EP3972748A1 - Procédé de traitement de déchets alimentaires et d'extraction de la chaleur associée à ce traitement - Google Patents

Procédé de traitement de déchets alimentaires et d'extraction de la chaleur associée à ce traitement

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Publication number
EP3972748A1
EP3972748A1 EP20725573.8A EP20725573A EP3972748A1 EP 3972748 A1 EP3972748 A1 EP 3972748A1 EP 20725573 A EP20725573 A EP 20725573A EP 3972748 A1 EP3972748 A1 EP 3972748A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
packing
waste
aqueous suspension
lining
biodegradation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20725573.8A
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German (de)
English (en)
Inventor
Amaury De Guardia
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Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement
Original Assignee
Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement
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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 EP3972748A1 publication Critical patent/EP3972748A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • B09B3/60—Biochemical treatment, e.g. by using enzymes
    • 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
    • B09B3/60—Biochemical treatment, e.g. by using enzymes
    • B09B3/65—Anaerobic treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/10—Packings; Fillings; Grids
    • C02F3/101—Arranged-type packing, e.g. stacks, arrays
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
    • C05F17/40—Treatment of liquids or slurries
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
    • C05F17/50—Treatments combining two or more different biological or biochemical treatments, e.g. anaerobic and aerobic treatment or vermicomposting and aerobic treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
    • C05F17/60—Heating or cooling during the treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
    • C05F17/90—Apparatus therefor
    • C05F17/95—Devices in which the material is conveyed essentially vertically between inlet and discharge means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/02—Temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2301/00—General aspects of water treatment
    • C02F2301/04—Flow arrangements
    • C02F2301/046—Recirculation with an external loop
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P20/141—Feedstock
    • Y02P20/145—Feedstock the feedstock being materials of biological origin
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    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
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    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/40—Bio-organic fraction processing; Production of fertilisers from the organic fraction of waste or refuse

Definitions

  • the invention belongs to the field of waste treatment, and in particular to the field of treatment of household waste, more particularly food.
  • the present invention relates to a process for processing food waste and extracting the heat associated with this treatment and to a device for implementing the process according to the invention.
  • the food waste produced has high biodegradability and high humidity. They may contain microorganisms, some of which are pathogenic. They can also be the site of the development of flies, attract pests such as rats and are often vectors of foul odors.
  • the invention thus relates to a waste treatment process comprising the steps of:
  • the waste undergoes aerobic biodegradation within the packing, at a temperature ranging from 30 to 70 ° C, preferably 40 to 50 ° C.
  • the term “waste treatment” is understood to mean aerobic biodegradation, optionally supplemented by anaerobic biodegradation or fermentation, of crushed waste in suspension and / or dissolved in water.
  • the wastes include biodegradable organic material.
  • the waste is food waste.
  • biodegradation is understood to mean 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 comprises organic matter and is preferably food waste.
  • the concentration of waste in the suspension can vary. It does not generally exceed 100 g DM / L (in grams of dry matter per liter, g DM / L) under penalty of compromising its pumpability as well as its homogeneous distribution on the surface of the packing and causing a rapid clogging of the lining surface.
  • the suspension consists mainly of water, organic matter and possibly microorganisms.
  • feed means the introduction of the aqueous suspension comprising crushed and / or dissolved waste or its formation within a reactor or any type of suitable container from which it can then be dispersed over the filling.
  • the feed is homogeneous over time, that is to say that the dry matter (DM) is preferably distributed homogeneously in the solution at the risk of sudden additions of DM to the packing, which could lead to surface clogging.
  • This homogeneity over time can also be facilitated by setting up stirring of the solution in the suitable container (ie a receptacle tank) to avoid settling of the MS there while the element ensuring the dispersion / redispersion (ie a pump) is running (stopping the agitation could stop the dispersion / redispersion of the suspension on the packing).
  • the suitable container ie a receptacle tank
  • the element ensuring the dispersion / redispersion ie a pump
  • the method according to the invention can further comprise a step of stirring the aqueous suspension comprising crushed and / or dissolved waste.
  • the supply can be done via the filling of a receptacle vessel with the aqueous suspension comprising crushed and / or dissolved waste.
  • the aqueous suspension can also be formed directly inside the tank.
  • the feed consists of filling the tank with a certain quantity of water, then introducing the crushed or unground food waste therein, 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 seal the surface of the packing by distributing a non-homogeneous solution in MS.
  • the waste is ground upstream of the feed.
  • the term "dispersion” means a homogeneous distribution of the aqueous suspension comprising the crushed and / or dissolved waste on the lining so as to guarantee the maximum efficiency of the aerobic biodegradation occurring within the lining.
  • the dispersion can be carried out by a fixed network of pipes or a motorized and / or mobile distributor discharging the solution uniformly over the entire lining surface.
  • liquid effluent is understood to mean the aqueous suspension leaving the packing which has undergone partial or total aerobic biodegradation.
  • the inert material and / or sludge of the liquid effluent leaving the packing can be extracted before the liquid effluent leaving the packing is redispersed on the packing.
  • the MS concentration in the aqueous suspension is measured regularly during the implementation of the process and when the latter stops decreasing over time, step 2) of extraction of the process according to the invention is carried out. implemented.
  • step 2) of the process is implemented, the feed, agitation,
  • the extraction can be carried out via any compatible extraction means and can be adapted according to the type of waste, inert material and / or sludge.
  • the inert material and / or sludge can be filtered, removed by decantation optionally 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 settling tank or any other external element.
  • the extraction can be carried out before, simultaneously or after the cooling of the liquid effluent leaving the packing.
  • inert material means any material, non-biodegradable, which cannot be degraded by microorganisms.
  • food waste generally consists of biodegradable organic material but may include a certain amount of material which will not be degraded by microorganisms. They can be minerals and trace elements (salts, bone fragments or shellfish, etc.), organic matter that is not biodegradable over the duration of the treatment, such as lignin (seeds, etc.), but also any packaging residues, bones or shellfish that would have gone beyond the prior sorting.
