Brevet FR2267995A1 — publié le 19751114

La présente invention a pour objet un procédé pour préparer du compost à partir de déchets convenant à cette fin, dans lequel on met lesdits déchets en contact avec un gaz renfermant de l'oxygène, aux fins d'échange chimique, une partie de l'oxygène étant consommée pendant le processus d'échange On connaît déjà un procédé pour préparer du compost à partir de boues de purification, dans lequel des boues obtenues par exemple dans des instal lations de purification biologique sont soumises à un traitement biologique complementaire comportant l'adduction d'air.Ces boues de purification, qui -constituent une substance essentiellement organique, sont transformées à I'aide des micro-organismes qu'elles contiennent, tels que des champignons, microbes et bactéries, et à raide de l'oxygène nécessaire à la respiration des micro-organismes, en compost, c'est-à-dire en un produit inoffensif, terreux, capable de retenir l'eau Etant donné que l'échange chimique considéré constitue en fait essentiellement une réaction d'oxydation, c'est-à-dire une réaction de combustion exothermique, la transformation s'effectue à des températures relativement élevées qui se situent généralement entre 60 et 800C, ce qui entraine la destruction de tous les germes nocifs. Par conséquent, le compost ainsi obtenu est en général irréprochable du point de vue hygiénique. Toutefois, on a constaté qu r en raison des réaction d'oxydation, la teneur en oxygene de r air amené, appelé ci-après aussi "gaz de contact", baisse très rapidement. Lorsqu'on introduit l'air dans un réacteur biologique dans lequel les boues de purification sont transformées en compost, en faisant circuler cet air du bas vers le haut, la concentration de l'oxygène contenu dans le gaz de contact diminue si rapidement qu'elle ne présente plus qu'une fraction de sa valeur initiale à- un niveau légèrement plus élevé que le point d'admission du gaz dans le réacteur, cependant que la concentration des produits de la réaction qui sont contenus dans le gaz de contact, et notamment la concentration en COz augmente fortement.De ce fait, les réactions d'oxydation sont fortement ralenties dans la partie supérieure du réacteur; il s'ensuit entre autres, que les températures élevées nécessaires à la destruction des germes nocifs ne peuvent plus être atteintes. On ne peut éliminer ces inconvenients qu'en augmentant d'une manière convenable le temps de séjour des boues de purification dans le réacteur, ce qui a cependant des effets très défavorables sur la rentabilité du procédé. La présente invention a pour but de créer un procédé économique et simple du genre défini ci-dessus. Ce but est atteint par le procédé faisant l'objet de l'invention, dans lequel au moins une partie de l'oxygène consomméest compensée par une adduction d'oxygène frais. L'invention permet de créer des conditions biologiques sensiblement constantes à l'intérieur d'une enceinte de réaction qui peut être constituée par l'espace intérieur d'un réacteur biologique ou-l'espace intérieur d'un silo normal, pour transformer des déchets tels que des boues de purification et des ordures ménagères ou analogues en compost. La consommation d'oxygène par les micro-organismes entraîne une forte diminution de la concentration de 1 'oxygène contenu dans le gaz de contact qui est constitué généralement par de l'air.En composant à l'intérieur de l'enceinte de réaction d'une manière continue au moins une partie de l'oxygène consommé par une adduction d'oxygène frais, de préférence sous forme d'oxygène pratiquement pur, on crée des conditions de vie sensiblement égales dans toutes les zones de l'enceinte de réaction en assurant une concentration d'oxygène sensiblement constante. De ce fait, on obtient les températures relativement élevées nécessaires à la destruction des germes indésirables dans toutes les zones de l'enceinte de réaction. Par conséquent, la totalité du volume de cette enceinte de réaction peut servir à la transformation d'une substance organique en compost. Le processus de transformation est par conséquent sensiblement plus rapide que dans les procédés connus; en d'autres termes, le temps de sejour requis des déchets soumis au traitement biologique dans l'enceinte de réaction diminue sensiblement, si bien qu'on peut traiter dans l'unité de temps et dans une enceinte de réaction donnée une quantité sensiblement plus grande de déchets, ou bien qu-'on peut réduire sensiblement le volume de l'enceinte de -reaction pour des quantités constantes données de déchets à traiter par unité de temps. Lorsque la diminution de la concentration en oxygène du gaz de contact dans l'enceinte de réaction est compensée par l'amenée d'oxygène pratiquement pur, l'énergie requise pour l'introduction de l'oxygène atteint par ailleurs un minimum, étant donné qu'il suffit d'introduire des quantités relativement réduites d'oxygène.Si l'on-introduisait par exemple de l'air