FR2859204A1

FR2859204A1 - PROCESS FOR ACCELERATED COMPOSTING OF ORGANIC WASTE MIXTURES

Info

Publication number: FR2859204A1
Application number: FR0310436A
Authority: FR
Inventors: Anne Tremier; Guardia Amaury De; Jean Luc Martel
Original assignee: Suez Environnement SAS; Centre National du Machinisme Agricole du Genie Rural des Eaux et des Forets CEMAGREF
Current assignee: Suez International SAS; Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement
Priority date: 2003-09-03
Filing date: 2003-09-03
Publication date: 2005-03-04
Anticipated expiration: 2023-09-03
Also published as: GB2422825A; GB2422825B8; FR2859204B1; GB2422825A8; GB0604135D0; WO2005023730A1; GB2422825B

Abstract

Procédé de compostage accéléré de déchets organiques en mélange caractérisé en ce que les conditions de formulation, d'établissement et de pilotage de la phase de fermentation initiale des déchets à composter sont déterminées par une pré-étape de caractérisation et d'optimisation de la biodégradabilité et de la cinétique de dégradation du mélange initial constitué des différents déchets à composter, cette pré-étape consistant en une mesure rapide de la consommation d'oxygène (mesure respirométrique) par un milieu biologique organique solide et en un traitement, par modélisation, du résultat de ladite mesure respirométrique.Process for accelerated composting of organic waste in mixture, characterized in that the conditions for formulation, establishment and control of the initial fermentation phase of the waste to be composted are determined by a pre-stage of characterization and optimization of biodegradability and the degradation kinetics of the initial mixture consisting of the different wastes to be composted, this pre-step consisting in a rapid measurement of the oxygen consumption (respirometric measurement) by a solid organic biological medium and in a treatment, by modeling, of the result of said respirometric measurement.

Description

La présente invention concerne un procédé de compostage accéléré de déchets organiques en mélange comportant la mise en oeuvre d'une méthode respirométrique afin de déterminer les principales conditions de fermentation accélérée du mélange devant être composté. The present invention relates to a method of accelerated composting of mixed organic waste comprising the implementation of a respirometric method for determining the main conditions of accelerated fermentation of the mixture to be composted.

La mesure respirométrique est une méthode de quantification de l'activité biologique couramment utilisée. Diverses techniques ont été proposées dans le passé afin de : 1 ) constituer des outils de quantification de la biodégradabilité ultime d'un substrat organique (par exemple pour l'étude des plastiques biodégradables) : inventaire des méthodes standard liées à ce premier objectif a été donné par Pagga (1997) Testing biodegradability with standardized methods Chemosphere 35(12) :2953- 2972. L'auteur préconise en particulier pour la détermination de la biodégradabilité ultime des matériaux solides, les mesures suivantes : # Mesure de l'évolution de la production de dioxyde de carbone dans un milieu aqueux inoculé en microorganismes (test de Sturm) : technique est décrite à travers cinq normes ASTM, une norme JIS, une norme EC et trois normes OCDE (Feuilloley, Labiée et al. 2000) Mise au point d'un système automatisé de mesure de la biodégradabilité des matériaux Ingénieries 23 :
61-70. Respirometric measurement is a method of quantifying the biological activity commonly used. Various techniques have been proposed in the past in order to: 1) constitute tools for quantifying the ultimate biodegradability of an organic substrate (for example for the study of biodegradable plastics): inventory of standard methods related to this first objective has been given by Pagga (1997) Testing biodegradability with standardized methods Chemosphere 35 (12): 2953-292. The author recommends in particular for the determination of the ultimate biodegradability of solid materials, the following measures: # Measurement of the evolution of the production of carbon dioxide in an aqueous medium inoculated with microorganisms (Sturm test): technique is described through five ASTM standards, one JIS standard, one EC standard and three OECD standards (Feuilloley, Labie et al 2000). an automated system for measuring the biodegradability of materials Engineering 23:
61-70.

# Mesure de la quantité de dioxyde de carbone produit pendant une période de
45 jours lors de l'incorporation d'un polymère dans un compost mûr, en milieu clos aéré et maintenu à 60 C. ((Pagga, Beimbom et al. (1995) ; ISO
14855) Détermination of the aerobic biodegradability of polymeric material in a laboratory controlled composting test . Chemosphere 31(11-12); 4475-
4487. # Measurement of the amount of carbon dioxide produced during a period of
45 days when incorporating a polymer in a mature compost, in a ventilated closed environment and maintained at 60 C. ((Pagga, Beimbom et al (1995);
14855) Determination of the aerobic biodegradability of polymeric material in a laboratory controlled composting test. Chemosphere 31 (11-12); 4475-
4487.

2 ) déterminer le niveau de stabilisation d'un substrat organique biodégradable (par exemple niveau de stabilisation d'un compost). Cette détermination du niveau de stabilisation biologique d'un substrat organique a également fait l'objet de 2) determine the level of stabilization of a biodegradable organic substrate (eg level of stabilization of a compost). This determination of the level of biological stabilization of an organic substrate has also been the subject of