  • sludge is understood to mean the mixture of inert material, stabilized organic material and microorganisms formed during the treatment.
  • the method according to the invention is implemented in a closed circuit.
  • the term “closed circuit” is understood to mean that the process does not include an additional water supply step, apart from that initially included in the aqueous suspension comprising waste or in the receptacle vessel and in the waste possibly added during the setting. implementation of the process.
  • all of the liquid effluent from the packing is completely redispersed on the packing.
  • the liquid effluent from the packing is recovered in the receptacle tank to be then redispersed on the packing.
  • the method according to the invention is implemented in continuous operation.
  • continuous operation is meant that crushed waste is added regularly (generally one or more times per day) in the aqueous suspension, during the implementation of the process, as the aerobic biodegradation eliminates waste.
  • the method according to the invention can further comprise a step of natural or forced ventilation of the lining, preferably by forced circulation of an air flow in the lining.
  • the forced circulation of an air flow in the lining makes it possible, when natural ventilation does not guarantee good aeration of the lining, to promote aerobic biodegradation.
  • the aeration can also make it possible to control the temperature within the lining, the circulating air being able to serve for example to lower the temperature.
  • the forced air circulation is preferably done by means of a compressor or a fan.
  • the forced air circulation is preferably in the opposite direction of circulation to that of the aqueous suspension in the packing, that is to say that the air preferably circulates from the base to the head of the packing.
  • the temperature of the injected air is generally at ambient temperature, that is to say a temperature generally between 10 and 20 ° C. Depending on the season and the environment in which the process is implemented, this temperature may be lower or higher. Preferably, the air temperature is within a range of 15 to 25 ° C.
  • the calories extracted in step 3) of the process can be used to increase the temperature of the injected air, for example by direct recovery of the calories from the liquid effluents and / or gaseous from the packing (for example directly in a heat exchanger) or via a heat transfer fluid.
  • the method according to the invention can further comprise a step of using the calories extracted in step 3) to control the temperature of the aerobic biodegradation step and / or of the anaerobic biodegradation step .
  • the waste or the aqueous suspension comprising the ground and / or dissolved waste comprises sufficient aerobic microorganisms for aerobic biodegradation to take place.
  • the composition of the food waste or the aqueous suspension comprising the crushed and / or dissolved waste would not make it possible to ensure sufficient aerobic biodegradation, it is possible to enrich the medium (aqueous suspension or part of the device) with microorganisms useful for the biodegradation of waste.
  • anobic microorganism means a microorganism which can only live in the presence of strict oxygen or whose
  • oxygen which is then qualified as optional aerobic. It can be bacteria or fungi.
  • the microorganisms involved in aerobic biodegradation are essentially bacteria (i.e. phyla: Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria, Bacteroidetes, Deinococcus-Thermus) and
  • fungi i.e. phyla: Ascomycota, Basidiomycota, Zygomycota, Oomycota, Deuteromycota, Chytridiomycota).
  • the aqueous suspension comprising crushed and / or dissolved waste can be obtained by grinding, more or less fine, the waste, followed by their dissolution.
  • the suspension obtained can then be dispersed on the lining, in accordance with step 1) of the method according to the invention.
  • the method according to the invention can further comprise the steps:
  • the insufficiently ground solid particles extracted can then be ground again and then put into solution.
  • the diameter of the particles of the ground material can easily be adapted by a person skilled in the art depending on the type of packing, in particular depending on its porosity.
  • the diameter of the particles of the ground material is less than 3 mm.
  • any type of packing can be used in the implementation of the method according to the invention.
  • any type of packing can be used in the implementation of the method according to the invention.
  • “Packing” means an assembly, in bulk or in structure, for example in a column, which makes it possible to increase the contact surface between the liquid phase and the gas phase, thus improving the exchanges between the phases for a given column volume.
  • the porosity of the lining may be a function of the flow rate and of the concentration of dry matter in the suspension.
  • the mixture of different structuring materials makes it possible to more easily adjust the porosity and the exchange surface of the lining.
  • the filling can be a natural and / or synthetic filling.
  • the filling is preferably chosen from the group comprising natural inorganic or organic materials and synthetic materials or a mixture of these.
  • the filling can for example be composed of pozzolana, gravel, clay balls, glass, peat, wood (for example chips), coconut fiber, plastics (for example PVC), metal, glass or ceramics, loose or structured, or a mixture of these materials.
  • the method according to the invention can further comprise a step of anaerobic biodegradation or fermentation.
  • at least part of the liquid effluent leaving the packing can undergo an anaerobic biodegradation or fermentation step before being redispersed at the top of the packing.
  • the anaerobic biodegradation or fermentation step can be implemented in a tank isolated from the lining, and in particular from any natural or forced air flow, said tank which may be identical or different from the receptacle vessel used for re-feeding and recovery of liquid effluent leaving the packing.
  • the method may further comprise a step of inoculation (ie of the tank isolated from the lining or from another element) with microorganisms promoting anaerobic biodegradation or fermentation.
  • the cooling of the liquid and / or gaseous effluents leaving the packing can be carried out by conduction and / or condensation.
  • the biodegradation reaction taking place within the packing may cause the temperature within the packing to increase.
  • the gaseous effluent can have a temperature of 30 to 70 ° C and contain a relatively high amount of water vapor.
  • the gaseous effluent thus comprises water vapor from heating the medium (suspension and packing), that is to say water from the aqueous suspension, the temperature of which increases during the implementation of the process. , water contained in the waste itself but also water resulting from biodegradation itself.
  • the cooling of the gaseous effluent helps reduce water loss when gases escape into the atmosphere.
  • cooling the off-gas will lower its temperature by about 10 to 20 ° C.
  • Cooling the liquid effluent can also limit / control the temperature of aerobic biodegradation.
  • the liquid effluent can have a temperature ranging from 10 to 50 ° C.
  • cooling the liquid effluent lowers its temperature by about 10 to 20 ° C.
  • the cooling of the liquid effluent can thus make it possible to redisperse on the packing an aqueous suspension, the temperature of which does not exceed 50 ° C on the packing in order to avoid any phenomenon of runaway and uncontrolled rise in temperature within of the filling.