supplémentaire à la place de l'oxygène pur-dans l'enceinte de réaction, l'énergie requise serait sensiblement plus grande en raison de la concentration relativement élevée de l'azote contenu dans l'air, car en plus de l'oxygène on serait obligé d'introduire egalement l'azote pratiquement inerte; en d'autres termes, afin d'obtenir le même effet recherché, on devrait introduire environ une quantité d'air complémentaire représentant le quintuple de la quantité d'air introduit initialement.En outre, lorsqu'on introduit de l'air complémentaire, l'azote évacuerait de la chaleur à partir de l'enceinte de réaction, ce qui entraîne une baisse indésirable de la température de la réaction, Dans certains cas, il s'est avéré avantageux de mélanger l'oxygène sensiblement pur-au gaz de contact dès le commencement de la réaction, avant l'introduction dudit gaz de contact dans ladite enceinte de réaction. Dans ce cas, on dose la quantité d'oxygène complémentaire de façon telle que la concentration en oxygène du gaz de contact corresponde dès le début tout juste à une valeur pour laquelle les micro-organismes ne subissent pas encore de détério- ration à la suite d'une concentration d'oxygène trop élevée. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention on peut utiliser, dès- le- début du traitement, un gaz de contact constitué par un mélange gazeux ren-fermant une quantité plus grande d'oxygène que d'air. Etant donné que les températures optima pour le déroulement de la réaction de traitement ne s'établissent qu'au bout d'une certaine période de temps, en raison du degagement progressif de la chaleur de réaction, est avantageux de réchauffer le gaz de contact avant son admission dans l'enceinte de réaction, le degré de ce réchauffenent étant variable en fonction de la nature des dé Chets à traiter et en fonction de la concentration de l'oxygène contenu dans le gaz de contact. Selon un autre aspect de T'invention, il est avantageux de prévoir un refroidissement de l'enceinte de réaction, ce qui permet de maîtriser une tem -pérature de réaction qui augmente trop rapidement, et surtout une température de réaction qui tendrait à dépasser une certaine valeur limite maximum des cibles. La préparation du compost est effectuée généralement sous pression ambiante normale. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, il peut toutefois s'avérer avantageux d'effectuer la réaction sous une pression inférieure ou supérieure à la pression ambiante normale. Lorsqu'on travaille sous surpres sion, on obtient une circulation plus rapide du gaz et une réaction chimique accélérée, cependant qu'il est recommandé de travailler à une pression relativement faible lorsqulon se trouve en présence de bactéries qui sont sensibles à une pression partielle relativement élevée de l'oxygène, si bien que même dans ce cas, on peut travailler avec des concentrations d'oxygène rela tivement élevées, c'est-à-dire avec une quantité relativement réduite de gaz inactif, sans risquer une détérioration des bactéries. Au cas oU le gaz de contact qui avait été initialement assez fortement enrichi en oxygène présente encore une concentration d'oxygène relativement elevée à la sortie de l'enceinte de réaction, il peut étre avantageux, selon une autre caractéristique de l'invention, de réintroduire ce gaz de contact dans l'enceinte de réaction après- l'avoir enrichi en oxygène en mélangeant de l'oxygène - notamment de l'oxygène pratiquement pur - à ce gaz de contact. Les produits de réaction contenus dans le gaz de contact, notamment le C02, peuvent alors être séparés au moins partiellement du gaz de contact avant qu'on enrichisse ce dernier à nouveau en oxygène. Cette recirculation du gaz de contact présente l'avantage de permettre d'amener sans perte d'oxygène, d'une manière continue-, une quantité excédentaire d'oxygène tolérée par les micro-organismes, ce qui permet d'assurer des conditions de vie optima pour les micro-organismes dans l'enceinte de réaction. Dans le cas d'une enceinte de réaction présentant un volume relativement grand, il est avantageux, selon une autre caracteristique de l'invention, d'évacuer du gaz de contact dont la teneur en oxygène a baissé, à partir d'une certaine zone de l'enceinte de réaction, par exemple à partir de la zone centrale de cette dernière, d'enrichir ce gaz de contact évacué par addition d'oxygène, par exemple par addition d'oxygène pratiquement pur, le cas échéant, après avoir séparé les produits de réaction du gaz de contact, et de réintroduire le gaz de contact ainsi enrichi à nouveau en oxygène dans l'enceinte de réaction en un point situe immédiatement au-dessus du point d'evacuation.Ce mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention est également avantageux lorsque les déchets traités dans l'enceinte de réaction contiennent des composants renfermant de l'huile ou des graisses, et qui en présence d'oxygène sensiblement pur sont facilement inflammables ou même