nombreuses applications de méthodes respirométriques par mesure de la consommation d'oxygène : Iannotti et al. (Ianotti-Frost, Toth et al. 1992) "Compost stability" Biocycle (Novembre 62-66) (Ianotti, Grebus et al. 1994) Oxygène respirometry to asses stability and maturity of composted municipal solid waste Journal of Environnement Quality 23 ; proposent une mesure de la stabilité des composts par un test respirométrique basé sur la mesure de l'oxygène gazeux dans une enceinte fermée à l'aide d'une sonde polarographique. Le test est mené sur des échantillons de compost (équivalents d'environ 60 g de matière sèche) d'une humidité minimale de 50 %, placés dans des Erlenmeyer de 500 mL hermétiquement fermés, à une température de 37 C. Après 16 heures d'aération continue, la disparition d'oxygène dans l'enceinte est mesurée pendant une heure. La stabilité du compost ainsi testé est estimée en fonction du taux d'oxygène résiduel après une heure de mesure : si celui ci est proche du taux de saturation d'oxygène dans l'air, le produit est considéré comme biologiquement stable. many applications of respirometric methods by measuring oxygen consumption: Iannotti et al. (Ianotti-Frost, Toth et al., 1992) "Compost stability" Biocycle (November 62-66) (Ianotti, Grebus et al., 1994) Oxygen Respiration to the stability and stability of composted municipal solid waste Journal of Environment Quality 23; propose a measure of composts stability by a respirometric test based on the measurement of gaseous oxygen in a closed chamber using a polarographic probe. The test is carried out on compost samples (equivalents of about 60 g of dry matter) of a minimum humidity of 50%, placed in hermetically sealed 500 ml Erlenmeyer flasks, at a temperature of 37 C. After 16 hours of Continuous aeration, the disappearance of oxygen in the chamber is measured for one hour. The stability of the compost thus tested is estimated as a function of the residual oxygen level after one hour of measurement: if it is close to the saturation rate of oxygen in the air, the product is considered to be biologically stable.

Stentiford et al. (Lasaridi and Stentiford 1998) "A simple respirometric technique for assessing compost stability" Water Research 32 (12) ; 3717-3723 ; 2002) The specific oxygen uptake rate (SOUR) . The biological treatment of biodégradable waste - Technical aspects, Bruxelles,-ont développé le même type de méthode que Iannotti et al. mais en l'appliquant à un échantillon de compost finement broyé en suspension en milieu aqueux maintenu à 30 C. La mesure de la consommation d'oxygène est réalisée par une sonde à oxygène dissous. L'enceinte réactionnelle est réoxygénée de façon séquencée. La mesure est réalisée sur une durée de 20 à 60 heures selon les substrats. Les deux paramètres d'estimation de la stabilité sont la cinétique maximale de consommation déterminée au cours de la mesure (SOUR) et le cumul d'oxygène consommé au cours des 20 premières heures de mesure (OD2o). Les deux paramètres varient de façon identique en fonction de l'âge du substrat. Cette évolution est également comparable à celle obtenue par la méthode développée par Iannotti et al. Cependant, les valeurs des cinétiques maximales de consommation d'oxygène sont plus faibles dans le cas d'un substrat solide que dans le cas d'un substrat solide broyé en suspension aqueuse. Dans ce Stentiford et al. (Lasaridi and Stentford 1998) "A simple respirometric technique for assessing compost stability" Water Research 32 (12); 3717-3723; 2002) The specific oxygen uptake rate (SOUR). The biological treatment of biodegradable waste - Technical aspects, Brussels, - developed the same type of method as Iannotti et al. but by applying it to a sample of finely ground compost suspended in an aqueous medium maintained at 30 ° C. The measurement of the oxygen consumption is carried out by a dissolved oxygen probe. The reaction chamber is reoxygenated sequentially. The measurement is carried out over a period of 20 to 60 hours depending on the substrates. The two parameters for estimating stability are the maximum consumption kinetics determined during the measurement (SOUR) and the cumulative oxygen consumption during the first 20 hours of measurement (OD2o). The two parameters vary identically depending on the age of the substrate. This evolution is also comparable to that obtained by the method developed by Iannotti et al. However, the values of the maximum oxygen consumption kinetics are lower in the case of a solid substrate than in the case of a solid substrate milled in aqueous suspension. In this

second cas, les limitations dues au transfert d'oxygène sont minimisées et Stentiford et al. préfèrent cette méthode afin d'étudier le potentiel de biodégradabilité maximum du substrat. second, the limitations due to oxygen transfer are minimized and Stentiford et al. prefer this method in order to study the maximum biodegradability potential of the substrate.

D'autres indices de stabilité basés sur des méthodes respirométriques ont encore été développés : # L'AT4 (Binner and Zach 1999) Laboratory tests describing the biological reactivity of pretreated residual wastes . Organic Recovery and Biological
Treatement - ORBIT 99, Weimar Rhombos - Verlag, utilise une méthode gazométrique couplée à un système électrolytique. Appliquée à environ 30 g d'échantillon de compost dont l'humidité est ajustée entre 40 et 50 %, cette méthode propose d'évaluer la stabilité du matériau en fonction de la quantité cumulée d'oxygène consommé au bout de 96 heures de mesure. Le milieu réactionnel est thermostaté à 20 C. Other stability indices based on respirometric methods have been further developed: # AT4 (Binner and Zach 1999) Laboratory tests describing the biological reactivity of pretreated residual wastes. Organic Recovery and Biological
Treatement - ORBIT 99, Weimar Rhombos - Verlag, uses a gasometric method coupled to an electrolytic system. Applied to about 30 g of compost sample whose humidity is adjusted between 40 and 50%, this method proposes to evaluate the stability of the material as a function of the cumulative amount of oxygen consumed after 96 hours of measurement. The reaction medium is thermostated at 20 C.