  • those skilled in the art will know how to adapt the cooling of the liquid and / or gaseous effluent so as to maintain an optimum temperature for biodegradation in the packing.
  • the cooling of the liquid and / or gaseous effluents leaving the lining makes it possible to extract calories.
  • the calories extracted are then transferred, preferably to a heat transfer fluid, in order to be valued.
  • the calories extracted can for example be used to heat a room close to the place of implementation of the process, to produce domestic hot water or even for the benefit of material drying, or else used in winter, to heat the flow. air circulating in the packing, the packing itself or even the receptacle tank.
  • the process of the invention makes it possible to recover at least 20% of the quantity of calories theoretically recoverable, preferably more than 40%.
  • Another object of the invention relates to a device for implementing the method according to the invention, comprising:
  • a lining support comprising a lining
  • connection means a direct or indirect connection between two elements of the device.
  • the supply means represents any element making it possible to introduce the waste, crushed or not, in aqueous suspension or not, into the device according to the invention with a view to their treatment.
  • the supply means may be located at the level of the tank or else be the tank itself, at the packing head or upstream of the grinding means.
  • the supply of aqueous suspension can take place via the receptacle tank. It can be a tank whose contents are agitated (axial agitation) and of sufficient useful volume to allow an increase in its volume following an increase in dry matter of the solution or a deficit of evaporation. The aqueous suspension is thus dispersed on the lining from the receptacle tank thanks to the recirculation loop.
  • the liquid effluent from the packing is stored in the receptacle tank and redispersed at the head of the packing via the recirculation loop.
  • the feed can also be carried out directly at the packing head, via an element separate from the recirculation loop.
  • the tank can be connected to the packing via the recirculation loop and the means of dispersion / redispersion.
  • the receptacle tank 4 is connected to the head 11 of the packing via the recirculation loop 2 and / or the dispersion / redispersion means 3.
  • the receptacle tank thus makes it possible to store the aqueous suspension before its dispersion on the packing. and then recovering the liquid effluent leaving the lining, before the latter is redispersed on the lining.
  • the receptacle vessel 4 can comprise a means of agitation 41, preferably a mechanical agitator.
  • the dispersion means represents any element allowing the homogeneous distribution of the aqueous suspension on the lining. It may be a fixed network of pipelines or a motorized and / or mobile distributor (distributor in translation or in rotation if parallelepipedic or cylindrical tank), the movement allowing the distribution points to be moved uniformly over any the surface of the lining. Preferably, it is a motorized and / or mobile distributor.
  • packing support is understood to mean any structure or element comprising the lining. It may for example be any suitable container, for example a packing column. Depending on the volumes of aqueous suspension to be treated, the dimensions of the packing column can be larger or smaller. Typically, for the treatment of an amount ranging from about 4 to 7.5 tonnes of waste per year, the dimensions of the (cylindrical) packing column are adapted to receive a volume of about 1 m 3 of packing.
  • the lining generally rests on a support grid fixed to the base of the lining support in which the lining is located.
  • the material constituting the lining support has a low thermal conductivity or the lining support comprises an insulation and can thus be thermally isolated from the external environment.
  • the support can be made of plastic (minimum conductivity of the order of 0.15 W / m / ° K) and / or of metal (minimum conductivity of the order of 14 W / m / ° K for the 'stainless steel or stainless steel) and may include a polyurethane type insulator (minimum conductivity of the order of 0.026 W / m / ° K).
  • the base 12 of the lining is connected to the tank 4.
  • the lining is generally traversed, 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
  • oxygen used by microorganisms for aerobic biodegradation organic matter biodegradable is oxidized in the major forms of CO2 and H2O.
  • the carbon dioxide and the water are evacuated via the gas flow leaving the packing head towards the cooling means, in contact with which the water vapor is condensed and then trickles into the packing, thus preventing the DM concentration of the suspension exceeds the clogging threshold (generally above 100 g / L), and in certain cases the drying out of the biofilter.
  • the biodegradation activity results in the production of heat generating heating of the packing and of the solution.
  • the liquid effluent flows into the receptacle tank.
  • the ventilation means represent any element allowing air circulation in the lining. This could be a fan, a compressor, or a simple opening allowing air to flow through the packing.
  • the ventilation means 9 is connected to the base 12 of the lining.
  • the recirculation loop connects the tank to the head of the packing.
  • the recirculation loop can include pumping means.
  • the pumping means can be any element such as a centrifugal or peristaltic pump making it possible to circulate the aqueous suspension from the tank to the dispersion and / or redispersion means.
  • the recirculation loop 2 optionally comprising a pumping means 21, connects the tank 4 and the head 11 of the packing, allowing at least part of the liquid effluent from the packing to be reinjected at the head of the packing .
  • the means of dispersion and redispersion are identical or different, preferably identical.
  • the dispersion / redispersion means 3 is connected to the pump and to the packing head 11, making it possible to homogeneously disperse the aqueous suspension on the packing.
  • the extraction means can be a simple settling tank.
  • Settling will be favored by intermittent stopping of the agitation and the supply of the packing when the DM concentration of the aqueous suspension will no longer allow the supply of the quantity of waste for which the device for implementing the process has been used.
  • Settling can possibly be favored by adding flocculants in the receptacle tank, the latter allowing the formation of flocs (the settling speed of which is greater than the non-flocculated materials).
  • the extraction means 5 can be connected or integrated into the receptacle vessel 4.
  • the cooling means can be any type
  • the cooling means at the packing head may be a liquid / gas heat exchanger preferably operating by condensation.
  • they may be tube or plate exchangers.
  • the cooling means at the base of the packing may be a liquid / liquid heat exchanger preferably operating by conduction.
  • they may be tube or plate exchangers.
  • the heat exchanger can be positioned upstream (packing head) and / or downstream (packing base or in the receptacle vessel) of the packing. When a heat exchanger is positioned upstream of the packing, it cools the gaseous effluent from the packing. The cooling of the gaseous effluent allows condensation of the water vapor contained in the gaseous effluent.
