Brevet FR2398110A1 — publié le 19790216

la présente invention a. pour objet-général la valorisation de déchets organiques et, plus particulièrement, un procédé et un dispositif dtobtention accélérée de méthane à partir de déchets végétaux et de valorisation simultanée desdits déchets en vue de leur réutilisation comme engrais ou comme produits alimentaires pour le bétail. Il est connu de fabriquer du gaz méthane, dit gaz de ferme, à partir de déchets organiques divers d'origine animale ou d'origine végétale (lisier, eaux d'égout, fumier, résidus végétaux, paille, bois, ordures ménagères, etc. Y, par fermentation anaérobie au moyen de bactéries génératrices de méthane prélevées dans des fosses septiques ou autres, et éventuellement en outre au moyen de bactéries cellulolytiques lorsque les déchets renferment de la cellulose. On fait précéder la fermentation anaérobie d'une fermen-tation aérobie exothermique, après mouillage des déchets, pour éliminer l'oxygène et favoriser par l'élévation de la température le démarrage de la fermentation anaérobie; ce procédé coflteux en maàn- d'oeuvre nécessite une ouverture de grand diamètre du récipient de fermentation et, par consequent, un couvercle lourd et difficile à manipuler. On connaît aussi la méthode consistant à préchauffer, ou à effectuer immédiatement la fermentation anaérobie, après avoir fait le vide dans le-récipient de fermentation, mais ces méthodes sont également onéreuses. La présente invention concerne un procédé plus-rentable de valorisation des déchets organiques par fermentation anaérobie avec production de méthane, au moyen de bactéries génératrices de méthane, et en outre de bactéries cellulolytiques si lesdits déchets contiennent de la cellulose, sans fermentation aérobie ni vide ni préchauffage préalables, caractérisé en ce que l'on -chasse l'air du récipient de fermentation ouvert à son sommet, après -l'a- voir chargé avec les déchets organiques à traiter, en le remplissant complètement avec de liteau, on ensemence ensuite le milieu avec lesdites bactéries, on ferme le récipient, on recueille le méthane produit, par une canalisation branchée sur le sommet du récipient et, lorsque le dégagement de méthane cesse,- on recueille les déchets fermentés, on les fait sécher par évaporation, et on recueille l'eau évaporée et les déchets fermentés séchés, utilisables comme engrais ou comme aliments pour les animaux. L'évaporation peut avoir lieu à la température ambiante ou par chauffage. L'eau d'évaporation récupérée est précieuse, notamment dans les pays désertiques ou en période de sécheresse. On la rend potable par addition d'un bactéricide. Be méthane, utilisable tel quel comme combustible, peut aussi être transformé soit en méthanol par des procédés connus, par exemple par oxydation en présence d'un sel de cobalt, soit en protéines destinées à l'alimentation humaine et animale lorsqu'on l'emploie comme milieu de culture pour des bactéries albumineuses. Dans ce procédé de valorisation des déchets organiques, le-méthane est donc ainsi, en totalité ou en partie, un produit intermédiaire, et les productions de méthane, de méthanol et de protéines peuvent être, au choix, simultanées ou successives. Quant aux déchets fermentés,stils sont destinés à l'alimentation animale, on peut les enrichir en amino-acides, en ajoutant aux bactéries d'ensemencement d'autres bactéries anaérobies, capables de vivre en symbiose avec les bacténes génératrices de mhae,cho-i- sies non pour l'élaboration de méthane, mais pour leur richesse en tel ou tel amino-acide (lysine, méthionin3, etc.). On peut aussi, vers la fin de la fermentation, ajouter aux déchets des bactéries albumineuses, qui se développeront sur le méthane qui sera encore produit. Les bactéries génératrices de méthane et les bactéries cellulolytiques n'apportent, quant à elles, aucun enrichissement des déchets fermentés en protéines; toutefois, une bactérie cellulo- lytique telle que le clostridium butyricum élabore de l'acide butyrio que, qui est assimilé par les ruminants. Suivant un mode préféré de réalisation du procédé selon l'invention, on adjoint aux bactéries d'ensemencement des colibacilles non pathogènes issus de la flore intestinale, pour traiter des déchets organiques constitués au moins partiellement par un milieu naturel de développement de ces colibacilles, c'està-dire un milieu contenant des matières fécales, tel que lisier ou eau d'égout. Ces colibacilles, qui sont à la fois aérobies et anaé robies, provoquent immédiatement, quelle que soit la température. initiale des déchets, une fermentation exothermique, qui favorise le démarrage en quelques heures des fermentations anaérobies cellulolytique et génératrice de méthane, celles-ci nécessitant unetempérature de 20 à 30 00. En outre, ces colibacilles sont riches en amino-acides et ils sont de ce fait un moyen d'enrichir le résidu de la fermentation en protides, en vue de 11 alimentation du bétail. Une source de tels colibacilles est, par exemple, le médicament "Normaflore11-préparé par la Société française dite Laboratoire DOMS. Lorsque les déchets fermentés sont destinés à servir d'engrais, il est judicieux d'arreter la fermentation anaérobie à un moment où les déchets sont encore riches en bactéries cellulolytiques, qui