Brevet FR2409704A1 — publié le 19790622

La présente invention concerne un procédé en vue de la transformation de déchets organiques a base de cellulose ou a base de matériaux ligneux, susceptibles d'êtres convertis en un produit plus facilement maniable et plus digeste, utilisable notamment comme substance alimentaire pour les animaux. L'addition de produits chimiques a des matériaux à base de cellulose ou de lignine en vue de modifier leur structure chimique est bien connue. Toutefois, ce procédé comporte des limites telles qu'un coût excessif, la nécessité de retirer ou de neutraliser les agents chimiques incorporés et mis en oeuvre, le caractère indigeste des matériaux ainsi traités dû à la présence des agents chimiques introduits et enfin les équipements et matériels sous pression, compliqués et parfois dangereux qui doivent être utilisés dans des traitements de ce genre. Les problèmes graves qui sont liés au rejet de certains déchets organiques ont été compliqués ces dernières années par les tentatives faites en vue'de contrôler ou d'éliminer la pollution de l'environnement créée par l'accumulation ou le rejet de ces déchets organiques. L'utilisation d'acide sulfurique ou d'acide chlorhydrique comme agent hydrolisant est bien connue en elle-même; mais l'utilisation de ces agents présente des inconvénients dans la mesure où ces acides n'apportent qu'une faible valeur nutritive et doivent être éliminés ou neutralisés avant que les déchets organiques puissent être utilisés à titre de substances alimentaires pour les animaux soit isolément soit en addition avec d'autres produits. La présente invention vise à proposer un procédé relativement bon marché pour transformer des déchets organiques contenant de la cellulose et de la lignine dans une forme plus digeste et plus maniable. Un autre objet de la présente invention concerne un procédé qui élimine les inconvenients de l'art antérieur décrit cidessus. L'invention concerne à cet effet un procédé pour la transformation de déchets organiques contenant de la cellulose et de la lignine, amenés à une forme plus digeste et plus maniable et utilisables notamment à titre de substances alimentaires pour les animaux. Le procédé de l'invention débute par la réduction, si cela est nécessaire, des déchets organiques contenant de la cellulose et de la lignine, en particules d'une dimention de l'ordre de 5cm ou moins. Après quoi un acide choisi dans le groupe comportant l'acide phosphorique, l'acide chlorhydrique et l'acide sulfurique ou leur mélange, est introduit et mélangé avec 40 à 60 % en poids des déchets organiques. Parallèlement, c'est-à-dire avant, pendant ou après la phase indiquée ci-dessus, une base choisie dans le groupe comportant l'hydroxyde de calcium, hydroxyde de sodium, hydroxyde de potassium, hydroxyde d'ammonium ou leur mélange, est mélangée avec le reste des déchets organiques. La partie des déchets organiques qui a été acidifiée est mélangée et mise en réaction avec la partie qui a subi un traitement basique et on obtient ainsi des déchets organiques qui sont amenés à une forme plus digeste.Environ 80 à 120 parts en poids de déchets organiques soumis à acidification sont utilisées pour 100 parts en poids de déchets organiques précédemment traités par une base. L'eau est convertie en vapeur par la chaleur résultant de la réaction, étant entendu que le mélange mis en réaction contient de 20 à 60 % en poids d'eau par rapport au total. Le mélange après réaction est mis en forme de cubes, pellets, blocs ou tout volume analogue. Les déchets organiques utilisables dans le cadre de la présente invention sont par exemple la paille brute, la paille traitée, des déchets de coton, des engrais d'origine animale, des déchets végétaux, des copeaux de bois, des épis de céréales, des ordures etc... La réduction granulométrique est obtenue de préférence par broyage ou hachage. Plus précisément l'invention concerne un procédé pour la transformation de déchets organiques contenant de la cellulose et de la lignine et amenés à une forme digeste et maniable et le procédé est caractérisé par les étapes suivantes a) on réduit les déchets organiques contenant la cellulose ou la lignine en particules d'une dimension inférieure à 5 cm de façon à faciliter leur manipulation (lorsque ces déchets oit une dimension supérieure à 5 cm) lesdits déchets étant choisis dans le groupe comportant la paille brute, la paille traitée, les copeaux de bois, les épis de céréales, la bagasse, des cosses de haricots, de la tourbe, des tiges de tabac , des enveloppes de noix de coco, de la balle de riz ou de soja. b) On mélange environ 40 à 60 g en poids des déchets organiques à un acide choisi dans le groupe comportant l'acide phosphorique, l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique ou leurs mélanges. c) Parallèlement (avant, après ou concomitamment à l'étape b) on mélange le reste des déchets organiques à une base choisie dans le groupe comportant l'hydroxyde de calcium, l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de potassium et l'hydroxyde d'ammonium d) On mélange la partie des déchets organiques soumis à un traitement acide à la partie des déchets qui a été soumise à un traitement basique, environ 80 à 120 parts en poids des déchets acidifies étant mélangés à 100 parties en poids des déchets soumis à un traitement basique, de façon à obtenir un mélange des déchets de départ sous une forme plus digeste ; le mélange-soumis à la réaction contient de 20 à 60 % en poids d'eau par rapport au total et à cet effet la quantité d'eau est ajustée soit par addition d'eau, soit au contraire par séchage, lorsque la quantité d'eau présente dans les déchets, au sortir des étapes b) et c) ne correspond pas à ce pourcentage, une partie de cette eau étant transformée en vapeur par suite de la chaleur de la réaction exothermique, la réaction produisant un mélange de déchèts organiques sous une forme sensiblement sèche et plus digeste. e) On presse le mélange résultant de la réaction b) pour le mettre en forme de pellets, cubes, blocs ou autres formes analogues. De préférence, les déchets organiques préparés dans la phase a) sont divisés en deux parties égales,chaque partie étant acheminée à la phase de mélange correspondant aux étapes de b) et c). Ce transfert peut être obtenu par un convoyeur à bandes , une vis d'Archimède ou un convoyeur pneumatique. Les phases de mélanges b) et c) sont de préférence conduites chacune dans un mélangeur continu. De préférence, l'étape b) est réaliséedans un premier mélangeur continu tandis que l'étape c) est réalisée dans un second mélangeur continu. Les étapes b) et c) peuvent également être réalisées successivement dans un seul mélangeur continu. Les mélanges réalisés en b) et c) sont effectués à une température comprise entre -60C et 650C. De préférence, tous les acides sont utilisés dans l'étape b) et toutes les bases sont utilisées dans l'étape c). La partie acidifiée des déchets organiques et la partie traitée en milieu basique peuvent (par exemple) être amenées à la phase de mélange d) immédiatement au sortir de la réaction acide et basique respectivement. De préférence l'étape de mélange d) est conduite dans un mélangeur continu. L'étape d) peut être réalisée à une température comprise entre -60C et 650C. Le niveau d'eau dans la phase d) peut être obtenu par séchage préalable du mélange, mais le niveau d'eau peut également être réalisé par addition de la quantité nécessaire d'eau dans le mélange introduit à la phase d). La phase d) utilise de préférence-un procédé de mise en forme de pellets. Le procédé conforme à l'invention élimine les inconvénients et les problèmes rencontrés dans l'art antérieur et permet d'obtenir un produit beaucoup plus digeste que ce qui pouvait être réalisé dans les dispositifs de fabrication de substances alimentaires pour animaux antérieurement connues. Les déchets organiques utilisés sont par exemple la paille telle que la paille de blé, d'orge, d'avoine ou de riz ; la paille de mais ou de millet, les déchets de coton, la pulpe de raisin , les déchets animaux, notamment de bétail, des déchets végétaux, des copeaux de bois, de la sciure de bois, du fumier de volaille ou de bétail, la pulpe de canne à sucre, les cosses de pois, la tourbe, des tiges de tabac, des enveloppes de noix de coco , ou de la balle de riz, de soja et en général tout autre déchet organique. Ainsi qu'on l'a constaté par des essais en laboratoire et sur le terrain, la présente invention permet d'obtenir une matière sèche présentant un degré de digestibilité compris entre 60 et 80 % (au moins en ce qui concerne les ruminants) à partir de déchets tels que la paille et le coton , par rapport à un coefficient de 40 % pour les matières non traitées. Le coefficient de digestibilité des autres déchets organiques est élevé dans les mêmes proportions. L'invention comprend également l'utilisation du produit obtenu selon le procédé décrit ci-dessus comme substance alimentaire pour les animaux ou comme élément nutritif introduit dans une telle substance. Les déchets organiques contenant de la cellulose ou de la lignine sont réduits une granulometrie convenable par tout procédé approprié et les particules résultant de ce premier traitement physique ne doivent pas excéder environ 5 cm. Par exemple, la réduction en particules peut être obtenue par broyage ou hachage. La réduction des dimensions des particules facilite considérablement les possibilités de manipulation ultérieures ainsi que les traitements chimiques suivants. Les acides ou les bases peuvent être ajoutés en une fois,par charges successives, ou encore en