  • This condensation makes it possible to avoid water losses and thus to limit the increase in dry matter of the solution which would result in clogging of the packing.
  • a heat exchanger When a heat exchanger is positioned downstream of the packing, it cools the liquid effluent from the packing, before it is redispersed. Lowering the temperature of the liquid effluent can also make it possible to reduce losses by evaporation by lowering the temperature of the upper part of the packing (during redispersion in particular).
  • the calories extracted during the cooling of the liquid and / or gaseous effluents from the packing can be transferred to a heat transfer fluid or any other storage element.
  • the gaseous effluent from biodegradation consists of a mixture of oxygen, nitrogen, carbon dioxide, water vapor and other gases from biodegradation. It generally contains less oxygen and more carbon dioxide than incoming air, water vapor, and other gases from biodegradation.
  • the gaseous effluent escapes through the head of the packing and circulates in the cooling means in which the water vapor is recondensed to then run off again in the packing, or else directly into the receptacle vessel via a pipe connected to the support filling.
  • the at least one cooling means 7,8 is connected to the head 11, to the support 13 and / or to the base 12 of the lining.
  • the device further comprises an element for filtering the outgoing gases, in particular for deodorizing the outgoing gas, for example by biofiltration.
  • the element for filtering the outgoing gases is connected to the cooling means 7, preferably downstream thereof with respect to the direction of flow of the gases.
  • the device according to the invention further comprises a grinding means.
  • the grinding means may for example be a grinder of the meat grinder type, namely a screw driving the waste and compressing it against a calibration grid, said grid being preceded by a knife, the driving speed of the screw and of the knife and the mesh size of the grid setting the level of waste grinding.
  • the grinding means 6 can be connected to or integrated with the tank 4.
  • the waste can thus be crushed before their suspension in the tank or even crushed within the tank, preferably before their setting. suspension in the tank.
  • the invention also relates to the use of the device according to the invention for treating waste, preferably food, comprising organic material and capable of undergoing aerobic, at least partial biodegradation.
  • FIG. 1 represents an example of a device 100 for implementing the method according to the invention comprising an inlet E for supplying waste, an outlet S for gases, a lining 1 comprising a head 11 and a base 12 of packing, a packing support 13, a recirculation loop 2 (comprising a pump 21), a distributor 3 of the aqueous suspension at the top 11 of the packing, a receptacle tank 4 comprising an agitator 41, a settling tank 5, a mill 6, a condensation heat exchanger 7, a conduction heat exchanger 8 and a fan 9 (or compressor).
  • a receptacle tank 4 comprising an agitator 41, a settling tank 5, a mill 6, a condensation heat exchanger 7, a conduction heat exchanger 8 and a fan 9 (or compressor).
  • FIG. 2 represents a device 101 for implementing the method according to the invention comprising a step of anaerobic biodegradation or fermentation comprising an inlet E for supplying waste, an outlet S for gases, a packing 1 comprising a head 11 and a packing base 12, a packing support 13, a recirculation loop 2 (comprising a pump 21), a distributor 3 for the aqueous suspension at the top 11 of the packing, a receptacle tank 4 comprising a stirrer 41, a decanter 5, a mill 6, a heat exchanger by condensation 7, a heat exchanger by conduction 8, a fan 9 (or compressor) in which the tank 4 is isolated from the air flow by the connection means 10.
  • a step of anaerobic biodegradation or fermentation comprising an inlet E for supplying waste, an outlet S for gases, a packing 1 comprising a head 11 and a packing base 12, a packing support 13, a recirculation loop 2 (comprising a pump 21), a distributor
  • the receptacle vessel 4 was a cylindrical HDPE vessel with a volume of 70 L. A volume of 50 L of water was introduced into the receptacle vessel prior to the first supply of crushed waste.
  • the treated bio-waste was collected in a self-catering type community restaurant. This was food waste mainly corresponding to raw and cooked food not consumed by users (leftover trays and raw and cooked food not selected by users). Their dry matter content (DM) was 230.4 g DM / kg. The waste was crushed in the crusher 6 before it was added to the receptacle tank 4.
  • rCh was 38.3 g / h.
  • rCh max was 66 g / h.
  • Its kinetics correspond to DS reduction kinetics of between 22.6 and 38.3 g DS / h, ie waste treatment capacities of between 4.3 and 7.4 tonnes / year / m 3 of packing.
  • the maximum temperature of the packing resulting from an input of waste continued to increase during the experiment; it was, after the last input, 59 ° C.
  • the ratio [mass of H2O evaporated / mass DM eliminated] should be in a steady state of the order of 3.7 (to avoid an increase in the volume of water in the tank if it is less than 3.7 and an increase in the DM content of the solution if it is greater than 3.7).
  • the kinetics of water evaporation continued to increase throughout the experiment to reach 102 g / h at the end of the experiment, i.e. a ratio [mass of evaporated water / mass of DM eliminated] of the order of 4.5 g / g.
  • the quantity of heat recovered at the end of the experiment was 460 kJ / kg (130 kWh / tonne) of waste eliminated, or 40% of the theoretically recoverable quantity. Changing the material of the column supporting the packing and improving the insulation of the receptacle and the solution recirculation pipes can increase this efficiency.

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Abstract

L'invention appartient au domaine du traitement des déchets, et en particulier au domaine du traitement des déchets ménagers, plus particulièrement alimentaires. La présente invention se rapporte à un procédé de traitement de déchets alimentaires et d'extraction de la chaleur associée à ce traitement et à un dispositif de mise en œuvre du procédé selon l'invention

Description

PROCEDE DE TRAITEMENT DE DECHETS
ALIMENTAIRES ET D’EXTRACTION DE LA CHALEUR
ASSOCIÉE À CE TRAITEMENT
[0001] Domaine technique
[0002] L’invention appartient au domaine du traitement des déchets, et en particulier au domaine du traitement des déchets ménagers, plus particulièrement alimentaires.
[0003] La présente invention se rapporte à un procédé de traitement de déchets alimentaires et d’extraction de la chaleur associée à ce traitement et à un dispositif de mise en œuvre du procédé selon l’invention.