# L'indice de respiration dynamique (DRI) (Adani, Scatigna et al. 2000) "Biostabilization of mechanically separated municipal solid waste fraction" Waste Management and Research 18 : (Adani, Ubbiali et al. 2002) Static and dynamic respirometric indexes - Italian Research and studies . The biological treatment of biodégradable waste - Technical aspects, Bruxelles, repose sur une mesure de la consommation d'oxygène entre l'entrée et la sortie de l'air dans un système aéré en continu. La valeur de DRI considérée pour estimer la stabilité du substrat organique est la moyenne de 12 valeurs, mesurées toutes les deux heures lorsque l'activité maximum est atteinte. # The dynamic respiration index (DRI) (Adani, Scatigna et al., 2000) "Biostabilization of mechanically separated municipal solid waste fraction" Waste Management and Research 18: (Adani, Ubbiali et al., 2002) Static and dynamic respirometric indexes - Italian Research and studies. The biological treatment of biodegradable waste - Technical aspects, Brussels, is based on a measurement of the oxygen consumption between the inlet and the outlet of the air in a continuous ventilated system. The DRI value considered for estimating the stability of the organic substrate is the average of 12 values, measured every two hours when the maximum activity is reached.

3 ) modéliser des cinétiques de dégradation d'un substrat organique biodégradable : des méthodes équivalentes ont également été utilisées afin d'étudier l'évolution des cinétiques de dégradation biologique des substrats solides organiques : # Lasaridi et al. (Lasaridi, Papadimitriou et al. 1996) Development and démonstration of a thermogradient respirometer . Compost Science and
Utilization 4(3) : 53-61 ont développé une méthode respirométrique pour étudier l'évolution de la cinétique de consommation d'oxygène au cours du 3) modeling degradation kinetics of a biodegradable organic substrate: equivalent methods were also used to study the evolution of the kinetics of biological degradation of solid organic substrates: # Lasaridi et al. (Lasaridi, Papadimitriou et al., 1996) Development and demonstration of a thermogradient respirometer. Compost Science and
Utilization 4 (3): 53-61 have developed a respirometric method to study the evolution of the kinetics of oxygen consumption during the

compostage et en fonction de la température. La méthode utilisée est une technique gazométrique à volume constant. 75 à 100 g d'échantillon de compost, dont l'humidité est ajustée à 60% de la capacité maximale de rétention d'eau du matériau, sont placés dans un flacon de 250 mL. Une série de flacons est placée sur un banc chauffant, établissant un gradient de température entre les flacons. - Une mesure d'environ 30 à 60 minutes permet d'estimer la cinétique de consommation d'oxygène d'un type d'échantillon pour un panel de températures. Ce test permet d'étudier l'évolution de la biodégradation au cours du compostage et selon la température imposée. composting and depending on the temperature. The method used is a constant volume gasometric technique. 75 to 100 g of compost sample, with humidity adjusted to 60% of the material's maximum water retention capacity, are placed in a 250 mL vial. A series of flasks are placed on a heated bench, establishing a temperature gradient between the flasks. - A measurement of approximately 30 to 60 minutes makes it possible to estimate the kinetics of oxygen consumption of a type of sample for a panel of temperatures. This test makes it possible to study the evolution of biodegradation during composting and according to the imposed temperature.

# Une méthode respirométrique a également été mise en #uvre par Aguilar et al. (Aguilar-Juarez 2000) Analyse et modélisation des réactions biologiques aérobies au cours de la phase d'exploitation d'un casier d'un centre d'enfouissement technique . Génie des procédés. Toulouse, Institut National des Sciences appliquées 233 afin de modéliser les cinétiques de dégradation biologiques aérobies des déchets ménagers lors de la phase d'exploitation d'un casier de Centre d'Enfouissement Technique. Dans une enceinte hermétiquement fermée, un volume de déchet d'environ 1,8 L est aéré en continu. La consommation d'oxygène est mesurée en continu en analysant la teneur en oxygène dans le gaz en entrée et en sortie de la cellule respirométrique. Les mesures sont réalisées sur un déchet comparable à celui traité en CET. Le test est prolongé jusqu'à observation d'une consommation très faible et constante. Les courbes cinétiques obtenues ont pu être simulées par les auteurs grâce à un modèle incluant les effets sur les cinétiques biologiques de la teneur en oxygène, la température et la composition du déchet. # A respirometric method was also implemented by Aguilar et al. (Aguilar-Juarez 2000) Analysis and modeling of aerobic biological reactions during the exploitation phase of a landfill bin. Process Engineering. Toulouse, National Institute of Applied Sciences 233 in order to model the aerobic biological degradation kinetics of household waste during the exploitation phase of a technical burial center locker. In a hermetically sealed enclosure, a volume of waste of about 1.8 L is aerated continuously. The oxygen consumption is measured continuously by analyzing the oxygen content in the gas entering and leaving the respirometric cell. The measurements are performed on a waste comparable to that treated in CET. The test is extended until observation of a very low and constant consumption. The kinetic curves obtained could be simulated by the authors thanks to a model including the effects on the biological kinetics of the oxygen content, the temperature and the composition of the waste.