continu. Le degré d'hydrolyse de la cellulose et de la lignine les rend plus digeste et ce degré d'hydrolyse dépend dans une large mesure des quantités d'acides et de bases qui sont utilisées dans les mélangeurs dans les deux phases séparées de mélanges décrites ci-dessus. Comme l'invention peut utiliser deux fois plus d'acides au total et deux fois plus de base au total qu'il serait possible, si les traitements étaient conduits à part et si les deux parties ainsi traitées n'étaient pas remélangées ensuite sensiblement en proportions égales, l'invention permet d'accroitre considérablement la digestibilité au-del de ce qui serait obtenu en utilisant uniquement un acide ou une base seule.En outre, en utilisant une combinaison d'acides et de bases l'invention permet d'obtenir un degré d'hydrolyse très élevé sans respecter les limitations qui résulteraient d'une addition de produit minéral. Bien que des quantités relativement importantes d'agent hydrolysant (acide ou base) sont utilisées dans une des moitiés du procédé, les pourcentages finaux des autres constituantspermettent l'utilisation de plus de 20 % du matériau traité conformément à l'invention dans une substance alimentaire finale, ceci sans excéder des limites acceptables. Les acides introduits dans la phase d) agissent à la fois comme agent acidulant et comme agent hydrolysant. La quantité d'acide et le total des acides dépend de leur foce, de la force et de la quantité des bases (qui sont toutes utilisées dans la phase c) du procédé) ainsi que de la quantité de déchets organiques contenant de la cellulose ou de la lignine. Les acides hydrolysent les déchets organiques contenant de la cellulose et/ou de la lignine,par exemple la bagasse,qui contiennent généralement des fibres,et les transforment en un matériau plus digeste. Le degré d'hydrolyse dépend généralement de la quantité d'acides mis en oeuvre ainsi que de la température, de la pression et du temps pendant lequel la réaction se développe. Les phases de melanges et de réaction peuvent généralement être conduites à des températures comprises entre -60C et environ 650C. Bien qu'une température ambiante soit préférée. Les étapes de mélange et de réaction doivent durer de quelques secondes à plusieurs minutes ; ce qui est important est que le mélange et la réaction soient complets. Le matériau de base utilisé de préférence est la paille. I1 n'est pas nécessaire de retirer les acides du produit traité car les acides qui sont introduits dans le mélange et ajoutés aux déchets contiennent des substances nutritives de valeur. Le procédé de l'invention est économique ; le matériel nécessaire pour sa mise en oeuvre n'est pas compliqué et les éléments sont bon marché. Le déchet organique est transformé et mis sous une forme digestible susceptible d'être utilisée à titre de substance alimentaire pour les animaux. Le coût des acides et des bases est sensiblement équivalent au coût des acides minéraux qui devraient être normalement ajoutés pour obtenir une substance alimentaire présentant des qualités nutritives appropriées et équilibrées. Dans ces conditions l'effet d'hydrolyse qui est obtenu dans le cadre de la présente invention n'entraîne aucune dépense supplémentaire. Pour résumer le procédé de l'invention comporte de préférence les étapes suivantes 1 ) broyage ou hachage : les déchets organiques qui sont constitués par exemple de paille ou de foin sont réduits à des particules ne devant pas théoriquement dépasser 5 cm de longueur de façon - à faciliter leur manipulation ultérieure.La pulpe de raisin, les débris de coton ou tout autre matériau qui se trouve déjà au départ réduit en particules de petites dimensions n'a pas besoin d'être broyé. 20) réaction chimique :Les déchets organiques peuvent alors être transférés et introduits dans deux.mélangeurs continus (tels que par exemple des appareils de cuite ou des mélangeurs de mélasse ou équipements équivalents) et ce transfert peut être effectué par un convoyeur à bande, une vis d'Archimède ou un convoyeur pneumatique. Les réactifs chimiques sont introduits dans les mélangeurs continus par tout dispositif doseur approprié. Deux mélangeurs sont de préférence employés (bien qu'un seul melangeur puisse être utilisé en deux phases successives), étant donné qu'environ la moitié des déchets organiques est mélangée à une phase acide tandis que l'autre moitié est mélangée à une combinaison de bases. Les agents chimiques (acides ou bases) sont calculés de façon à fournir des éléments nutritionnels necessaires en vue d'un régime équilibré ; mais ces éléments chimiques sont utilisés sous leur forme réactive , soit à titre d'acide, soit à titre de base, au lieu de la forme classique de sel utilisaprécédemment (par exemple le phosphate dicalcique ou le chlorure de sodium). A titre d'exemple, le procédé selon l'invention comprend l'intro duction d'acide phosphorique, d'acide chlorhydrique, et/ou d'acide sulfurique dans un mélangeur acide et l'introduction d'hydroxyde de calcium , l'hydroxyde dé sodium, l'hydroxyde de potassium et/ou l'hydroxyde d'ammonium dans un mélangeur basique. Les acides minéraux et bases sont utilisés dans des pourcentages qui éliminent ainsi la nécessité d'additionner ultérieurement du sel (chlorure de sodium) ou du phosphate dicalcique (P.D.C.), du carbonate de sodium et/ou du sulfate de potassium dans la substance alimentaire finale (et dans laquelle les déchets organiques traités confor mément à l'invention sont introduits à titre d'additifs). 