[0004] Etat de la technique
[0005] En France, depuis le 1er janvier 2012, il est obligatoire pour quiconque détient une quantité importante de biodéchets (déchets biodégradables) de les valoriser via des filières adaptées. Sont concernées principalement les entreprises d’espaces verts, les entreprises de la grande distribution, les industries de G agroalimentaires, les cantines et restaurants ou bien encore les marchés. Les seuils définissant la « quantité importante » ont progressivement été abaissés de 120 à 10 tonnes : en 2012, l’obligation concernait les professionnels qui produisent plus de 120 tonnes par an de biodéchets ou plus de 1500 litres par an d’huiles alimentaires usagées. Depuis le 1er janvier 2016, ce sont les professionnels produisant plus de 10 tonnes par an de biodéchets, et de 60 litres par an pour les huiles, qui sont concernés. Cela correspond par exemple aux marchés de gros ou forains, à certains restaurateurs, aux petites surfaces de distribution alimentaire.
[0006] Ainsi, cette obligation de valorisation des biodéchets touche de plus en plus d’acteurs économiques.
[0007] S’agissant en particulier des cantines, des restaurants et plus généralement du commerce alimentaire, les déchets alimentaires produits ont une biodégradabilité et une humidité élevées. Ils peuvent contenir des microorganismes dont certains sont pathogènes. Ils peuvent aussi être le siège de développement de mouches, attirent les nuisibles tels que les rats et sont souvent vecteurs d’odeurs nauséabondes.
[0008] Ces caractéristiques imposent un certain nombre de contraintes, et notamment l’usage d’équipements spécifiques (ayant par exemple une étanchéité aux odeurs) dont le nettoyage et parfois la décontamination peuvent être contraignants ou des fréquences de collectes élevées accroissant dans tous les cas et de façon significative les coûts de collecte voire de traitement.
[0009] Des solutions de stabilisation ou de traitement in-situ par séchage, compostage ou méthanisation existent ou sont en développement. A contrario du séchage et de la méthanisation requérant un apport de chaleur et la mise en œuvre de dispositifs de prévention des risques incendies et/ou explosifs, le compostage peut faire l'objet d'une mise en œuvre rustique de coûts d'investissement et de fonctionnement moindres que ceux associés au séchage ou à la méthanisation. 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. Quelles qu'elles soient, ces solutions ont pour limites communes le rejet que suscitent la vue et la manipulation de ce type de déchets, les nuisances qu'elles génèrent (odeurs, mouches etc...), leur défaut d'ergonomie. Il y a peu d’installation in-situ en service et les retours sur celles existantes sont mitigés voire négatifs.
[0010] 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.
[0011] 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...).
[0012] Cependant, la solution ci-dessus ne présente pas que des avantages. La biodégradabilité élevée des déchets alimentaires se traduit par la production d’importantes quantités de chaleur lors de leur traitement aérobie. Une production importante de chaleur a pour effet une élévation importante de la température du garnissage. De fait, un accroissement non maîtrisé de la teneur en matière sèche de la solution par excès d’évaporation d’eau sous forme vapeur dans les gaz sortants peut conduire à un colmatage rapide du garnissage. Dans un tel cas, à moins de réinjecter de l’eau
régulièrement, il n’y a pas de solution au colmatage. De plus, la chaleur produite se disperse et n’est pas valorisée.
[0013] Il existe donc un besoin de combler les manques et inconvénients de l’art antérieur.
[0014] Description détaillée de l’invention
[0015] L’invention se rapporte ainsi à un procédé de traitement de déchets comprenant les étapes de :
1) alimentation et dispersion sur un 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) refroidissement des effluents liquide et/ou gazeux sortant du garnissage, de préférence par conduction et/ou condensation, et transfert des calories extraites, de préférence à un fluide caloporteur,
4) redispersion sur le garnissage d’au moins une partie de l’effluent liquide sortant du garnissage,
dans lequel, les déchets subissent une biodégradation aérobie au sein du garnissage, à une température allant de 30 à 70°C, de préférence de 40 à 50°C.
[0016] 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. [0017] On entend par « biodégradation », la consommation, à des fins métaboliques, de matières organiques par des microorganismes comme les bactéries, les champignons ou les algues.
[0018] 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.
[0019] 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).
[0020] 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.
[0021] 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 G alimentation.
[0022] 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.
[0023] 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.
[0024] 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.
[0025] 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. De préférence, lorsque l’étape 2) du procédé est mise en œuvre, sont mises en arrêt l’alimentation, l’agitation, la
dispersion/redispersion de la suspension aqueuse. 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.
L’extraction peut être réalisée avant, simultanément ou après le refroidissement de l’effluent liquide sortant du garnissage.
[0026] Dans le cadre de l’invention, on entend par « matière inerte », toute matière, non biodégradable, qui ne peut pas être dégradée par les microorganismes. 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, fragments d'os ou de coquillages etc...), de matière organique non biodégradable sur la durée du traitement tel que de la lignine (pépins etc...) mais également les éventuels résidus d’emballage, os ou coquillages qui seraient passés outre le tri préalable.
[0027] 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.
[0028] 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 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 totalité de l’effluent liquide du garnissage est intégralement redispersé 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 en eau essentiellement sous forme vapeur. Ces pertes sont généralement équivalentes (c’est-à- dire ni supérieures, ni inférieures) à la quantité d'eau apportée par les déchets et formée par la biodégradation aérobie desdits déchets, le procédé de l’invention étant ainsi mis en œuvre avec un volume constant de solution.
[0029] 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.
[0030] Avantageusement, le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une étape 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 du 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. En fonctionnement hivernal par exemple, lorsque l’air ambiant est froid, les calories extraites à l’étape 3) du procédé peuvent servir à augmenter la température de l’air injecté, par exemple par une récupération directe des calories des effluents liquide et/ou gazeux du garnissage (par exemple directement dans un échangeur de chaleur) ou bien via un fluide caloporteur.
