Brevet FR2224420A1 — publié le 19741031

La présente invention concerne un procédé de transformation des ordures ménagères et autres déchets en prodaits de construction. lit élimination des ordures ménagères pose un grave problème de portée nationale et dlimportantes recherches sont en cours pour trouver des solutions valables. L'élimination courante des ordures ménagères par brûlage à l'air libre a cessé dans toutes les régions métropolitaines. lie brûlage à l'air libre a été habituellement remplacé par un enfouissement dans la terre en utilisant des techniques de creusement et de remblayage.Ceci est naturellement une solution provisoire car les quantités considérables d'ordures ménagères produites dans les régions urbaines ont vite fait de combler tous les sites disponibles. lit incinération a été tentée mais elle est coûteuse et contribue dans une large mesure à la pollution de l'air. De nombreuses villes côtières déversent les ordures ménagères dans la mer, mais cette méthode devra être rapidement abandonnée car de toute évidence les impure- tés contenues dans les ordures ménagères sont nuisibles à la faune aquatique. De nombreuses tentatives ont été faites pour produire économiquement à partir des ordures ménagères des agglomérés utilisables dans la construction. Un procédé permet de produire des briques à partir des cendres des ordures ménagères incinérées. Toutefois, comme on l'a dit précédemment, ltin- cinération contribue dans une large mesure à la pollution de l'air sous forme de particules et de chaleur. Un procédé japonais décrit le tassement des ordures ménagères sous forme d'agglomérés et leur enduction avec du goudron. Jusqu'à présent, les agglomérés produits selon ce brevet Japonais sont insbableiet ne peuvent pas être utilisé sés dans la construction et se sont avérés peu satisfaisants lorsqu'on les incorpore dans des chaussées. La présente invention a pour objet un procédé permettant de transformer rapideilent les ordures ménagères en produits intéressants pouvant Être utilisés dans la constructlion de bâtiments, c'est-à-dire un procédé techniquement réalisable et rentable pour transformer les ordures ménagères des régions urbaines en un matériau dense, dur, stable et inodore qui peut être mis sous de nombreuses formes, telles que des cylindres, des agglomérés ayant des caractéristiques physiques analogues aux agglomérés de ciment du commerce et des feuilles pour diverses applications de revêtement et de décoration de bâtiments. Xa présente invention a encore pour objet d'interrompre rapidement les réactions microbiologiques et chimiques de manière à provoquer la décomposition en quelques jours au lieu des quelques mois habituellement nécessaires, et de produire des matériaux de construction stériles et inertes à partir des ordures ménagères dans un procédé essentiellement continu et qui conservent longtemps leurs caractéristiques et leur intégrité. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'ezemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique représente schématiquement l'appa reillage utilisé pour la mise en oeuvre de la présente ill- vention. Les ordures ménagères sont transportées par des camions 1 ou autres véhicules et déversées dans un récipient 2. lie récipient présente une capacité lui permettaift de recevoir le contenu d'environ deux camions de capacité normale (27,52 m3). Le plus gros objet que peut contenir les ordures ménagères a une dimension maximale approximative de 45 cm. lie volume des ordures ménagères déchargées est d'environ 56,58 m3 d'un poids spécifique d'environ 160 kg/m3. Ainsi, le récipient contient environ 8,9 tonnes d 'ordures présentant une teneur en eau d'environ 40 % en poids. lies ordures d'une dimension supérieure à 30,5 x 30,5 cm sont triées mécaniquement par une courroie trieuse 3 et les ordures de plus petite