expTosifs. Dans ce cas,on utilisede l'air en tant que gaz de contact initiaT. L'oxygène utilisa pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est produit, notamment dans le cas des installations relativement grandes pour la préparation de compost, qui consomment des quantités d'oxygène relativement importantes, à proximité immédiate de ladite installation, par exemple à l'aide d'une installation de dissociation de l'air qui peut fonctionner selon le principe de l'adsorption ou sur des bases cryogéniques.Dans ce mode de mise en oeuvre, les dispositifs nécessaires pour la purification de l'air à traiter dans l'installation de dissociation peuvent en même temps servir pour la séparation des produits de la réaction contenue dans le gaz de contact sortant du réacteur, avant que ce gaz de contact soit de nouveau enrichi par l'addition d'oxygène pratiquement pur Lorsqu'on utilise comme gaz de contact dès le commencement un mélange gazeux renfermant plus d'oxygène que l'air, et que ce mélange gazeux est encore riche en oxygène après sa sortie de l'enceinte de réaction, on peut mélanger au moins une partie dudit mélange gazeux directement à l'air à dissocier; dans ce cas le produit riche en oxygène obtenu dans l'installation de disso ciation de l'air peut être utilisé comme gaz de contact dans 1 'enceinte de réaction. Toutefois, l'oxygène nécessaire pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention peut également être produit dans une installation de production d'oxygène éloignée de lrinstallation de traitement des déchets et ensuite être transporté par des moyens de transport convenables vers son lieu de consommation, c'est-à-dire vers l'installation de préparation de compost. Lorsque la consommation est élevée, 1 'oxygène ou le mélange gazeux est transporté de préférence à l'état liquide, et non à.I'état gazeux. Le procédé selon la présente invention s'applique avantageusement à la préparation de compost à partir d'ordures ménagères et analogues etjou à partir de boues de purification. On peut toutefois également l'appliquer d'une maniere aussi avantageuse à la préparation de compost à partir d'autres substances organiques,-telles que des déchets de bois D'autres- buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et des figures jointes, données dans un but illustratif et non limitatiû La Figure 1 représente schématiquement un mode de mise en oeuvre du procedé selon l'invention. La Figure 2 représente schématiquement un autre mode de mise en oeuvre dudit procédé. La Figure 1 montre un réacteur biologique I définissant une enceinte de réaction 2 pour préparer du compost à partir de déchets qui sont introduits dans le réacteur par un orifice d'admission 3 pour-passer ensuite lentement à travers l'enceinte de réaction etpour être évacués de celui-ci par I'ori- fice d'évacuation 4, sous forme d'un compost hygiéniquement irréprochable, après un certain temps de séjour dans le réacteur La transformation desdéchets en compost est effectuée à l'aide de micro-organismes qu'on alimente, au moyen d'une conduite 5, en gaz de contact en formant de l'oxygène; ce gaz de contact est constitué, dans l'exemple représenté, par de l'air. Déjà dans la zone inférieure du réacteur, une grande partie de l'oxygène introduit est consommée, et par conséquent la concentration de l'oxygène contenu dans le gaz de contact diminue rapidement, de bas en haut dans le réacteur. Déjà dans la zone centrale du réacteur, la concentration atteint une valeur limite minimum tout juste encore admissible. Par consequent, le gaz de contact à faible teneur en oxygène est évacué de la zone centrale du réacteur par la conduite 5, enrichi par l'addition d'oxygène sensiblement pur qui est amené par la conduite 7, après quoi le-gaz de contact ainsi enrichi est de nouveau introduit dans l'enceinte 2 du réacteur I par une conduite 8 débouchant dans le réacteur à un niveau légèrement supérieur au point d'évacuation défini par l'extrémité de la conduite 6. On empêche ainsi que la teneur en oxygène du gaz de contact tombe au-dessous d'une valeur minimum admissible compatible avec de bonnes conditions de vie des micro-organismes, dans quelque zone que ce soit à l'intérieur du réacteur.La température de réaction régnant dans l'enceinte de réaction se situe, dans toutes les zones de cette dernière, entre 60 et-80 C, ce qui entraîne la destruction certaine de tous les germes nocifs. L'oxygène pratiquement pur amené par la conduite 7peut être fourni par toute installation d'alimentation convenable. Toutefois, on a constaté que dans les cas ou la consommation d'oxygène est relativement grande, il est avantageux de disposer d'une réserve d'oxygène sous forme liquide dans un récipient 8. Selon les besoins,une partie de l'oxygène liquide est retirée de ce récipient 8 par une conduite 9 comportant une vanne 10; cet oxygène est introduit dans un vaporisateur 11 ou il est vaporisé et réchauffe pour être ensuite amené par un conduit 