[0031] Avantageusement, le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une étape d’utilisation des calories extraites à l’étape 3) pour contrôler la température de l’étape de biodégradation aérobie et/ou de l’étape de biodégradation anaérobie.
[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 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 de bactéries ou de champignons.
[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,
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.
[0036] Avantageusement, tout type de garnissage peut être utilisé dans la mise en œuvre du procédé selon l’invention. Dans le cadre de l’invention, on entend par
« garnissage », un assemblage, en vrac ou structuré, par exemple dans une 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. Le garnissage peut être un garnissage d’origine naturelle et/ou synthétique. Le garnissage est de préférence choisi dans le groupe comprenant les matériaux naturels minéraux ou organiques et les matériaux synthétiques ou un mélange de ceux-ci. Le garnissage peut par exemple être composé de pouzzolane, de gravier, de billes d’argile, de verre, de tourbe, de bois (par exemple plaquettes), de fibre de coco, de plastiques (par exemple PVC), de métal, de verre ou de céramiques, en vrac ou structurés, ou un mélange de ces matériaux.
[0037] Avantageusement, le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une étape 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 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 ralimentation et la récupération de reffluent 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.
[0038] Avantageusement, le refroidissement des effluents liquide et/ou gazeux sortant du garnissage peut être réalisé par conduction et/ou condensation. La réaction de biodégradation ayant lieu au sein du garnissage peut entraîner l’augmentation de la température au sein du garnissage. L’effluent gazeux peut avoir une température allant de 30 à 70°C et contenir une quantité relativement élevée de vapeur d’eau. L’effluent gazeux comprend ainsi de la vapeur d’eau provenant de réchauffement du milieu (suspension et garnissage), c’est-à-dire de l’eau de la suspension aqueuse dont la température augmente lors de la mise en œuvre du procédé, de l’eau contenue dans les déchets eux-mêmes mais aussi de l’eau issue de la biodégradation elle-même. Le refroidissement de l’effluent gazeux permet de réduire les pertes en eau lors de l’échappement des gaz dans l’atmosphère. Généralement, le refroidissement de l’effluent gazeux permet d’abaisser sa température d’environ 10 à 20 °C. Le refroidissement de l’effluent liquide peut aussi permettre de limiter/contrôler la température de la biodégradation aérobie. L’effluent liquide peut avoir une température allant de 10 à 50°C. Généralement, le refroidissement de l’effluent liquide permet d’abaisser sa température d’environ 10 à 20 °C. Le refroidissement de l’effluent liquide peut ainsi permettre de redisperser sur le garnissage une suspension aqueuse dont la température ne dépasse pas les 50 °C sur le garnissage afin d’éviter tout phénomène d’emballement et d’élévation incontrôlée de la température au sein du garnissage. 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.
[0039] 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, de 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%.
[0040] Un autre objet de l’invention se rapporte à un dispositif de mise en œuvre du procédé selon l’invention, comprenant :
- un support de garnissage comprenant un garnissage,
- un moyen d’alimentation de la suspension aqueuse,
- un moyen de dispersion de la suspension aqueuse,
- un moyen de redispersion de l’effluent liquide du garnissage, de préférence identique au moyen de dispersion,
- un moyen d’extraction de la matière inerte et/ou des boues de l’effluent liquide sortant du garnissage,
- au moins un moyen de refroidissement des effluents liquide et/ou gazeux sortant du garnissage, permettant de réguler la température au sein du garnissage et
- une boucle de recirculation permettant la redispersion sur le garnissage d’au moins une partie de l’effluent liquide sortant du garnissage.
[0041] On entend par « relié » une connexion directe ou indirecte entre deux éléments du dispositif.
[0042] Avantageusement, le moyen d’alimentation représente tout élément permettant d’introduire les déchets, broyés ou non, en suspension aqueuse ou non, dans le dispositif selon l’invention en vue de leur traitement. Le moyen d’alimentation peut se situer au niveau de la cuve ou bien être la cuve elle-même, en tête de garnissage ou en amont du moyen de broyage. Avantageusement, dans le procédé selon l’invention, l’alimentation en suspension aqueuse peut se faire via la cuve réceptacle. 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 depuis la cuve réceptacle grâce à la boucle de recirculation. Généralement, l’effluent liquide du garnissage est stocké dans la cuve réceptacle et redispersé en tête du garnissage via la boucle de recirculation. L’alimentation peut également être réalisée directement en tête de garnissage, via un élément distinct de la boucle de recirculation. La cuve peut être reliée au garnissage via la boucle de recirculation et le moyen de dispersion/redispersion. [0043] Avantageusement, la cuve réceptacle 4 est reliée à la tête 11 du garnissage via la boucle de recirculation 2 et/ou le moyen de dispersion/redispersion 3. La cuve réceptacle permet ainsi de stocker la suspension aqueuse avant sa dispersion sur le garnissage et de récupérer ensuite l’effluent liquide sortant du garnissage, avant que ce dernier ne soit redispersé sur le garnissage. La cuve réceptacle 4 peut comprendre un moyen d’agitation 41, de préférence un agitateur mécanique.
[0044] Avantageusement, le moyen de dispersion représente tout élément permettant la répartition homogène de la suspension aqueuse sur le garnissage. 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 cuve parallélépipédique ou cylindrique), le mouvement permettant de déplacer les points de distribution de façon homogène sur toute la surface du garnissage. De préférence, il s’agit d’un répartiteur motorisé et/ou mobile.
[0045] On entend par « support de garnissage », toute structure ou élément comprenant le garnissage. Il peut s’agir par exemple de tout contenant adapté, par exemple d’une colonne de garnissage. En fonction des volumes de suspension aqueuse à traiter, les dimensions de la colonne de garnissage peuvent être plus ou moins grandes. Typiquement, pour le traitement d’une quantité allant d’environ 4 à 7,5 tonnes de déchets par an, les dimensions de la colonne (cylindrique) de garnissage sont adaptées pour recevoir un volume d’environ 1 m3 de garnissage. Le garnissage repose généralement sur une grille support fixée à la base du support de garnissage dans lequel se trouve le garnissage. De préférence, le matériau constitutif du support de garnissage a une faible conductivité thermique ou bien le support de garnissage comprend un isolant et peut ainsi être isolé thermiquement de l’environnement extérieur. Par exemple, le support peut 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).