dimension tombent dals une trémie réceptrice e-t sort transpor- tées vers un séparateur magnétique. La trémie facilite la lutte contre les rnoachcs, les rongeurs et les odeurs.Les plus grands morceaux des ordures ménagères sont triés pour récupérer les métaux et autres produits réutilisables. lies ordures sont transportées sur une bande ou un tamtour magnétique qui sépare les métaux ferreux et les achemine vers un bac destiné à la récupération des métaux. La séparation du fer peut être également effectuée au moyen d'une courroie collectrice transversale. lies ordures ménagères restant après les étapes précédentes de séparation sont transportées par des bandes 4 vers un dilacérateur qui peut être d'une construction classique. lie dilacérateur réduit tous les objets à des fragments dtune dimension d'environ 2,5 x 2,5 cm. lie poids spécifique des ordures ménagères augmente sensiblement de 3,5 fois et donne un volume de déchargement légèrement supérieur à 1 ,-98 m3à l'heure. lies ordures ménagères sont ensuite acheminées par des transporteurs 7 vers des réservoirs de décomposition ou de préparation de composts 8, 9, 10, Il et 12 qui sont destinés à accélérer la décomposition biologique. Une durée de 3 jours à 1 semaine est nécessaire pour la décomposition. Par conséquent, il faut cinq réservoirs ou plus. lies ordure s introduites dans le réservoir de décomposition comprennent un mélange de matières humides actives du point de vue chimique et bactériologique. Fondamentalement, la décomposition est un processus biologique. li'activité des micro-organismes pour déterminer la vitesse et le cours du cycle de décomposition est influencee par des critères tels que la granulométrie, la teneur en humidité, l'aération, la concentration des ions hydrogène, la température et le rapport initial du carbone à azote. Pour accélérer la décompo sition, on effectue 1 es opérations suivan-tes (1) on retourne la matière au moins une fois par jour. lie processus de retournement assure l'aération (oxygénation). (2) On maintient la teneur en humidité entre 40 et 70 %. On arrose périodiquement la matière avec de l'eau pour maintenir cette plage d'humidité. (D) On injecte périodiquement de l'air tiède pour maintenir la matière à une température comprise entre 500 et 800C. (4) On ajoute périodiquement de l'azote. Ta quantité d'azote à ajouter dépend de a teneur en carbone de la ma tière. lie rapport C/N de la teneur en carbone (C) à la teneur en azote (N) est compris entre 20 et 50 ffi en poids. (5) Lorsque la matière a un pH de 6 ou moins, on ajoute périodiquement du carbonate de calcium ou autre base pour augmenter légèrement le pH. (6) La préparation de compost réduit la granulométrie de la plus grande-partie de la matière et augmente par conséquent son poids spécifique à environ 0,64 g/cm'. La teneur en humidité de la matière est d'environ 50 %. Après le processus chimique ou de décomposition, la matière est acheminée par des transporteurs 13 et 14 dans un appareil de chauffage 16 chauffé au gaz dans lequel elle est séchée pour la rendre biologiquement inerte afin de faciliter le broyage sous forme d'une poudre finement divisée et de permettre un mélange uniforme du produit final. La matière compostée est débarrassée de 60 à 95 %0 de son humidité en quelques heures par le séchoir chauffé au gaz à une température comprise entre 540 et 99 C. La matière séchée est ensuite transportée par un convoyeur 17 vers un broyeur 18. Ta matière sèche est broyée sous forme d'une poudre finement divisée. Pour atteindre la granulométrie nécessaire (environ 0,18 mm),il faut soumettre la matière à deux étapes de broyage. Ensuite, la matière broyée est acheminée par un transporteur 19 vers une cuve de mélange 21. Dans la cuve de mélange 21, la matière pulvérulente est mélangée avec des additifs et des liants pour lui donner les