Brevet FR2227230A1 — publié le 19741122

La présente invention se rapporte au traitement des boues d'épuration, des résidus urbains et des déchets organiques dont l'accroissement pose de graves problèmes d'élimination au niveau des collectivités. Pour résoudre le problème posé par l'accroissement des différents résidus- et déchets et par les risques de pollution en résultant, on a proposé un traitement par incinération au moyen d'une installation conçue pour éviter la pollution du milieu ambiant par les fumées de combustion. Si le principe théorique est satisfaisant, les réalisations et expériences conduites montrent que les installations capables de répondre à cette première exigence sont de conception complexe, de fonctionnement délicat et d'un prix d'achat et d'entretien très élevé.. En plus de l'absence de pollution résultant de leur fonctionnement, on a exigé que les installations mises en oeuvre soient à mdme de traiter tous les résidus ou déchets de façon à éviter l'existence de plusieurs stations parallèles de traitement spécifiques à des catégories de résidus ou déchets. Pour répondre à cette seconde exigence, les installations de traitement sont devenues encore plus complexes, encore plus délicates de mise en oeuvre et encore plus onéreuses d'achat et d'entretien, à un tel point que leur implantation ne peut être envisagée que pour des collectivités de forte concentration. Pour tenter d'apporter une solution satisfaisante pour les collectivités de faible ou moyenne concentration, on a proposé de comprimer les résidus urbains et déchets organiques, de manière à réduire leur volume et permettre leur décharge dans des fouilles, excavations ou dépressions naturelles du terrain enviSronnant. Une telle solution pose un problème quant aux risques de pollution et d'épidémie en résultant, du fait de la grande concentration des produits et matières organiques non inertes amassées. En outre, une telle solution ne permet pas de résoudre le problème de boues résiduaires provenant des stations d'épuration des eaux usées, meme lorsque leur teneur en eau a été abaissée, par exemple par centrifugation. La présente invention vise à résoudre le problème ci-dessus en créant un nouveau procédé et une installation de traitement d'un faible prix d'achat, d'entretien et de fonc tionnement en comparaison de celui des installations actuellement proposées et présentant en plus une grande souplesse d'utilisation en étant capable de traiter des boues résiduaires, des déchets organiques ainsi que des résidus urbains préalablement comprimés. Selon l'invention, le procédé est caractérisé en ce qu'on prépare les produits à traiter sous une forme pâteuse comprenant au plus 76 d'eau, en ce qu'on constitue les matières ou produits en forme de plaques, de nappes ou de gâteaux d'épaisseur sensiblement constante qui sont dirigés vers un poste de traitement, en ce qu'on soumet les produits ou matières à l'application d'un champ alternatif d'ondes haute fréquence pour assurer l'évaporation et la combustion des fractions volatiles et la stabilisation sans incinération des fractions solides, en ce qu'on dirige les plaques, nappes ou gâteaux friables et inertes issus du poste de traitement vers un dispositif de broyage destiné à les réduire sous forme pulvérulente ou granuleuse, puis en ce qu'on réalise le conditionnement de ces produits. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus est caractériséeen ce qu'elle comprend un transporteur du type sans fin s'étendant entre un poste de chargement et un dispositif de broyage entre lesquels la partie supérieure du transporteur traverse un poste de traitement constitué par au moins une cavité résonnante associée à un générateur d'ondes haute fréquence et disposé à l'intérieur d'une enceinte à potentiel constant dont la partie supérieure est reliée à un collecteur de fumée menant à une chambre de combustion précédant une tour de lavage. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux dessins annexés. La fig. 1 est une perspective en partie arrachée de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé. Les fig. 2 et 3 sont des perspectives partielles montrant deux des éléments constitutifs de l'installation. Selon le procédé de l'invention, on prépare les pro- duits ou matières devant être traites sous la forme de nappes, couches ou plaques d'épaisseur relativement faible présentant une teneur en eau olaximale voisine de ou égale à 76%.Dans le cas de traitement de boues résiduaires provenant de stations d'épuration d'eaux usées, on soumet ces boues à une opération de centrifugation-, puis on les délivre au niveau d'une inst lation de mise en oeuvre du procédé sous la forme d'une nappe ou couche continue ou de gâteaux réalisés directement à partir de ces boues centrifugées auxquelles peut être associé éventuel- lement un liant constitué par exemple par des déchets ou résidus secs ou à faible teneur en eau, préalablement concassés.Dans e cas de traitement de résidus urbains ou de déchets organiques, on réalise par compression des plaques ou des gâteaux qui présentent une tenue propre suffisante pour supporter certaines opérations de manutention, notamment celles nécessaires à l'ali tentation manuelle ou mécanique d'une installation de mise en oeuvre du procédé. Suivant une autre étape du procédé, on assure le déplacement ou l'entra#nement à vitesse constante de la couche ou des plaques de matières ou produits en direction d'un poste de traitement dans lequel ils sont soumis à l'influence d'ondes haute ou très haute fréquence pour sécher la couche ou les plaques ainsi que pour stabiliser les constituants sanstoufefois entratner leur incinération. Suivant une autre phase du procédé, on collecte les fumées de combustion produites dans le poste de traitement, puis on dirige ces fumées vers l'intérieur d'une chambre de combustion chargée de brûler les fumées avant leur pénétration dans une tour de lavage ouvrant dans le milieu ambiant. Suivant une autre opération du procédé, on déplace la couche ou les plaques traitées pour les soumettre à un refroidissement naturel ou forcé avant la prise en charge par un mécanisme de broyage au-delà duquel les produits pulvérulents ou granuleux résultants sont ensachés sous forme de charges unitaires destinées par exemple à la fertilisation des sols ou moulés au moyen d'un liant sous forme de pains, de briques ou de volumes pour constituer un matériau combustible transportable et stockable. La fig. 1 rontre une installation compflenanT. 5 pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, un bati 1 supportant un transporteur 2 du type rectiligne par exemple formé par une bande sans fin 3 de préférence constituée par des barreaux ou barrettes, articules, faiblement espacés et réalisés en une matière capable de supporter sans détérioration des température levées. La bande 3 est enroulée sur un cylindre ou tambour. me nant 4 dont l'arbre 5 est accouplé à un groupe moto-réd##teor - La bande 3 est également enroulée sur un tambour ou cylindre de renvoi 7 qui est portée, comme le tambour ou cylindre 4, par le bâti 1.Ce dernier supporte également au moins deux rails ou profilés 8 disposés sous la partie supérieure 3a de la bande 3 pour en assurer le soutien et le guidage selon un plan horizontal sensiblement constantmême à l'état de charge maximale. La partie supérieure 3a de la bande 3 traverse un poste de traitement désigné dans son ensemble par la référence 9. Ce poste comprend au moins une caisse ou cavité résonnante 10 réalisée sous la forme d'un volume parallélépipèdique creux dont deux des faces parallèles présentent chacune une fen8tre 11 pratiquée pour la passage des profilés 8, de la partie 3a et des produits ou matières à traiter reposant sur cette dernière. Pour des raisons qui ressortent de ce qui suit, chaque fenêtre 11 présente une hauteur choisie pour que son bord horizontal supérieur délimite, avec le plan passant par la partie supérieure 3a, une section dont la hauteur est légèrement supérieure à l'épaisseur maximale des produits ou matières à traiter. Une autre des faces ou parois de la caisse ou cavité 10 supporte un guide d'ondes 12 comprenant deux tronçons 12a et 12b débouchant à l'intérieur de la cavité respectivement audessus et en dessous de la partie supérieure 3a de la bande 3. Les tronçons 12a et 12b communiquent entre eux par un tronçon commun 12c dans lequel débouche l'antenne émettrice d'un générateur 13 d'ondes haute ou très haute fréquence tel qu'un magnétron dont l'alimentation, à partir d'une source d'énergie électrique appropriée, est contrôlée par un contacteur influencé par l'état de service du groupe moto-réducteur 