Cet état antérieur des méthodes de mesure de la biodégradabilité de substrat solide laisse apparaître que la plupart de ces méthodes ne respectent pas la matrice physique du substrat, dissociant ainsi la biodégradabilité d'un matériau des conditions physiques de dégradation biologique de ce matériau. Par ailleurs, le résultat de la mesure est souvent utilisé directement sans le relier à des phénomènes biologiques responsables de la biodégradation de la matière organique. Ceci a pour conséquence de rendre peu transférables les seuils de valeurs définis pour un type particulier de This prior state of the methods for measuring the biodegradability of solid substrate reveals that most of these methods do not respect the physical matrix of the substrate, thus dissociating the biodegradability of a material from the physical conditions of biological degradation of this material. Moreover, the result of the measurement is often used directly without linking it to biological phenomena responsible for the biodegradation of the organic matter. This has the effect of making the value thresholds defined for a particular type of

substrat. Enfin aucune de ces méthodes ne propose de qualifier les caractéristiques initiales d'un substrat solide organique à traiter biologiquement : quantification et qualification de la matière biodégradable, détermination des cinétiques de dégradation et de l'influence sur ces cinétiques de paramètres environnementaux tels que la température ou l'humidité. substrate. Finally, none of these methods proposes to qualify the initial characteristics of an organic solid substrate to be treated biologically: quantification and qualification of the biodegradable material, determination of kinetics of degradation and the influence on these kinetics of environmental parameters such as temperature or moisture.

Afin de résoudre le problème mentionné ci-dessus, la présente invention se propose de mettre en #uvre une méthode respirométrique respectueuse de la nature de la matrice solide du substrat, alliée à un traitement informatique du résultat de mesure. In order to solve the problem mentioned above, the present invention proposes to implement a respirometric method respectful of the nature of the solid matrix of the substrate, combined with a computer processing of the measurement result.

Cette nouvelle technique a été développée de façon à permettre à l'exploitant d'une plate forme de compostage : # D'estimer la capacité d'un déchet à être traité par ce procédé en fonction de la quantité de matière biodégradable identifiée (MH(0) et MB(0)). This new technique was developed to allow the operator of a composting platform: # To estimate the capacity of a waste to be treated by this process according to the amount of identified biodegradable material (MH ( 0) and MB (0)).

# D'orienter le choix des mélanges de déchets pour optimiser la quantité et la qualité de matière biodégradable (MH(0) et MB(0)) sans engager d'essais sur de larges volumes de déchets. # To guide the choice of waste mixtures to optimize the quantity and quality of biodegradable material (MH (0) and MB (0)) without undertaking tests on large volumes of waste.

# D'estimer les cinétiques de dégradation ( m, Kh) de ces déchets et par conséquent d'optimiser leur temps de traitement sur la plate-forme de compostage. # To estimate the kinetics of degradation (m, Kh) of this waste and consequently to optimize their treatment time on the composting platform.

# D'optimiser les conditions de mélange (humidité) puis de gestion du procédé (pilotage des températures) en fonction de l'influence de ces paramètres sur les cinétiques de biodégradation. # To optimize mixing conditions (humidity) and then process management (temperature control) as a function of the influence of these parameters on the kinetics of biodegradation.

En conséquence, la présente invention concerne un procédé de compostage accéléré de déchets organiques en mélange caractérisé en ce que les conditions de formulation, d'établissement et de pilotage de la phase de fermentation initiale des déchets à composter sont déterminées par une pré-étape de caractérisation et d'optimisation de la biodégradabilité et de la cinétique de dégradation du mélange initial constitué des différents déchets à composter, cette pré-étape consistant en une mesure rapide de la consommation d'oxygène (mesure Accordingly, the present invention relates to a method of accelerated composting of organic waste in a mixture characterized in that the conditions of formulation, establishment and control of the initial fermentation phase of the waste to be composted are determined by a pre-step of characterization and optimization of the biodegradability and degradation kinetics of the initial mixture consisting of the various waste to be composted, this pre-step consisting of a rapid measurement of the oxygen consumption (measurement

respirométrique) par un milieu biologique organique solide et en un traitement par modélisation, du résultat de ladite mesure respirométrique. respirometric) by a solid organic biological medium and in a modeling treatment, the result of said respirometric measurement.

En se référant à la figure unique du dessin annexé, on décrira, en premier lieu un exemple de réalisation de la mesure respirométrique mise en #uvre lors de la pré- étape du procédé objet de l'invention. Dans cet exemple les conditions de mesure sont les suivantes : # Les déchets organiques testés sont préparés de façon à obtenir une structure solide poreuse de qualité, présentation et fermentescibilité comparables à celle traitée en compostage industriel. On cherche ici à connaître une cinétique de biodégradation réelle et non pas accélérée grâce à un broyage par exemple. Referring to the single figure of the accompanying drawing, will first describe an embodiment of the respirometric measurement implemented during the pre-step of the method object of the invention. In this example, the measurement conditions are as follows: # The organic waste tested is prepared in such a way as to obtain a porous solid structure of quality, presentation and fermentability comparable to that treated in industrial composting. We seek here a kinetics of actual biodegradation and not accelerated through grinding for example.

# La cinétique de consommation d'oxygène mesurée ne doit dépendre que de paramètres intrinsèques de l'activité microbiologique (quantité de micro- organismes, quantité de substrat biodégradable, etc. ). La cinétique ne doit donc pas être limitée par une faible disponibilité en oxygène pour les micro- organismes. La distribution d'oxygène doit par conséquent être suffisante et homogène dans l'ensemble de l'enceinte respirométrique. # The measured oxygen consumption kinetics should depend only on intrinsic parameters of the microbiological activity (quantity of micro-organisms, amount of biodegradable substrate, etc.). The kinetics should not be limited by low availability of oxygen for microorganisms. The oxygen distribution must therefore be sufficient and homogeneous throughout the breathing chamber.

# De même, pour une mesure donnée, la cinétique de consommation d'oxygène ne doit pas être susceptible de varier en fonction de la température ou de l'humidité du mélange testé. La température et l'humidité doivent donc être maintenues constantes au cours de la mesure. # Similarly, for a given measurement, the kinetics of oxygen consumption should not be liable to vary according to the temperature or humidity of the tested mixture. The temperature and humidity must therefore be kept constant during the measurement.