caractéristiques physiques voulues. Des matières sèches sont distribuées à partir de réservoirs de stockage surélevés 22 et 23 par des dispositifs doseurs 24 et 25 dans le mélangeur. lies ingrédients fondamentaux du mélange sont les suivants Mélange Rapport du mélange (% en poids) 1. Matière décomposée 100 % 2. Plâtre de Par:is 0 % à 50 % 3. Cbaux 0 % à 50 % 4. Silice, sous la forme de sable quartzeux 0 % à 60 % 5. Calcium sous la forme de gypse (sélénite, albâtre, sélénite fibreuse) 0 % à 50 % 6. Ciment Portland* 0 % à 30 % 7.Eau 25 % à 100 % *Dans le présent mémoire, l'expression "ciment Portland" désigne un ciment d'un type oui durcit sous l'eau et qui est produit fondamentalement en calcinant un mélange de calcaire et d'argile, de schiste argileux, de scories de haut fourneau, de marne, de minerai de fer et de gypse. lie ciment Portland est facilement disponible sous.la forme habituellement utilise pour préparer le béton dans la construction d'immeubles. Te ciment Portland utilisé pour la construction est désigné par le n ASTM C-150.- Il est aussi possible d'utiliser des ciments à prise rapide, par exemple (i) un produit obtenu en chauffant de la bauxite et du cal caire puis en broyant pour former une poudre finement divi sée, (2) un ciment à base de silicate tricalcique ou (3) un ciment à base d'oxychlorure (3MgO.MgCl2.10H2O). On donne ci-après des exemples des trois catégories principales des mélanges Exemple 1 Mélange Rapport du mélange (% en poids) 1. Matière décomposée 100 % 2. Plâtre de Paris 20% à 60% 3. Silice (sable quartzeux) 25% à 80% 4. Eau 25% à 110% Exemple 2. 1. Matière décomposée 100 % 2. Plâtre de Paris 20% à 60% 3. Ciment Portland 10% à 30% 4. Eau 25% à 110% Fyemple 3 Rapport du mélange Mélange (% en poids) 1. Matière décomposée 100 % 2. Plätre de Paris 25% à 50% 3. Ciment Portland 10% à 30% 4 Chaux 25% à 6,o 5. Silice (sable quartzeux) 30% à 80% 6. Eau 25% à 110% La quantité correcte du liquide est déterminée par le doseur. lie mélangeur fonctionne en continu et la durée de séjour dans la chambre de mélange est variable. lie mélange qui est préparé dans la cuve mélangeuse est transporté dans une presse 27 pour être moulé sous forme d'agglomérés 28. lia pression de moulage varie entre 6 800 et 34 000 kg. Ta pression est maintenue pendant environ 1 minute ou plus pour garantir la stabilisation des agglomérés. Des pressions plus élevées sont nécessaires pour des agglomérés de plus grande dimension. lies agglomérés sont empilés dans une chambre de cuisson 29 présentant une forte teneur en humidité. Des ajutages surélevés de pulvérisation d'eau maintiennent continuellement 11 eau en suspension dans l'air. lies agglomérés sont cuits pendant 1 à 10 jours. Ensuite, les agglomérés sont prêts à être utilisés et sont empilés à l'air libre dans un entrepôt. lies agglomérés peuvent être éventuellement recouverts de matière plastique en les plongeant dans une cuve 30 pour leur donner les caractéristiques architecturales désirées. On va donner ci-après d'autres exemples et les résultats d'essais obtenus. Série d'échantillons n 1 Echantillon 1A Nattière décomposée 300 g Platre de Paris 150 g Ciment Portland 75 g Eau 400 g Echantillon 1B identique à l'échan@@llon 1A, excepté qu'il contient 350 g d'ea Echantillon 1C identique à l'échantillon 1A, excepté qu'il contient 300 g d'eau Echantillon 1D identique à l'échantillon 1A, excepté qu'il contient 250 g d'eau. Résultats d'essais de la série des échantillons n 1 Echan- Spéci- Poids Eau, % Pression Résistance sillon men spécifique en poids de mou- à la compresg/cm3 lage. kg sion, kg/cm2 la 1a 1,81 70% 6 800 101,5 lb 1,74 " 4 540 78,75 lc 1,63 " 2 270 45,5 1B 1a 1,79 60% 6 800 98 1b 1,76 n 4 540 82,25 îc 1,58 n 2 270 45,85 1C 1a 1,81 50% 6 800 89,25 1b 1,73 : 4 540 63 1c 1,6 " 2 270 27,3 1D 1a 1,76 40% 6 800 56 1b 1,74 " 4 540 47,6 1c 1,65 " 