[0046] Avantageusement, la base 12 du garnissage est reliée à la cuve 4.
[0047] Avantageusement, lors de la mise en œuvre du procédé dans le dispositif selon l’invention, le garnissage 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 refroidissement, au contact duquel la vapeur d’eau est condensée et ruisselle ensuite dans le garnissage, évitant ainsi que la concentration en MS de la suspension dépasse le seuil de colmatage (généralement au-delà de 100 g/L), 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 du garnissage, l’effluent liquide s’écoule dans la cuve réceptacle.
[0048] Avantageusement, le moyen d’aération représente tout élément permettant une circulation d’air dans le garnissage. Il peut s’agir d’un ventilateur, d’un compresseur ou d’une simple ouverture permettant à l’air de circuler dans le garnissage.
[0049] Avantageusement, le moyen d’aération 9 est relié à la base 12 du garnissage.
[0050] Avantageusement, la boucle de recirculation relie la cuve à la tête du garnissage. La boucle de recirculation peut comprendre un moyen de pompage. Le moyen de pompage 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 et/ou de redispersion.
[0051] Avantageusement, la boucle de recirculation 2 comprenant éventuellement un moyen de pompage 21, relie la cuve 4 et la tête 11 du garnissage, permettant à au moins une partie de l’effluent liquide du garnissage d’être réinjecté en tête du garnissage.
[0052] Avantageusement, les moyens de dispersion et de redispersion sont identiques ou différents, de préférence identiques.
[0053] Avantageusement, le moyen de dispersion/redispersion 3 est relié à la pompe et à la tête 11 de garnissage, permettant de disperser de manière homogène la suspension aqueuse sur le garnissage.
[0054] Avantageusement, le moyen d’extraction peut être un décanteur simple. 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 le dispositif de mise en œuvre du procédé 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).
[0055] Avantageusement, le moyen d’extraction 5 peut être relié ou intégré à la cuve réceptacle 4.
[0056] Avantageusement, le moyen de refroidissement peut être tout type
d’échangeur thermique. Le moyen de refroidissement en tête de garnissage 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 à la base du garnissage 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 du garnissage) et/ou en aval (base du garnissage ou dans la cuve réceptacle) du garnissage. Lorsqu’un échangeur de chaleur est positionné en amont du garnissage, 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. Lorsqu’un échangeur de chaleur est positionné en aval du garnissage 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 au support de garnissage.
[0057] Avantageusement, le au moins un moyen de refroidissement 7,8 est relié à la tête 11, au support 13 et/ou à la base 12 du garnissage. [0058] Avantageusement, le dispositif comprend en outre un élément de filtration des gaz sortant, notamment de désodorisation du gaz sortant, par exemple par biofiltration. L’élément de filtration des gaz sortant est relié au moyen de refroidissement 7, de préférence en aval de celui-ci par rapport au sens de circulation des gaz.
[0059] Avantageusement, le dispositif selon l’invention comprend en outre un moyen de broyage. Le moyen de broyage peut par exemple être un broyeur de type hachoir à viande, à savoir une vis entraînant le déchet et le comprimant contre une grille de calibration, ladite grille étant précédée d'un couteau, la vitesse d'entrainement de la vis et du couteau et la dimension des mailles de la grille fixant le niveau de broyage du déchet.
[0060] Avantageusement, le moyen de broyage 6 peut être relié ou intégré à la cuve 4. Les déchets peuvent ainsi être broyés avant leur mise en suspension dans la cuve ou bien encore broyés au sein de la cuve, de préférence avant leur mise en suspension dans la cuve.
[0061] L’invention se rapporte également à l’utilisation du dispositif selon l’invention pour traiter des déchets, de préférence alimentaires, comprenant de la matière organique et pouvant subir une biodégradation aérobie, au moins partielle.
[0062] 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 le dispositif 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),
- une quantité limitée d’effluent aqueux nécessitant un traitement
- 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 (CEL, N2O, ML, H2S COV, odeurs) liée à la meilleure maîtrise de roxygénation de la matière et de sa biodégradation,
- un rendement d’extraction de la chaleur produite élevé au profit de la production d’eau chaude sanitaire, du chauffage de locaux.
[0063] Brève description des figures
[0064] La figure 1 représente un exemple de dispositif 100 de mise en œuvre du procédé selon l’invention comprenant une entrée E d’alimentation en déchets, une sortie S des gaz, un garnissage 1 comprenant une tête 11 et une base 12 de garnissage, un support de garnissage 13, une boucle de recirculation 2 (comprenant une pompe 21), un répartiteur 3 de la suspension aqueuse en tête 11 du garnissage, une cuve réceptacle 4 comprenant un agitateur 41, un décanteur 5, un broyeur 6, un échangeur thermique par condensation 7, un échangeur thermique par conduction 8 et un ventilateur 9 (ou compresseur).
[0065] La figure 2 représente un dispositif 101 de mise en œuvre du procédé selon l’invention comprenant une étape de biodégradation anaérobie ou de fermentation comprenant une entrée E d’alimentation en déchets, une sortie S des gaz, un garnissage 1 comprenant une tête 11 et une base 12 de garnissage, un support de garnissage 13, une boucle de recirculation 2 (comprenant une pompe 21), un répartiteur 3 de la suspension aqueuse en tête 11 du garnissage, une cuve réceptacle 4 comprenant un agitateur 41, un décanteur 5, un broyeur 6, un échangeur thermique par condensation 7, un échangeur thermique par conduction 8, un ventilateur 9 (ou compresseur) dans lequel la cuve 4 est isolé du flux d’air par le moyen de connexion 10.
[0066] L’exemple suivant illustre l’invention, de manière non limitative.