12 dans la conduite 7. Le gaz de contact résiduel à faible teneur en oxygène est évacué du réacteur 1 par une conduite 19. La Figure 2 montre schématiquement une autre mise en oeuvre du procédé selon l'invention; sur cette figure, les éléments identiques ou similaires à ceux représentés sur la Figure 1 portent les mêmes références numériques que ces derniers. Dans ce mode de mise en oeuvre, l'enceinte de réaction 2 du réacteur biologique 1 est alimentée par une conduite 13 en yaz de contact constitué par un mélange gazeux plus riche en oxygène que l'air. Une grande partie de l'oxgène introduit dans l'enceinte de réaction 2 y est consommée, mais la concentration d'oxygène du gaz résiduèl dans la zone supérieure du réacteur est encore relativement élevée. Or, ce gaz résiduel n'est pas évacué directement vers l'atmosphère, comme c'est le cas dans l'exemple représenté sur la Figure 1, mais amené par une conduite 14 directement vers une conduite 15 qui amène de l'air vers une installation de dissociation de l'air 16. Avant l'admission dans cette installation de dissociation, le mélange d'air et de gaz residuel est purifié dans un dispositif de purification 17. Dans l'installation de dissociation de l'air, on obtient, d'une part, une fraction résiduelle riche en azote qui est évacue par un conduit 18 et, d'autre part, une fraction riche en oxygène. Cette fraction riche en oxygène constitue le gaz de contact qui est amené directement vers l'enceinte 2 du réacteur 1 par une conduite 13. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour préparer du compost à partir de déchets, dans lequel lesdits déchets sont mis en contact avec un gaz de contact renfermant de l'oxygène avec lequel ils réagissent de manière à consommer une partie de l'oxygène, caractérisé en ce qu'au moins une partie de l'oxygène consommé est compensée par l'adduction d'une quantité complémentaire d'oxygène. 2,- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ltoxygene consommé du gaz de contact est remplacé par l'addition d'oxygène sensiblement pur. 3.- Procedé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que T'oxygène est ajouté au gaz de contact au commencement de la réaction. 4.- Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que le gaz de contact est constitué par un nélange gazeux qui est plus riche en oxygène que 1 'air. 5.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz de contact est réchau-ffé. 5.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte de réaction est refroidie. 7.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on opère sous une pression supérieure à la pression ambiante normale 8.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on opère sous une pression inférieure à la pression ambiante normale. 9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que Te gaz de contact sortant de l'enceinte de réaction est enrichi à a nouveau en oxygène et réintroduit ensuite dans ladite enceinte de réaction. 10.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce quelles déchets sont déplacés à travers l'enceinte de réaction et en ce que le gaz de contact traverse ladite enceinte de réaction contre-courant par rapport auxdits déchets. il. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le gaz de contact est évacué de ladite enceinte de réaction dans une zone o0 il est particulièrement pauvre en oxygène, et en ce que le gaz de contact évacué est enrichi à nouveau en oxygène et réintroduit dans ladite enceinte de réaction en un point situé à un niveau légèrement supérieur- au niveau du point d'éacuation. 12.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 5 à 11, caractérisé en ce que le gaz de contact est de l'air. 13.- Procédé selon ltune quefconque -des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les produits de réaction notamment le02, contenus dans le gaz de contact pauvre en oxygène sont séparés au moins partiellement dudit gaz de contact avant que ce dernier soit enrichi à nouveau en oxygene. 14.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que 1 'oxygène utilisé pour enrichir le gaz de contact pauvre en oxygène est enmagasiné à l'état liquide, vaporisé et ensuite mélangé audit gaz de contact. 15.- Procéde selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que l'oxygène est.produit par une installation de dissociation de l'air fonctionnant selon le principe de l'adsorption ou sur des bases cryogéniques. et en ce que la séparation au moins partielle des produits de réaction contenus dans le gaz de contact est effectuée dans les dispositifs de purification de ladite installation de dissociation de l'air. 16.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que l'on introduit dans une installation de dissociation de Itair du gaz de contact pauvre en oxygène et de l'air, et en ce que la fraction riche en oxygène produite par ladite installation de dissociation est introduite comme gaz de contact dans ladite enceinte de réaction.