2 270 29,4 tes dimensions des agglomérés des échantillons de la série 1 sont de 25 z 25 x 100 cm. Série d'échantillons n 2 Dans une seconde série d'échantillons, on utilise la même formulation que pour la série des échantillons no 1, excepté qu'on ajoute 400 g d'eau et quton augmente la durée de cuisson. lies résultats d'essais révèlent une augmentation considérable de la résistance à la compression, les essais ayant été effectués par "Twining Laboratories of Southern California Inc." et les résultats obtenus sont les suivants Résultats d'essais de la série d'échantillons n 2 (cylindres d'un diamètre de 3,81 cm) Spécimen Charge, kg Résistance à la compression, kg/cm2 1 1 688,9 147,35 2 1 480 129,15 3 1 552,7 135,45 4 1 416,5 123,62 Série d'échantillons n 3 Matière décomposée 45% Silice (sable quartzeux) 75% Plâtre de Paris 11,2% Ciment Portland 6,8% Eau 25 à 30% Résultats d'essais de la série des échantillons n 3 La résistance moyenne à la compression est de 98 kg/cm2. Série des échantillons n 4 Speci- Mélange des Ire de Ciment H20, pression de men composés, g Paris, g Portland, moulage, kg g g A 100 40 20 122 6 800 B 100 40 20 100 9 070 C 100 40 20 60 13 600 D 100 40 20 80 11 340 E 100 40 20 40 15 880 F 100 40 20 122 6 800 G Matière décomposée 100 g Silice (sable quartzeux) 100 g Chaux 10 g Eau 160 g Essais bactériologiques Des essais pour déterminer l'activité bactériologique et le pH ont été effectués par "Orange Coast College" de Costa Mesa, Californie , et les résultats obtenus sont donnés ci-apres. 2a 1 2 3 4 Bouillon nutritif néga- néga- néga- néga- néga (milieu complet de culture) tif tif tif tif tif Gélose nutritive (milieu complet de culture) " " a 1' Gélose EMB (milieu de recherche pour des bacilles les intestinaux pathogènes " " " " Semi-solides nutritifs à base de thioglycolate de sodium (recherche de bactéries anaérobies) " " " " I1 Bouillon lactosé avec tube Durham (recherche de production de gaz) " " " " " Bouillon glucosé avec tube Darham (recherche de production de gaz) " n lies résultats ci-dessus ont été obtenus après 48 heures. E@sais de pH Tous les essais de pH ont été effectués en dissolvant 1 g de la matière dans 10 ml d'une solution tampon neutre. lies résultats correspondent à la moyenne de trois lectures. 2a 1 ~ 3 A pH 7,63 7,17 7,13 7,1 7,13 Les essais ci-dessus révèlent qu'il est possible d'obtenir des agglomér6s ayant une résistance à la compression de 101,5 kg/cm2, ce qui dépasse la résistance à la compression des agglomérés de ciment du commerce qui est comprise entre 56 et 86,8 kg/cm2. En outre, les essais bactériologiques révèlent que l'aggloméré est inerte et,en fait, peut être plus inerte que l'aggloméré de ciment du commerce car il est essentiellement non poreux et, par conséquent, les bactéries n'ont pas le temps de se développer dans l'aggloméré selon l'invention. Pendant l'étape de décomposition du procédé, on a constaté que l'on peut introduire de l'azote sous la forme de sulfate d'ammonium (NH4)2SO4 ; de trioxyde d'azote N2O3 ; de nitrate d'ammonium NH4NO3 ; de nitrate de sodium, NaNO3 ; ou d'une substance équivalente. On va décrire maintenant le fonctionnement d'une installation d'une capacité de 89,3 tonnes d'ordures ménagères pal jour. Ces ordures occupent un volume de 565,8 m7 et pré- entent une neur en eau de 40 %. lie poids spécifique et la teneur en eau varient naturellement,mais le poids spécifique est par exemple d'environ 160,3 kg/m3. Une telle installation devrait avoir un récipient d'une capacité lui permettant de recevoir 11,2 tonnes d'ordures à l'heure représentant un volume de 70.8 m3 à l'heure. Le poids spécifique est d'environ 0,16 g/cm3 et la teneur an eau est encore de 40 %0, les ordu- res contenant encore les grands morceaux. lie produit est introduit dans un dilacérateur classique d'une capacité de 11,2 tonnes à l'heure et