# La mesure respirométrique a une durée de 10 à 20 jours selon le déchet testé. # The respirometric measurement has a duration of 10 to 20 days depending on the waste tested.

Sur la figure unique on a schématisé un exemple de système respirométrique appliqué à l'étude des déchets organiques solides traités en compostage. In the single figure is schematized an example of respirometric system applied to the study of solid organic waste treated composting.

Sur cette figure on voit que, dans cet exemple de réalisation, Le système de suivi respirométrique est constitué d'une enceinte 1 hermétiquement fermée. Selon la présente invention, cette enceinte respirométrique présente une In this figure we see that in this embodiment, the respirometric monitoring system consists of a hermetically sealed enclosure 1. According to the present invention, this breathing chamber has a

capacité de l'ordre de 6 à 10 litres (pouvant contenir de 4 à 6 kg d'échantillons) ce qui représente une capacité tout à fait inhabituelle pour un appareil de laboratoire, mais qui est le seul moyen de tester un échantillon de granulométrie suffisamment comparable à celle du produit brut, l'ensemble de ces caractéristiques augmentant notablement la fiabilité de la mesure. Cette enceinte 1 contient le mélange à composter 3, posé sur une grille 2 placée au-dessus du fond de l'enceinte. Le mélange à composter est alimenté en continu en oxygène via une entrée d'air ambiant 4. Après s'être écoulé dans le mélange, l'air ressort de l'enceinte et sa teneur en oxygène est analysée en continu en 5. capacity of the order of 6 to 10 liters (which can contain 4 to 6 kg of samples) which represents a quite unusual capacity for a laboratory apparatus, but which is the only way to test a sufficiently large sample size comparable to that of the raw product, all of these characteristics significantly increasing the reliability of the measurement. This chamber 1 contains the composting mixture 3 placed on a grid 2 placed above the bottom of the enclosure. The composting mixture is fed with oxygen continuously via an ambient air inlet 4. After having elapsed in the mixture, the air leaves the enclosure and its oxygen content is analyzed continuously in 5.

Afin de se placer dans des conditions non contraignantes du point de vue hydrodynamique (pas de volume mort, pas de court-circuit ou de chemins préférentiels du flux gazeux), le volume d'air est recirculé selon le circuit 6 de façon très rapide pour produire un écoulement de type parfaitement agité dans l'enceinte 1. In order to be placed in non-binding conditions from a hydrodynamic point of view (no dead volume, no short circuit or preferential paths of the gas flow), the volume of air is recirculated according to the circuit 6 in a very fast way to produce a perfectly stirred type flow in the chamber 1.

Par conséquent, le système est utilisable en circuit gaz ouvert avec recirculation ou en circuit gaz fermé uniquement. Therefore, the system is usable in open gas circuit with recirculation or closed gas circuit only.

On utilise un bain thermostaté afin de maintenir constante la température du mélange à composter 3 au cours du suivi. Cette température est contrôlée en continu par une sonde 8. A thermostatic bath is used to keep the temperature of the composting mixture 3 constant during the follow-up. This temperature is continuously monitored by a probe 8.

Enfin, l'air en entrée est humidifié en 9 et la vapeur d'eau contenue dans le flux gazeux sortant est condensée en 7 afin de permettre de maintenir l'humidité du mélange aussi constante que possible. Finally, the inlet air is moistened at 9 and the water vapor contained in the outgoing gas stream is condensed at 7 in order to maintain the humidity of the mixture as constant as possible.

La consommation d'oxygène est obtenue en mesurant les teneurs en oxygène dans le gaz en entrée et en sortie de la cellule respirométrique grâce à l'analyseur 5. The oxygen consumption is obtained by measuring the oxygen contents in the gas entering and leaving the respirometric cell using the analyzer 5.

Ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus, ladite pré-étape du procédé selon l'invention comporte ensuite un traitement du résultat de la mesure respirométrique par modélisation Le modèle de simulation de la cinétique de biodégradation aérobie de la matière organique en compostage s'appuie sur les modèles ASM développés dans le cadre de As mentioned above, said pre-step of the method according to the invention then comprises a treatment of the result of the respirometric measurement by modeling The simulation model of the kinetics of aerobic biodegradation of the organic matter in composting relies on the ASM models developed in the context of

l'étude du traitement biologique des eaux usées (Henze, Gujer et al. 2000) Activated Sludge Models ASM1, ASM2, ASM2D and ASM3 . Londres IWA Publishing. Ce modèle exprime la croissance et le déclin des micro-organismes, la consommation du substrat organique et la consommation d'oxygène liées à cette croissance.

biological wastewater treatment study (Henze, Gujer et al., 2000) Activated Sludge Models ASM1, ASM2, ASM2D and ASM3. London IWA Publishing. This model expresses growth and decline of microorganisms, organic substrate consumption and oxygen consumption related to this growth.

On considère ici une population globale de micro-organismes X dont l'activité est localisée dans la phase aqueuse du substrat solide. La croissance de ces microorganismes est développée sur la base d'une cinétique de Monod. We consider here a global population of microorganisms X whose activity is localized in the aqueous phase of the solid substrate. The growth of these microorganisms is developed on the basis of Monod kinetics.