6. La fig. 1 montre que le poste de traitement 9 est constitué par trois cavités résonnantes identiques 10 - 101 102 dont les différents éléments constitutifs sont désignés par les mêmes références affectées de l'indice 1 ou 2. Dans une telle réalisation, les cavités résonnantes 10 - 101 102 sont placées parallèlement à la suite l'une de l'autre en étant alignées latéralement et verticalement pour délimiter par les fenêtres 11 une voie de passage pour la partie supérieure 3a de la bande sans fin 5. Les cavités sont séparées l'une de l'au- tre par un intervalle 14 formant un couloir vertical dont la fonction ressort de ce qui suit. Il y a lieu de noter que selon les conditions d'exploitation, le poste de traitement 9 peut être constitué par un nombre différent de cavités résonnantes 10. le poste de traitement 9 est entièrement enfermé dans une enceinte 16 maintenue à un potentiel constant pour constituer une cage de faraday. les parois transversales 17 de l'enceinte 16 délimitent des portes 18 traversées par les parties terminales 2a et 2b du transporteur 2. Le toit 19 de enceinte 16 est muni de conduits 20 communiquant avec un collecteur 21 sur lequel est disposé un ensemble d'aspiration-refoulement 22 relié par une tubulure 23 à la tuyère 24 d'un brûleur 25 disposé dans une chambre de combustion 26. le bradeur 25 comprend un injecteur de combustible 27 débouchant à l'intérieur de la tuyère 24. La chambre de combustion 26 est reliée par une conduite 28 à une tour de lavage 29 débouchant dans le milieu ambiant par une cheminée 30. La partie terminale 2a du transporteur 2 est associée à un dispositif de broyage 31 porté par le bâti 1. Ce dispositif comprend une trémie de réception 32 conduisant à une auge ou un carter 33 contenant un mécanisme broyeur entrafné en rotation par un groupe moto-réducteur 34 dont la mise en et hors service est synchronisée avec l'alimentation du groupe moto-réducteur 6.La partie terminale 2b du transporteur 2 est associée à un poste de chargement 35 représenté en trait mixte à la fig. 1 sous la forme d'une table d'amenée de matières ou produits à traiter0 Dans le cas où ces produits ou matières sont constitués par des boues résiduaires provenant de stations d'épuration des eaux usées, le poste de chargement 35 est de préférence constitué, comme représenté à la fig. 2, par une trémie 36 susceptible d'étire alimentée directement ou indirectement à partir de la sortie d'un appareil d'exsudation, telle qu'une centrifugeuse destinée à abaisser la teneur en eau jusqutà une valeur au plus égale à 76% d'eau. La trémie 36 communique avec le cylindre 37 d'une extrudeuse 38 formée par exemple par une vis entrafnée en rotation par un groupe moto-réducteur 39. Le cylindre 37 est prolongé par une buse 40 s'étendant au-dessus de la partie supérieure 3a de la bande 3 en présentant une largeur de préférence inférieure à cette dernière. L'installation décrite ci-dessus fonctionne de la façon suivante Les boues résiduaires centrifugées ou autrement concentrées sont délivrées dans la trémie 36 et prises en charge par la vis de l'extrudeuse 38 pour être refoulées dans la buse 40. Celle-ci délivre, sur la partie supérieure de la bande 3 entra#née en défilement dans le sens de la flèche -f1 par le tambour 4, une nappe P d'épaisseur sensiblement constante et continue tant que la trémie 36 comporte une réserve de boues à traiter.La nappe P est dirigée par la partie supérieure 3a vers le poste de traitement 9 et pénètre par la fenêtre d'entrée 11 dans la première cavité résonnante 10 dont la mise en service, comme celle des autres cavités identiques éventuelles, est synchronisée avec l'alimentation du groupe moto-réducteur 6. Le magnétron 13 délivre dans le guide d'ondes 12 des ondes haute ou très haute fréquence alternées qui sont conduites par les tronçons 12a et 12b à l'intérieur de la cavité 10 dans laquelle s'établit une circulation d'ondes amenées à traverser les produits et matières à traiter. La nappe P est ainsi progressivement et localement soumise à une élévation de température dont le seuil maximal est déterminé, en fonction de la vitesse d'avancement dans le sens de la flèche fl, de la puissance du générateur utilisé, de 11 épaisseur et de la nature des produits ou matières à traiter, de manière à provoquer le séchage et la stérilisation