[0067] Une expérimentation a été menée dans le dispositif 100 donné en exemple
Figure 1. La cuve réceptacle 4 était une cuve cylindrique en PEHD de volume 70 L. Un volume de 50 L d’eau a été introduit dans la cuve réceptacle préalablement au premier apport de déchets broyés. La colonne 13 contenant le garnissage 1 était une cuve cylindrique (d = 0,7 m, h= 0,7 m) en inox, isolée en pourtour par une épaisseur de 10 cm de polyuréthane. Le garnissage 1, de volume total 200 L, était supporté par une grille inox de maille 10 mm x 10 mm. Il consistait en un mélange constitué à 60% en volume de plaquettes de bois (granulométrie 20 à 40 mm) et à 40% en volume d’anneaux Pall (15 mm x 15 mm). Une sortie des gaz était aménagée au sommet de la colonne contenant le garnissage laquelle était connectée à un tube PVC en contact thermique avec
l’atmosphère extérieure au dispositif et débouchant sur un piège à condensais (échangeur thermique 7), permettant à la vapeur condensée d’être pesée avant d’être reversée sur le garnissage.
[0068] 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 230,4 g MS/kg. Les déchets ont été broyés dans le broyeur 6 préalablement à leur apport dans la cuve réceptacle 4.
[0069] Sur une période de 13 jours d’expérimentation, 57 kg de déchets broyés ont été apportés dans la cuve réceptacle 4. La suspension était homogénéisée de façon discontinue à l’aide d’un mélangeur à hélice vitesse rapide (agitateur 41). De l’air produit par un compresseur 9 était injecté à la base du garnissage 12. Le débit d’aération appliqué sur le garnissage 1 était de 900 L/h. La suspension contenant le déchet était injectée et recirculée sur le garnissage 1 à l’aide d’une pompe péristaltique (21). Le débit de la suspension sur le garnissage 1 était compris entre 6 et 7 L/h. La dispersion homogène de la suspension sur le garnissage 1 a été mise en œuvre via la répartition du flux de suspension dans un réseau de tubes dont les sorties ont été uniformément réparties à la surface du garnissage 1.
[0070] Chaque apport de déchet broyé s’est traduit par :
i) une croissance rapide de la cinétique de consommation d’oxygène (rCk) 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 rCh et la température dans le garnissage puis iii) la décroissance de rCh et T.
[0071] Sur l’ensemble de l’expérimentation, rCh moyen était de 38,3 g/h. Au maximum de biodégradation, rCh max était de 66 g/h. Ses cinétiques correspondent à des cinétiques d’abattement en MS comprises entre 22,6 et 38,3 g MS/h soit des capacités de traitement de déchet comprises entre 4,3 et 7,4 tonnes/an/m3 de garnissage. Le maximum de température du garnissage consécutif à un apport de déchets n’a cessé de croître en cours d’expérimentation, il était, après le dernier apport, de 59°C. [0072] L’oxydation de la MS étant à l’origine d’une production d’eau de l’ordre de 0,4 g H20/g MS éliminée et le ratio H2O/MS dans le déchet étant de 3,3, le ratio [masse de H2O évaporée / masse MS éliminée] devrait être en régime permanent de l’ordre de 3,7 (pour éviter un accroissement du volume d’eau dans la cuve s’il est inférieur à 3,7 et d’un accroissement de la teneur en MS de la solution s’il est supérieur à 3,7). La cinétique d’évaporation d’eau n’a cessé de croître tout au long de l’expérimentation pour atteindre 102 g/h en fin d’expérimentation soit un ratio [masse d’eau évaporée / masse de MS éliminée] de l’ordre de 4,5 g/g. Quinze kilogrammes de condensais ont été produits en cours d’expérimentation témoignant de l’intérêt et de la maîtrise de la condensation de la vapeur sortante. Il n’a pas été observé d’accroissement de la MS de la solution dans la cuve réceptacle entre le début et la fin de l’expérimentation. Il n’a pas non plus été observé de décantai en fond de cuve réceptacle.
[0073] La quantité de chaleur récupérée en fin d’expérimentation était de 460 kJ/kg (130 kWh/tonne) de déchet éliminé, soit 40% de la quantité théoriquement récupérable. Un changement de matériau de la colonne supportant le garnissage et une amélioration de l’isolation de la cuve réceptacle et des tuyaux de recirculation de la solution peuvent permettre d’accroître ce rendement.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de traitement de déchets, de préférence alimentaires,
comprenant les étapes de :
1) alimentation et dispersion sur un 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) refroidissement des effluents liquide et/ou gazeux sortant du garnissage, de préférence par conduction et/ou condensation, et transfert des calories extraites, de préférence à un fluide caloporteur,
4) redispersion sur le garnissage d’au moins une partie de l’effluent liquide sortant du garnissage,
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 l’une quelconque des revendications précédentes,
comprenant en outre une étape d’aération naturelle ou forcée du garnissage, de préférence par circulation forcée d’un flux d’air dans le garnissage.
[Revendication 4] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes,
comprenant en outre une étape d’agitation de la suspension aqueuse comprenant des déchets broyés et/ou dissous.
[Revendication 5] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes,
comprenant en outre les étapes :
a) broyage de déchets,
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.
[Revendication 6] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le garnissage est un garnissage d’origine naturelle et/ou synthétique.
[Revendication 7] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes,
comprenant en outre une étape de biodégradation anaérobie.
[Revendication 8] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une étape d’utilisation des calories extraites à l’étape 3) pour contrôler la température de l’étape de biodégradation aérobie et/ou de l’étape de biodégradation anaérobie.
[Revendication 9] Dispositif de mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant :
- un support de garnissage comprenant un garnissage,
- un moyen d’alimentation de la suspension aqueuse,
- un moyen de dispersion de la suspension aqueuse,
- un moyen de redispersion l’effluent liquide du garnissage, de préférence identique au moyen de dispersion,
- un moyen d’extraction de la matière inerte et/ou des boues de l’effluent liquide sortant du garnissage,
- au moins un moyen de refroidissement des effluents liquide et/ou gazeux sortant du garnissage, permettant de réguler la température au sein du garnissage et
- une boucle de recirculation permettant la redispersion sur le garnissage d’au moins une partie de l’effluent liquide sortant du garnissage.
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