans l’unité de traitement 1000 illustrée sur la Figure 5, comprenant une cuve de garnissage 1 , illustrée sur les figures 1 , 2 et 3. La cuve réceptacle 4 était une cuve cylindrique en PEHD de volume 60 L. Un volume de 30 L d’eau a été introduit dans la cuve réceptacle préalablement au premier apport de déchets broyés. La cuve de garnissage 1 a les dimensions suivantes :
- enveloppe externe 100 : D = 64 cm, L = 111 cm, fenêtres (2) : L = 84 cm, I = 30 cm,
- enveloppe interne 200 : D= 50 cm, L = 100 cm, zones perforées (2) : 80 cm, linéaire circulaire perforé : (20*2=40 cm) soit zone perforée totale couvrant 25% de l’enveloppe interne (2*12,5%), diamètre des trous : 15 mm. Le garnissage 300 avait un volume total 170 L. Il consistait en un mélange constitué à 48% en volume de copeaux fins et secs de bois et à 52% en volume d’anneaux Pali (15 mm x 15 mm). Une sortie S des gaz était aménagée au sommet de la cuve de garnissage 1 laquelle était connectée à un couvercle perforé 400 amovible,
[0086] Les biodéchets traités ont été prélevés dans un restaurant de collectivité de type self. Il s’agissait de déchets alimentaires correspondant majoritairement aux aliments crus et cuits non-consommés par les usagers (restes de plateaux et aliments crus et cuits non sélectionnés par les usagers). Leur teneur en matière sèche (MS) était de 256 g MS/kg. Les déchets ont été broyés dans le broyeur 6 préalablement à leur apport dans la cuve réceptacle 4.
[0087] Une charge de 25 kg/semaine (5 kg/jour sur 5 jours d’apport) de déchets de restauration a été appliquée pendant 4 semaines. 5 kg de déchets étaient apportés 5 jours par semaine dans le bac d’alimentation 7 dans lequel était également apportée la solution collectée dans la cuve réceptacle 4, la suspension eau - déchets broyés ou dissous retournant au réceptacle 4. De l’air produit par un compresseur 9 était injecté à la base 12 de la cuve de garnissage. Le débit d’aération appliqué sur le garnissage 300 était compris entre 4 et 12,5 L/mn. La suspension aqueuse contenant les déchets était dispersée et recirculée sur le garnissage 300 via la boucle de recirculation 2, à l’aide d’une pompe vide cave 21 . La dispersion homogène de la suspension dans la cuve de garnissage 1 a été mise en œuvre via la répartition du flux de suspension dans un réseau de tubes 10 dont les sorties ont été uniformément réparties en tête 11 de la cuve de garnissage.
[0088] Le mélange du garnissage a été réalisé par une rotation selon l’axe XX’ de l’enveloppe interne 100 de la cuve de garnissage 1 , à une fréquence de 1 ,5 (x = 3) tours toutes les 24h, rotation appliquée avant l’alimentation-dispersion de la suspension sur le garnissage i.e. approximativement 24h après le dernier apport de suspension sur le garnissage 300.
[0089] Le couvercle perforé 400 a été mis en place pendant 16 jours (condensation) et retiré jusqu’au 28eme jour (dilution). [0090] Les masses du réacteur et du contenant collecteur de la solution sortie du garnissage ont été mesurées quotidiennement. La température du milieu réactionnel et les concentrations en O2 et CO2 des gaz sortants ont été suivies en continu. [0091 ] Chaque apport de déchet broyé s’est traduit par : i) une croissance de la cinétique de consommation d’oxygène (rC ) ainsi que de la température dans le garnissage témoignant de la croissance de l’activité biologique de biodégradation aérobie de la matière biodégradable, ii) l’atteinte de valeurs maximales pour rÛ2 et la température dans le garnissage puis iii) la décroissance de rC^ et T, iii) rCO2 max (mol C/h) et Tmatière max atteintes ont été respectivement 2,25 mol C-CO2 /h produites et 58,4°C.