des produits ou matières sans les soumettre à une incinération même partielle, Dans le cas illustré aux dessins, le traitement définitif de la nappe P est- obtenu au-delà de la cavité résonnante 10 dont le magnétron 132 peut autre alimenté de façon sélective lorsque- la puissance globale du poste de traitement 9 n'est pas nécessaire pour traiter les produits ou matières momentanément chargés. La mise en service initiale de ensemble d'asL#:#: tion-refoulemenb 22 crée une dépression dans enceinte ;, de sorte que les fumées de vaporisation et de combustion de oHr- tains des composants des produits ou matières en cours de traitement sont extraites des cavités par les fenêtres 11 et empruntent les couloirs 14 pour être dirigées par les condurnÉ# 20 dans le collecteur 21. les usées sont ensuite refoulées par le conduit 23 dans la tuyère 24 du brûleur 25 dont l'alimen- tation est par exemple synchronisée avec la mise en et hors service de l'organe d'aspiration 22.Dans la chambre#26, les fumées sont brûlées de ânière à assurer l'élimination des ga@ et particules polluants. Les Jaz chauds empruntent ensuite la conduite 2c menant à la partie inférieure de la tour 29 dans laquelle ces gaz chauds sont lavés avant d'être rejetés dans le milieu ambiant par la cheminée 30. A la sortie du poste ou four de traitement 9, la nappe P se présente sous la forme d'une couche friable -de produits secs délivrés dans la trémie 32. Les produits sont alors broyés et évacués sous une forme pulvérulente ou granuleuse vers un poste de conditionnement non représenté. Au niveau de ce poste, les produits ou matières traités sont totalement inertes et peuvent autre par exemple ensachés sous la forme de charges unitaires en vue d'une utilisation ultérieure en tant que produits de fertilisation. le poste de conditionnement non représenté, peut aussi titre précédé par une station de mise en forme assurant la constitution, à partir des produits inertes délivrés sous forme pulvérulente ou granuleuse et d'un liant approprié, de pains ou autres volumes présentant une tenue propre suffisante pour être soumis ensuite à une opération de conditionnement facilitant leur transport, leur stockage ainsi que leur utilisation future en tant que produits cosbustibles. Comme cela ressort de ce qui précède, le procédé et l'installation pour sa mise en oeuvre permettent de réaliser à peu de frais le traitement de boues résiduaires sans provoquer de pollution de l'atmosphère tout an produisant de façon supplémentaire des résidus secs utiles. Il y a lieu de noter que le traitement s1 effectue rapidement au moyen d'une installation peu compliquée, d'un fonctionnement simple et peu onéreuse d'achat et d'entretien en comparaison des installations actuelles. Dans ce qui précède, on décrit le f0ncti0r#ni;rnent de l'-nstallation pour le traitement de boues résiduaires concentrées, délivrées sous la forme d'une nappe continue à partir d'une extrudeuse. Le procédé et l'installation de l'invention peuvent également traiter indifféremment des résidus urbains et des déchets organiques qui ont été préalablement comprimés sous la forme de g#teaux ou plaques G représentés à la fig. 3. Selon cette dernière, le poste de chargement 35 est alors constitué simplement par un convoyeur 41 du type à gravité ou à vibration disposé au-dessus de la partie supérieure 3a du transporteur 2 pour relier ce dernier au poste de sortie d'un dispositif de compactage ou pour former éventuellement un plateau récepteur sur lequel sont placés successivement les bateaux G à traiter. Pour compenser es variations d'épaisseur que peuvent présenter les gâteaux G en fonction des produits ou composants, il est avantageux de munir le bord supérieur des fenêtres 11 d'un bandeau réglable soit manuellement depuis l'extérieur de l'enceinte 16 soit automatiquement par un détecteur ou palpeur placé au-dessus de la partie supérieure 3a de la bande 3. les gâteaux G sont pris en charge par la partie supérieure 3a comme cela est décrit précédemment, de façon à traverser le four de traitement 9 où ils sont soumis comme la nappe P à une montée en température suffisante pour la vaporisation et la combustion des produits volatiles ainsi que la stabilisation sans incinération des produits ou matières solides. Chaque gâteau G est ensuite transféré dans la trémie 32 