traite 20,2m3 à l'heure . na dilacération porte le poids spécifique à 0,56 g/cm3. La grosseur des fragments est ramenée à environ 2,5 cm et la teneur en eau reste à 40 %. Dans l'appareil de décomposition, on ajoute les quantités susmentionnées d'azote sous la forme de nitrate d'ammonium ou d'un a autre des nitrates précités. L'appareil de dé composition doit être d'une capacité d'environ 19,5 m3 à l'heure et doit pouvoir recevoir 12,3 tonnes à l'heure. Le poids spécifique augmente à nouveau et est porté à 0,64 g/cm3, la teneur en eau étant augmentée à 50 % par addition d'eau. lia granulométrie est ramenée maintenant entre 6,4 et 25 mm. Dans le séchoir qui a une capacité de 6,7 tonnes à l'heure et peut recevoir un volume de 13,3 m3 à l'heure, le poids spécifique est porté à 0,512 g/m3 et la teneur en eau est négligeable. La ganulométrie est encore réduite à une valeur comprise entre 3,2 et 25 mm. Après le broyage, on ajoute les matières suivantes par lots sépares 1 1 tonne d'eau à l'heure, 1 tonne de chaux à l'heure représentant un volume de 0,96 m3 à l'heure à un poids spécifique de 1,04 g/cm3 (granulométrie 0,15 mm) et 6,7 tonnes de silice à l'heure représentant un volume de 5,32 m3 à l'heure, ayant un poids spécifique de 1,28 g/cm3 et une granulométrie de 0,15 mm. On peut ajouter du ciment Portland de grande rési tance a raison de 1,6 tonne à l'heure représentant un volume de 1,27 m3 à l'heure et ayant lui poids spécifique de 1,5 g/cm3. lie produit décomposé introduit dans le mélangeur à ce stade du procédé représente 6,7 tonnes à l'heure, c'est-à-dire un volume de 8,5 m3 à à l'heure. lie poids spécifique est de 0,8 g/cm3 et la teneur en eau est de 3 %. La granulométrie est comprise entre 0,15 et 0,29 mm. Le produit est évacué du mélangeur à raison de 17,8 tonnes, ce aui représente un volume de 16,3 m3 à ltheure pour un poids spécifique de 1,224 g/cm3. lie procédé ci-dessus produit environ 32 500 agglemérés par jour dans une mouleuse qui soumet chaque aggloméré à une pression de 2 184 kg/cm2 à raison de 1 980 agglomérés à l'heure en travaillant 17 houres par jour. On prépare un panneau mural en prenant une proportion d'environ 75 à 90 % du matériau décomposé sec sortant du séchoir et en le mélangeant avec 10 à 25 % de la colle "Elmer1s Glue" ou matière équivalente (telle que la colle à base de résorcinol à l'épreuve de l'eau de U.S. Plywood ou toute colle utilisée pour la fabrication du contreplaqué) et en comprimant le mélange entre deux planches pour le former. On sèche ensuite le panneau mural pendant environ 24 heures. On peut utiliser d'autres colles, par exemple celle connue sous la désignation "Plyobord Super Glue de Goodyear et des colles du type époxy à deux composants. Un carreau de revetement de sol est produit en utilisant de 75 à 90 % du matériau décomposé et de 10 à 25 % de la colle "Plyobord Super Glue" ou "Elmer's Glue". Il est évident que le procédé décrit ci-dessus et les dimensions indiquées-ne sont donnés qu'à titre d'exemple. En modifiant la dimension , les proportions et les formules, une installation peut traiter de 89,3 à 893 tonnes par jour ou plus. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent etre apportées au procédé décrit sans sortir du cadre de l'invent ion. REVENDICATIONS 1. Procédé de transformation des ordures ménagères qui sont actives du point de vue chimique et bactériologique en agglomérés utiles pour la construction, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à dilacérer les ordures et à les réduire à une granulométrie d'environ 2,5 cm, à décomposer les ordures dilacérées pendant environ 3 à 7 jours dans une cuve de décomposition en ajoutant périodiquement de l'azote sous la forme de sulfate d'ammonium, de trioxyde d'azote, de nitrate d'ammonium ou de nitrate de sodium de manière que le rapport de la teneur en carbone à la