[0092] Les mesures effectuées ont montré que l’accumulation de matière (H2O et MS) dans le système (cuve de garnissage 1 et cuve réceptacle 4) commençait de décroître après 18 jours de traitement et que dès lors la perte de masse hebdomadaire était égale voire supérieure à la masse de déchets apportée sur la semaine. La performance de traitement est estimée à 5 à 6 tonnes/m3/an.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de traitement de déchets organiques, de préférence alimentaires, comprenant les étapes de :
1 ) alimentation et dispersion sur un garnissage compris dans une cuve de garnissage, d’une suspension aqueuse comprenant des déchets broyés et/ou dissous comprenant de la matière organique,
2) extraction de la matière inerte et/ou des boues de l’effluent liquide sortant du garnissage, de préférence par filtration, décantation ou floculation,
3) mélange du garnissage, de préférence à une fréquence allant d’une mise en rotation de la cuve toutes les 6h à 72h, de préférence de 12h à 48h, de manière encore préférée de 18h à 30h, et
4) redispersion sur le garnissage d’au moins une partie de l’effluent liquide sortant du garnissage, ledit effluent liquide étant optionnellement enrichi en déchets broyés et/ou dissous, dans lequel, les déchets subissent une biodégradation aérobie au sein du garnissage à une température allant de 30 à 70°C.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , ledit procédé étant mis en œuvre en circuit fermé.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le mélange de l’étape 3) est mis en œuvre par la rotation de la cuve de garnissage d’un angle de 180°*x, où x est un nombre entier relatif, différent de 0, de préférence x est un nombre entier relatif impair.
[Revendication 4] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit procédé étant alimenté en déchets de manière semi- continue.
[Revendication 5] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une étape 5) d’aération naturelle ou forcée du garnissage, de préférence par circulation forcée d’un flux d’air dans le garnissage.
[Revendication 6] Procédé selon la revendication précédente, comprenant en outre une étape 6) de condensation de la vapeur d’eau comprise dans l’effluent gazeux issu de l’aération naturelle ou forcée du garnissage.
[Revendication 7] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une étape 7) de dilution de l’effluent gazeux, ledit effluent gazeux étant un mélange d’air et de gaz produits lors de la biodégradation aérobie au sein du garnissage.
[Revendication 8] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le garnissage est un garnissage en vrac d’origine naturelle et/ou synthétique, de préférence d’origine naturelle ou un mélange de garnissage naturel et synthétique à un ratio volumique naturel/synthétique allant de 2:3 à 3:2, et de manière encore préférée un ratio 1 :1.
[Revendication 9] Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le garnissage d’origine synthétique, de préférence en matière plastique, est choisi parmi les anneaux Pali, les anneaux de Lessing, les anneaux Rashig, les selles de Berl, les selles Intalox, les tellerettes, de préférence choisi parmi les anneaux Pali, les anneaux de Lessing, les selles Intalox et les tellerettes et dans lequel le garnissage d’origine naturelle est choisi parmi les copeaux fins de bois et les fibres végétales choisies parmi les fibres de bois, de coco, de chanvre et de luffa.
[Revendication 10] Cuve de garnissage (1 ) de mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, de préférence cylindrique, s’étendant radialement autour d’un axe XX’, ladite cuve comportant :
-une première enveloppe externe (100) ;
-une deuxième enveloppe interne (200) contenue dans l’enveloppe externe (100), en étant mobile en rotation autour de l’axe XX’ dans l’enveloppe externe (100) ; et
-un matériau de garnissage (300) remplissant au moins 65% de la lumière de l’enveloppe interne (200) ;
- optionnellement moyen de régulation de la dilution des gaz (400), et l’enveloppe interne (200) comporte au moins deux zones perforées (210), et l’enveloppe externe comporte au moins deux fenêtres (110) capables d’être positionnée au moins en partie en regard de la zone perforée (210) de l’enveloppe interne (200) dans une configuration de rotation de l’enveloppe interne (200) dans l’enveloppe externe (100).
[Revendication 11] Cuve selon la revendication 10, dans laquelle les deux fenêtres (110) de l’enveloppe externe (100), considérée indépendamment du reste de la cuve (1 ), sont placées en vis-à-vis l’une de l’autre et comprennent chacune une cavité parallélépipédique s’ouvrant sur l’extérieure de la cuve
(1 ).
[Revendication 12] Cuve selon l’une des revendications 10 ou 11 dans laquelle l’enveloppe interne (200) comporte des perforations de diamètre interne allant de 10 mm à 30 mm, de préférence de 15 mm à 25 mm et couvrent au moins 20 à 50 % de la surface de l’enveloppe interne (200), de préférence de 30 à 40 %.
[Revendication 13] Unité de traitement (1000) comprenant :
- une cuve de garnissage (1) selon l’une quelconque des revendications 10 à 12,
- un moyen d’alimentation (7) de la suspension aqueuse,
- un moyen de dispersion (3) de la suspension aqueuse,
- un moyen de redispersion (10) de l’effluent liquide du garnissage, de préférence identique au moyen de dispersion (3),
- un moyen d’extraction (5) de la matière inerte et/ou des boues de l’effluent liquide sortant du garnissage, et
- une boucle de recirculation (2) permettant la redispersion sur le garnissage d’au moins une partie de l’effluent liquide sortant du garnissage, ladite boucle
(2) comprenant une cuve réceptacle (4), et éventuellement une cuve tampon (8).
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