La matière organique du mélange à composter est modélisée selon plusieurs fractions : # Une population microbiologique X # Une fraction biodégradable directement assimilable MB # Une fraction biodégradable après hydrolyse MH # Une fraction non biodégradable ou inerte MI Les micro-organismes utilisent pour leur croissance le substrat directement assimilable MB. Ce substrat est pour partie initialement présent dans le mélange à composter. D'autre part, MB est formé au cours de la réaction biologique via l'hydrolyse de la fraction organique lentement biodégradable MH. La cinétique d'hydrolyse est limitée par le rapport entre la quantité de substrat à hydrolyser et la quantité de biomasse. The organic matter of the composting mixture is modeled according to several fractions: # A microbiological population X # A biodegradable fraction directly assimilable MB # A biodegradable fraction after hydrolysis MH # A non-biodegradable fraction or inert MI The microorganisms use for their growth the substrate directly assimilable MB. This substrate is partly present initially in the composting mixture. On the other hand, MB is formed during the biological reaction via the hydrolysis of the slowly biodegradable organic fraction MH. The kinetics of hydrolysis is limited by the ratio between the amount of substrate to be hydrolysed and the amount of biomass.

La matière organique biodégradable (MH + MB) permet de former des microorganismes selon le coefficient de rendement Y. La quantité (1-Y) non convertie en biomasse est oxydée en présence d'oxygène pour fournir de l'énergie. The biodegradable organic matter (MH + MB) makes it possible to form microorganisms according to the yield coefficient Y. The quantity (1-Y) not converted into biomass is oxidized in the presence of oxygen to provide energy.

Enfin, les micro-organismes meurent. La biomasse morte est pour partie oxydée selon une fraction (1-f). Cette oxydation forme le phénomène de respiration endogène. La fraction f de biomasse morte non oxydée constitue de la matière organique inerte. Finally, microorganisms die. The dead biomass is partially oxidized according to a fraction (1-f). This oxidation forms the phenomenon of endogenous respiration. The fraction f of non-oxidized dead biomass is inert organic material.

La cinétique de consommation d'oxygène (rO2) dépend donc de la cinétique de consommation du substrat organique par les microorganismes et de la cinétique de déclin des micro-organismes (respiration endogène). The kinetics of oxygen consumption (rO2) therefore depends on the kinetics of consumption of the organic substrate by microorganisms and on the kinetics of decline of microorganisms (endogenous respiration).

Ce modèle compte 10 paramètres dont la détermination constitue la caractérisation de la biodégradabilité (quantification, qualification et cinétique) du déchet solide testé : # Des paramètres décrivant la composition initiale de la matière organique :
X(0), MB(0) et MH(0) les teneurs initiales en micro-organismes, matière directement biodégradable et matière lentement biodégradable. This model has 10 parameters whose determination constitutes the characterization of the biodegradability (quantification, qualification and kinetics) of the tested solid waste: # Parameters describing the initial composition of the organic matter:
X (0), MB (0) and MH (0) initial levels of microorganisms, directly biodegradable material and slowly biodegradable material.

# Des paramètres cinétiques : m, KB, b, Kh, KMH respectivement cinétique de croissance spécifique des microorganismes, constante de demi-saturation en substrat MB, cinétique de déclin des micro-organismes, cinétique d'hydrolyse et constante dite de demi saturation en substrat MH. # Kinetic parameters: m, KB, b, Kh, KMH respectively specific growth kinetics of microorganisms, substrate half-saturation constant MB, kinetics of microorganism decline, kinetics of hydrolysis and so-called half-saturation constant in MH substrate.

# Des paramètres de rendement : Y et f, respectivement coefficient de rendement de conversion du substrat en micro-organismes et coefficient de conversion de la biomasse morte en matière organique inerte. # Yield parameters: Y and f, respectively conversion efficiency coefficient of the substrate into microorganisms and conversion coefficient of the dead biomass into inert organic matter.

Les valeurs initiales de ces paramètres sont déterminées par traitement graphique du résultat de la mesure respirométrique ( m, Kh, X(0), MB(0) et MH(0)) ou fixées par défaut (Y, f, b, Kb, KMH) La simulation via les paramètres initiaux obtenus comme décrit précédemment ne permet d'obtenir qu'une image approximative de la courbe expérimentale. Afin de mieux caler les valeurs réelles des paramètres, une méthode d'optimisation par The initial values of these parameters are determined by graphical treatment of the result of the respirometric measurement (m, Kh, X (0), MB (0) and MH (0)) or fixed by default (Y, f, b, Kb, KMH) Simulation via the initial parameters obtained as previously described only gives an approximate image of the experimental curve. In order to better calibrate the actual values of the parameters, a method of optimization by

minimisation de la somme des carrés des erreurs a été mise en place. Cette méthode permet de faire varier les paramètres initialement donnés dans un intervalle de valeurs défini par l'utilisateur, ceci afin de déterminer le jeu de paramètres nécessaire pour que la somme des carrés des erreurs entre les valeurs expérimentales et les valeurs simulées soit minimale. L'optimisation est poursuivie jusqu'à ce que l'erreur moyenne (E) sur la simulation soit inférieure ou égale à 30 % :

où xs. est la valeur simulée de r02 pour une date donnée, Xri est la valeur réelle de r02 pour cette même date. minimization of the sum of the squares of the errors was put in place. This method makes it possible to vary the initially given parameters in a user-defined range of values, in order to determine the set of parameters necessary so that the sum of the squares of the errors between the experimental values and the simulated values is minimal. The optimization is continued until the average error (E) on the simulation is less than or equal to 30%:

where xs. is the simulated value of r02 for a given date, Xri is the actual value of r02 for the same date.

Ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus, cette pré-étape du procédé objet de l'invention permet de caractériser et d'optimiser la formulation du mélange de substrats organiques solides ou pâteux à traiter et de prédire les conditions de gestion de la phase de fermentation de ce traitement (temps de séjour minimum, conditions de température et d'humidité optimales et limitantes pour le procédé, quantité minimale d'oxygène à fournir). As mentioned above, this pre-step of the method which is the subject of the invention makes it possible to characterize and optimize the formulation of the mixture of solid or pasty organic substrates to be treated and to predict the conditions for the management of the fermentation phase of this treatment (minimum residence time, optimum and limiting temperature and humidity conditions for the process, minimum amount of oxygen to be supplied).

On donnera ci-après des exemples de réalisation de ces mises en oeuvre 1) Caractérisation de substrats organiques solides à traiter par un procédé de compostage et formulation optimale du mélange initial : # Analyse à température et humidité constantes (c'est-à-dire la mesure respirométrique et le traitement numérique des résultats de cette mesure par le modèle biologique comme décrit ci-dessus) des substrats traités ou à traiter sur la plate-forme de compostage et constitution d'une base de données des caractéristiques X(0), MH(0), MB(0) de chaque substrat. La précision sur X(0) sera de 50 %. La précision sur MH(0) et MB(0) sera de 30 %. Examples of embodiments of these implementations will be given below: 1) Characterization of solid organic substrates to be treated by a composting process and optimal formulation of the initial mixture: # Analysis at constant temperature and humidity (i.e. the respirometric measurement and the numerical treatment of the results of this measurement by the biological model as described above) of the substrates treated or to be treated on the composting platform and constitution of a database of X (0) characteristics, MH (0), MB (0) of each substrate. The precision on X (0) will be 50%. The accuracy on MH (0) and MB (0) will be 30%.

# Prévision de la Compostabilité accélérée Ca d'un substrat ou d'un mélange de substrats par utilisation de la base de données. # Prediction of Ca accelerated Compostability of a substrate or mixture of substrates using the database.

La fraction de matière biodégradable au cours de la phase dite de fermentation du # (MH(0)i+MB(0)i)wi traitement -ou compostabilité accélérée - sera : Ca=i/DCOtotale où wi est la totale fraction massique de chaque constituant i et DCOtotale la demande chimique en oxygène totale du mélange considéré. The fraction of biodegradable material during the so-called fermentation phase of # (MH (0) i + MB (0) i) wi treatment - or accelerated compostability - will be: Ca = i / DCOtotal where wi is the total mass fraction of each constituent i and DCO totals the chemical total oxygen demand of the mixture under consideration.

# Evaluation de la faisabilité industrielle de traitement par compostage d'un substrat ou mélange de substrats. La mise en place des processus biologiques réactionnels du traitement par compostage conduisant à un échauffement suffisant et durable de la masse en réaction sera observée pour un niveau minimal de compostabilité accélérée Ca du mélange initial compris entre 5 et 10%. # Evaluation of the industrial feasibility of composting a substrate or mixture of substrates. The establishment of the biological reaction processes of the composting treatment leading to a sufficient and durable heating of the mass in reaction will be observed for a minimum level of accelerated compostability Ca of the initial mixture of between 5 and 10%.

2) Etablissement des conditions optimales d'humidité et de température pour le compostage de la formulation retenue : Analyse du mélange à composter retenu sur un banc respirométrique selon le procédé décrit ci-dessus en référence à la figure, à trois températures et trois taux d'humidité différents (au moyen de 9 cellules du banc). L'examen des résultats de l'analyse permet de déterminer le niveau optimal de teneur en eau du mélange initial et la plage de température pour laquelle l'activité microbienne est la plus forte. 2) Establishment of optimal conditions of humidity and temperature for the composting of the selected formulation: Analysis of the composting mixture retained on a respirometric bench according to the process described above with reference to the figure, at three temperatures and three rates of different humidity (by means of 9 cells of the bench). Examination of the results of the analysis makes it possible to determine the optimum level of water content of the initial mixture and the temperature range for which the microbial activity is highest.

3/ Détermination des fournitures minimales d'oxygène et du temps de séjour minimal dans le réacteur de fermentation accélérée : Analyse du mélange de substrats retenu mis en #uvre au taux d'humidité optimal sur le banc respirométrique selon le procédé décrit ci-dessus et avec deux répétitions mais en faisant varier la température et sans contrôler l'humidité de sorte à reproduire les conditions thermiques du procédé de compostage utilisé. 3 / Determination of the minimum supplies of oxygen and the minimum residence time in the accelerated fermentation reactor: Analysis of the selected substrate mixture used at the optimum moisture content on the breathing bench according to the method described above and with two repetitions but by varying the temperature and without controlling the humidity so as to reproduce the thermal conditions of the composting process used.

Le temps de séjour minimal peut être estimé comme étant le temps à partir duquel une cinétique de consommation d'oxygène comprise entre 1 et 4 mmol d'02 / h/ kg MS initiale est observée avec une variation inférieure à 10 % pendant 24 heures. Le temps de séjour à appliquer au procédé industriel sera égal au temps de séjour minimal + 20 %. The minimum residence time can be estimated as the time from which an oxygen consumption kinetics of between 1 and 4 mmol O 2 / h / kg DM initial is observed with a variation less than 10% for 24 hours. The residence time to be applied to the industrial process will be equal to the minimum residence time + 20%.