du dispositif de broyage 31, pour être transformé en produit pulvérulent ou granuleux dirigé vers le poste de conditionnement ou de mise en forme. Les deux' exemples d'application ci-dessus montrent que le procédé et l'installation pour sa mise en oeuvre sont d'une grande souplesse d'utilisation et peuvent traiter dans n'importe quel ordre, n'importe quel type de produits ou matières sous forme pâteuse délivrés en plaque, nappe ou en gâteau. L'irlvention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté en détail, car diverses modifications peuvent y être exportées sans sortir de son cadre. R E V E N i I C A T I O N S 1 - Procédé pour le traitement de boues d'épuration, de résidus urbains et de déchets organiques, caractérisé en ce qu'on prépare les produits à traiter sous une forme pâteuse comprenant au plus 76% d'eau, en ce qu'on constitue les matières ou produits en forme de plaques, de nappes ou de gateaux d'épaisseur sensiblement constante qui sont dirigés vers un poste de traitement, en ce qu'on soumet les produits ou matières à l'application d'un champ alternatif d'ondes haute fréquence pour assurer l'évaporation et la combustion des fractions volatiles et la stabilisation sans incinération des fractions solides, en ce qu'on dirige les plaques, nappes ou gâteaux friables et inertes issus du poste de traitement vers un dispositif de broyage destiné à les réduire sous une forme pulvérulente ou granuleuse, puis en ce qu'on réalise le conditionnement de ces produits. 2 - Mode d'exécution du procède selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on récupère les fumées de vaporisation et de combustion pour les diriger vers une chambre de combustion puis vers une tour de lavage rejettant les gaz dans le milieu ambiant. 3 - iode d'exécution suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les produits et matières inertes issus du poste de traitement sont soumis à un refroidissement naturel ou forcé. 4 - Mode d'exécution suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les produits ou matières, délivrés sous forme pulvérulente ou granuleuse par le dispositif de broyage, sont dirigés vers un poste de conditionnement en charge unitaire en vue d'une utilisation en tant que produits fertilisants, 5 - Mode d'exécution suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les produits ou matières, délivrés sous forme pulvérulente ou granuleuse par le dispositif de broyage, sont dirigés vers un poste de conditionnement précédé par une installation de mise en forme en pains ou autre volumes en vue d'une utilisation ultérieure en tant que produits combustibles. 6 - Installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend un transporteur du type sans fin s'étendant entre un poste de charGement et un dispositif de broyage entre lesquels la partie supérieure du transporteur traverse un poste de traitement constitué par au moins une cavité résonnante associée à un générateur d'ondes haute fréquence et disposé à l'intérieur d'une enceinte à potentiel constant dont la partie supérieure est reliée à un collecteur de fumées menant à une chambre de combustion précédant une tour de lavage. 7 - Installation suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le poste de chargement est constitué par une extrudeuse comportant une buse destinée à délivrer, sur la partie supérieure du transporteur, une nappe ou couche de produits ou matières prélevés à partir d'une trémie de réception de boues concentrées. 8 - Installation suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le poste de chargement est constitué par un convoyeur acheminant, sur la partie supérieure du transporteur sans fin, des gâteaux ou plaques de résidus urbains et de déchets organiques préalablement compactés. 9 - Installation suivant la revendication 6, cGrac- térisée en ce que le transporteur sans fin forme par ses parties terminales s'étendant hors de l'enceinte un poste de chargement et un poste d'alimentation d'un dispositif de broyage. 10 - Installation suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le poste de traitement est constitué par au moins une cavité résonnante associée à au moins un générateur d'ondes haute fréquence et dont deux des parois opposées présentent deux fen8tres de hauteur réglable pour le passage de la partie supérieure du transporteur.