30)Le réacteur : Les matières précédemment mélangées peuvent être conservées séparément pendant plusieurs heures ou jours si nécessaire ou elles peuvent être remélangées immédiatement, selon des pourcentages sensiblement équivalent,dans un troisième mélangeur de construction analogue aux mélangeursprécédemment cités.Une reaction forte (entre la phase acide et la phase basique) présente dans chacune des moitiés des déchets organiques se produit dans le troisième mélangeur.Une certaine quantité d'eau s'échappe sous forme de vapeur à ce moment , si le degré d'humidité a été convenablement ajusté à un niveau se situant entre 20 et 60 parts en poids (par rapport au poids total du mélange) ; et cet ajustement peut être effectué soit par un séchage préalable ou par au contraire l'addition d'une quantité nécessaire d'eau dans les melangeurs acides ou basiques (comme ceci serait le cas avec des produits de base tels que de la paille, des céréales, la paille de mais ou de millet, des épis de céréales, de la pulpe etc..). La réaction est exothermique. 40) Mise en forme : immédiatement après la réaction, la matière peut être transférée dans un moulin de mise en forme, la matière étant comprimée et transformée en pellets ou cubes. La compression qui est exercée sur le produit améliore sa digestibilité et facilite les manipulations du matériau. Les phases de traitements respectivement acides et basiques précédentes rendent possible l'obtention et la mise en forme de pellets ou cubes à partir d'éléments comme la paille, alors que ceci n' était pas possible précédemment (c'est-à-dire sans utiliser le traitement respecti- vement acide et basique de l'invention). Divers exemples illustreront des formes de réalisation de l'invention présentée à titre non limitatif. EXEMPLE 1 De la paille a été hachée pour être réduite à des particules n'excédant pas 5 cm de longueur. Les ingrédients ci-après ont été mélangés dans un premier mélangeur de mélasse à froid et en continu comportant un revêtement intérieur de polyéthylène (résistant aux acides) Phase acide Composants Quantité :kilogrammes Paille hachée 900 Acide phosphorique à 75 % 50 Acide sulfurique à 96 % 40 Acide chlorhydrique à 32 % 10 Eau 200 TOTAL 1.200 kg. Les composants suivants ont été mélangés dans un second mélangeur de mélasse à froid classique comportant un revêtement intérieur de polyéthylène (résistant aux acides). Phase basique : Composants Quantité :kilogrammes Paille hachée 900 Hydroxyde de sodium à 40 % 100 Hydroxyde de potassium à 40 % 100 Hydroxyde de calcium à 40 % 100 TOTAL 1.200 kg. Les portions des déchets organiques respectivement acidifiés et basiques sont ensuite mélangées et mises en réaction dans un troisième mélangeur de mélasse continu à froid comportant un revêtement de polyéthylène (résistant aux acides) et ce pendant 15 minutes. Prenant en considération que l'eau présente dans le mélange à l'état moléculaire et provenant de l'hydrolyse ainsi que la vapeur perdue dans le troisième réacteur , le produit final résultant du traitement a la composition suivante Composants Quantité en kg Pourcentage Paille totale 1800 90,00 Eau moléculaire 200 Acide phosphorique 50 2,35 Acide sulfurique à SE % 40 1,80 Acide chlorhydrique a 32 % 10 0,45 Hydroxyde de sodium à 100 % 40 1,80 Hydroxyde de potassium 40 1,80 Hydroxyde de calcium 40 1,80 TOTAL 2200 kg 100,00 % Le mélange final constitue une matière facilement digeste et facile à manipuler. Cette matière finale est mise en forme de pellets dans un appareil convenable et peut être utilisée comme substance alimentaire pour animaux. EXEMPLE 2 L'exemple 1 a été répété à l'exception des trois bases qui ont été remplacées par 75 kg d'hydroxyde de sodium à 40 %, 75 kg d'hydroxyde de potassium à 40 %, 75 kg d'hydroxyde d'ammonium à 40 % et 75 kg d'hydroxyde de calcium à 40 % ; le produit final s'est révélé de matière facilement digeste et aisée à manipuler ; ce produit a été mise en forme de pellets dans un appareil approprié et utilisé comme substance alimentaire pour animaux. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la transformation de déchets organiques contenant de la cellulose et de la lignine et amenés à une forme digeste et maniable , caractérisé par les étapes suivantes a) on réduit les déchets organique contenant la cellulose ou la lignine en particules d'une dimension inférieure à 5 cm de façon à faciliter leur manipulation (lorsque ces déchets ont une dimension supérieure a 5 cm) lesdits déchets étant choisis dans le groupe comportant la paille brute, la paille traitée, les copeaux de bois, les épis de céréales, la bagasse, des cosses de haricots, de la tourbe, des tiges de tabac, des enveloppes de noix de coco, de la balle de riz ou de soja. b) On mélange une partie des déchets organiques à un acide choisi dans le groupe comportant l'acide phosphorique l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique ou leurs mélanges. c) Parallèlement (avant, après ou concomitamment à l'étape b) on mélange le reste des déchets organiques à une base choisie dans le groupe comportant l'hydroxyde de calcium, l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de potassium et l'hydroxyde d'ammonium. d) On mélange la partie des déchets organiques soumis à un traitement acide à la partie des déchets qui a été soumise à un traitement basique, de façon à obtenir un mélange des déchets de départ sous-une forme plus digeste ; le mélange soumis à la réaction contient de 20 à 60 % en poids d'eau par rapport au total et à cet effet la quantité d'eau est ajustée soit par addition d'eau, soit au contraire par séchage, lorsque la quantité d'eau présente dans les déchets, au sortir des étapes b) et c) ne correspond pas à ce pourcentage, une partie de cette eau étant transformée en vapeur par suite de la chaleur de la réaction exothermique, la réaction produisant un mélange de déchets organiques sous une forme sensiblement sèche et plus digeste. e) On presse le mélange résultant de la réaction b) pour le mettre en forme de pellets, cubes, blocs ou autres formes analogues. 2.- Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce que le pourcentage de déchets acidifiés et soumis à la phase b) du traitement est compris entre 40 et 60 % du total. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pourcentage de déchets acidifiés et soumis à la phase b) du traitement est de 50 t du total. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rapport molaire des bases et acides mis en oeuvre dans les phases b) et c) respectivement est égal à 1. 5.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le rapport molaire des bases et acides mis en oeuvre dans les phases b) et c) respectivement est différent de 1. 6.- Procédé conforme à la revendication 1 ci-dessus, caractérisé en ce que la phase de traitement physique en vue de réduire les déchets organiques en particules de dimensions appropriées, est obtenue par un traitement physique choisi dans le groupe comportant le hachage et le broyage. 7.- Procédé selon la revendication 1 ci-dessus, caractérisé en ce que chaque portion de déchets organiques résultant du traitement physique a) est acheminée à un mélangeur en vue de son traitement chimique en utilisant un moyen mécanique tel qu'un convoyeur à bandes, une vis d'Archimède ou un convoyeur pneumatique. 8.- Procédé selon la revendication 1 ci-dessus, caractérisé en ce que les phases des traitements acides b) et basiques c) sont réalisées chacune dans un mélangeur continu. 9.- Procédé selon la revendication 4 ci-dessus, caractérisé en ce que la phase de traitement acide b) est conduite dans un premier mélangeur continu tandis que la phase c) de traitement basique est conduite dans un second mélangeur continu. 10.- Procédé selon la revendication 4 ci-dessus, dans lequel les phases b) et c) sont réalisées successivement dans un seul mélangeur continu. 11.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les phases de traitements acides b) et de traitements basiques c) sont conduite à une température comprise entre -60C et 650C. 12.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que tous les acides sont utilisés dans la phase b) tandis que tous les bases sont utilisées dans la phase c). 13.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie des déchets organiques ayant subi un traitement acide dans la phase b), et la partie des déchets organiques ayant subi un traitement basique dans la phase c) , sont mélangées immédiatement après ces phases acides et basiques pour réaliser la phase d). 14.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase de mélanges des deux portions acides et basiques est conduite dans un mélangeur continu. 15.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel la phase de mélange d) est conduite à une température comprise entre -60C et 650C. 16.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase e) comporte une mise en forme du produit pour réaliser des pellets.