La quantité d'oxygène minimale à fournir au substrat est calculée par intégration des cinétiques de consommation d'oxygène de t=0 à t= temps de séjour minimal ( #rO2(t)#dt). La quantité d'oxygène à fournir au procédé industriel sera calculée comme suit :
Qo2 = Qo2 minimale + 20%. The minimum amount of oxygen to be supplied to the substrate is calculated by integrating the oxygen consumption kinetics of t = 0 to t = minimum residence time (# rO2 (t) #dt). The amount of oxygen to be supplied to the industrial process will be calculated as follows:
Qo2 = minimum Qo2 + 20%.

On peut développer et appliquer une méthode comparable à celle décrite ci-dessus pour déterminer la compostabilité en maturation ventilée d'un substrat fin après fermentation accélérée et criblage et fixer les conditions d'application de cette nouvelle phase du procédé de compostage correspondant à une maturation ventilée (température, humidité, temps de séjour et fourniture minimale d'oxygène) En résumé, la mise en #uvre par l'exploitant de la pré-étape du procédé selon l'invention, décrite précédemment, correspond, pour le traitement d'un nouveau substrat au protocole industriel suivant : A/ Calcul de la compostabilité accélérée de ce substrat et choix d'une formulation de mélange avec d'autres substrats de compostabilités accélérées connues afin d'atteindre le niveau de compostabilité accélérée requis B/ Recherche des conditions optimales d'humidité et température pour la fermentation du mélange retenu C/ Détermination du temps de séjour minimal et des quantités d'oxygène minimales à fournir au mélange retenu Le procédé selon l'invention peut permettre, à l'aide d'un protocole similaire à celui mentionné ci-dessus de paramétrer la phase de maturation ventilée d'un produit composté.A method comparable to that described above can be developed and applied to determine the compostability of a fine substrate after accelerated fermentation and screening and to determine the conditions of application of this new phase of the composting process corresponding to a maturation. In summary, the implementation by the operator of the pre-stage of the process according to the invention, described above, corresponds, for the treatment of a new substrate with the following industrial protocol: A / Calculation of the accelerated compostability of this substrate and choice of a mixture formulation with other known accelerated compostability substrates in order to reach the level of accelerated compostability required B / Research conditions optimum humidity and temperature for the fermentation of the retained mixture C / Determination of the residence time The process according to the invention can, using a protocol similar to that mentioned above, allow the parameterization of the ventilated maturation phase of a composted product.

Claims

1) Method for accelerated composting of organic waste in a mixture characterized in that the conditions for formulation, establishment and control of the initial fermentation phase of the waste to be composted are determined by a pre-step characterization and optimization of the biodegradability and degradation kinetics of the initial mixture consisting of the various waste to be composted, this pre-step consisting of a rapid measurement of the oxygen consumption (respirometric measurement) by a solid organic biological medium and in a treatment, by modeling of the result of said respirometric measurement.

2) Process according to claim 1 characterized in that said respirometric measurement comprises: - a preparation of organic waste so as to obtain a porous solid structure comparable to that treated in industrial composting; - a homogeneous distribution of oxygen within the mass of waste placed in a breathing chamber; - maintenance at constant values during the measurement of both the temperature and the moisture content of the waste mass and - a measure of the oxygen consumption of the waste for a period of 1 10 to 20 days.

3) Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the respirometric measurement is performed using a respirometer having a capacity of the order of 6 to 10 liters.

4) Process according to claim 1 characterized in that the modeling treatment of said respirometric measurement is based on a model expressing the growth and decline of microorganisms contained in the waste, the consumption of the organic substrate and the oxygen consumption related to said growth.

5) Process according to claim 4 characterized in that the organic material of the composting mixture is modeled according to several fractions: # A microbiological population # A biodegradable fraction directly assimilable # A biodegradable fraction after hydrolysis # A non-biodegradable fraction or inert

6) Method according to one of claims 4 or 5 characterized in that said model comprises ten parameters whose determination constitutes the characterization of the biodegradability (quantification, qualification and kinetics) of the tested solid waste: # Parameters describing the initial composition of organic matter: initial levels of microorganisms, directly biodegradable material and slowly biodegradable material; # Kinetic parameters: kinetics of specific growth of microorganisms, substrate half-saturation constant of directly biodegradable material, kinetics of microorganism decline, kinetics of hydrolysis and half-saturation constant in substrate of slowly biodegradable material, yield parameters: conversion efficiency coefficient of substrate to micro-organisms and conversion coefficient of dead biomass into inert organic matter; the initial values of these parameters can be determined by graphical treatment of the result of the respirometric measurement.

7) A method according to claim 6 characterized in that the actual values of said parameters are optimized by minimizing the sum of error squares to vary the initial values of the parameters in a user defined value range.

8) Process according to any one of the preceding claims, characterized in that it is used to formalize within the accelerated composting process said step of characterizing and optimizing the formulation of a mixture of solid organic substrates or pastes to be treated as well as the prediction of the conditions for managing the fermentation phase of said treatment, this process comprising the following steps:

A) Characterization of the solid organic substrates to be treated by a composting process and optimal formulation of the initial mixture comprising: a respirometric measurement of the substrates and a numerical treatment of the results of this measurement by a biological model, carried out on the composting platform, at constant temperature and humidity and constitution of a database respectively of the initial levels of microorganisms, the directly biodegradable material and the slowly biodegradable material of each substrate; a prediction of the accelerated compostability of a substrate or a mixture of substrates by use of said database and an evaluation of the industrial feasibility of composting treatment of a substrate or a mixture of substrates;

B) Establishment of optimum moisture and temperature conditions for composting the substrate or mixture of substrates having the selected formulation and;

C) Determination of minimum oxygen supplies and minimum residence time in the fermentation reactor.