teneur en azote soit compris entre 20 et 50 % en poids, en ajoutant de l'eau de manière que la teneur en humidité soit comprise entre 40 Gt 70 %, en maintenant la température entre 500 et 800C, en aérant le matériau décomposé en le retournant périodiquement et en maintenant le pH légèrement au-dessus de 6 ; à sécher le matériau décomposé et à le débarrasser de 60 à 90 9G % de l'eau ; à broyer le matériau décomposé séché sous forme d'une poudre finement divisée ; à ajouter des additifs et des liants choisis dans le groupe comprenant le plâtre de Paris, la chaux, la silice, le ciment Portland, le calcium sous la forme de gypse, de sélénite d'albâtre ou de sélénite fi avec i'eau breuse et à les mélanger/; à comprimer le mélange dans un mou- le préalablement choisi ; et à faire cuire le produit moulé dans une atmosphère humide jusqu'à ce qu'on obtienne la résistance mécanique désirée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter l'azote sous la forme de sulfate d'ammonium, de trioxyde azote, de nitrate d'ammonium ou de nitrate de sodium. 3. Procédé selon la-revendication 1, caractérisé en ce que le pH est maintenu en ajoutant du carbonate de calcium. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les liants et additifs comprennent soit du plâtre de Paris et de la silice,soit du plâtre de Paris et du ciment Portland,soit du plâtre de Paris du ciment Portland, de la chaux et de la silice,soit du plâtre de Paris,de la chaugrde le silice, du calcium (sous la forme de gypse, de sélénite, d'albâtre ou de sélénite fibreuse) et du ciment Portland. 5. Procédé selo la revendication 1, caractérisé en ce que la compressio est maintenue pendant au moins 1 minute. 6. Procédé de transformation d'crdures ménagères qui sont actives du point de vue chimique et bactériologique en un panneau mural, procédé caractérisé en ce qutil consiste à dilacérer les ordures et à les réduire à une granulométrie d'environ 2,5 cm, à décomposer les ordures dilacérées pendant environ 3 à 7 | Jours dans une cuve de décomposition, en ajou- tant périodiquement de l'azote de manière que le rapport de la teneur en carbone à la teneur en azote soit compris entre 20 et 50 %, en poids en ajoutant de l'eau de manière que la teneur en humidité soit comprise entre 40 et 70 %, en maintenant la température entre 50 et 80 C, en aérant le matériau décomposé, par exemple en le retournant périodiquement et en maintenuant le pli légèrement au-dessus de 6 ; à sécher le matériau décomposé et à le débarrasser de 60 à 90 % de l'eau ; à ajouter une colle conne liant ; et à comprimer le mélange du ma- tériau décomposé et de la colle sous orme d'un panneau, et à faire cuire le panneau jusqu'à ce qu'on obtienne la résistanne mécanique voulue. 7. Prccédé de transformation des ordures ménagères qui s@at actives du point de vue chimique et bactériologique en un carreau de revêtement de sol, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à dilacérer les ordures et à les réduire à une granulométrie d'environ 2,5 cm, à décomposer les ordures dilacérées pendant environ 3 à 7 jours dans une cuve de dé-composition, en ajoutant périodiquement de l'azote de manière que le rapport de la teneur en carbone à la teneur en azote soit compris entre 20 et 50 % on poids, en ajoutant de l'eau pour que la teneur en humi@ité soit comprise entre et et 70 les en mointenant la température entre 500 et 80 C, en aérant le matériau décomposé, par exemple en le retournant péricdiquement, et en maintenant le pli légèrement au-dessus de 6 ; à sécher le matériau décomposé et à le débarrassèr de 60 à 90 % de l'eau ; à ajouter de 10 à 25 % en poids d'une colle comme liant et à mélanger ; à comprimer le mélange du matériau décomposé et de la colle sous forme d'une feuille ou carreau et à faire cuire la feuille jusqu'à ce qu'on obtienne la résistance mécanique désirée.