seront utiles dans 11 engrais, et d'ajouter aux déchets, avant leur épandage, des bactéries NIF fixant l'azote atmosphérique et qui vivent sélectivement en symbiose avec les plantes cultivées, le type -de bactéries NIP étant choisi, par conséquent, en fonction de la culture à laquelle 1' engrais est destiné. Au cours-de la fermentation d'une charge de déchets organiques, on peut procéder à un ou plusieurs réensemencements en colibacilles par un orifice de réensemencement prévu à cet effet sur le récipient de fermentation, lorsqutil y a des bactéries cellulolytiques dans le milieu, car ces bactéries très robustes tuent les colibacilles par phénomène de concurrence vitale[pratiquementB pour des volumes traités de 20 à 40 ma, on constate au bout de 45 jours (la période maximale en présence de déchets organiques étant de deux mois) la quasi-disparition des colibacilles3,de m8me d'ailleurs qu'elles tuent fort heureusement par ce meme phénomène les bactéries dangereuses pour l'homme, les animaux et l'environnement en général, du genre salmonelles, entre autres. On peut aussi effectuer des réensemencements en bactéries cellulolytiques, lorsque celles-ci sont detruites par une trop forte élévation de la température. On a déjà mentionné précédemment ltensemencement possible avec des bactéries albumineuses vers la fin de la fermentation. Les bactéries anaérobies cellulolytiques employées sont des types clostridium, plectridium et terminosporus, utilisés isolément ou en mélanges. On préfère le clostridium butyricum, mais on peut citer également le clostridium pasteurianum et le clostridium thermocellium. Les bactéries génératrices de méthane proviennent ini tialement d'un prélèvement dans une fosse septique ou une eau d'égout; ensuite, elles sont constituées par un levain prélevé dans un milieu de fermentation précédent. A titre indicatif, on estime que, pour traiter le contenu d'une ctve de fermentation de 40 m3, il faut environ cent milliards de germes de chaque type, colibacilles, bactéries cellulolytiques et bactéries génératrices de méthane. Le milieu traité est avantageusement un mélange de lisier et de déchets agricoles cellulosiques, tels que paille ou déchets de légumes, ou un mélange d'eaux d'égout et d'ordures ménagères, ces mélanges contenant à la fois de la cellulose et un milieu naturel de prolifération pour les colibacilles. Bien que ce ne soit pas obligatoire, il est opportun de désodoriser les déchets, à la fin de la fermentation, les désodorisants employés étant en même temps des bactéricides, qui turent toutes les bactéries, y compris les pathogènes éventuellement encore présentes. On ajoute le désodorisant avant ou après le séchage des déchets, mais nécessairement avant, si l'on évapore l'eau par chauffage du milieu de fermentation, afin d'arrê er complètement au préalable la fermentation et d'éviter tout risque d'explosion; l'eau récupérée est alors immédiatement potable. Lorsqu'on ajoute un bactéricide, les déchets ainsi traités ne sont plus une noulsriture ordinaire pour animaux, mais ils deviennent un complément alimentaire médicamenteux prophylactique.Ainsi, l'enrichissement des déchets avec des bactéries contenant des amino-acides ou des protéines, d' une part, et avec des bactéricides, d'autre part, permet d'accrot- tre le rapport de valeur entre la nourriture et l'énergie sous forme de méthane, qui sont fournies par le présent procédé, à partir des déchets organiques. Le bactéricide utilisé est, de préférence , hydrosoluble et actif contre les microorganismes gram-positifs et gram-négatifs. On peut citer, à titre d'exemple, le germicide "Germaline1, préparé par la Société française dite Etablissements Laserson & Sabetay; ce produit est une poudre blanche hydrosoluble et a une action bac- téricide très large. Ta proportion efficace de bactéricide à ajouter est de 0,25 à 0,50% en poids par rapport aux déchets fermentés à traiter. En fin d'extraction de méthane, on peut aussi ensemencer le milieu en moisissures, du type de celles qui produisent des antibiotiques connus, pénicilline, streptomycine, cyclines, etc. On peut enfin, dans tous les endroits.où celà est possible, ajouter des algues, aux propriétés diverses. Toutes sont capables de fournir des substances minérales et'notamment de l'iode. Mais aussi, par exemple, les fucus sont très riches en vitamines, qui, après séchage des déchets, deviennent concentrées. La poudre de laminaires sert d'adjuvant aux traitements antituberculeux. Le phytophora a une action certaine sur le bacille tuberculeux. Plusieurs espèces d'algues produisent des antibiotiques, et, avec la concentration, elles sont capables de lutter contre le staphylococ- cus aureus. Ohlorella pyrénoidosa renferme un antibiotique nommé chorelline. Sargassum bacceriferum possède des vertus diurétiques, fébrifuges, et combat les maladies rénales. Sargassum binifolium est utilisé en Inde dans les troubles de la vessie. Dans les algues rouges, le chondrus crispus est utilisé dans les maladies pulmonaires. La fucoidine de laminaria digitata et de delessaria sanguinea a un pouvoir anticoagulant supérieur à celui de l'héparine. B'alsidium helminthocorton, qu'on trouve en Eretagne en en Normandie, est un excellent vermifuge, etc.. Butant il est coûteux, pour l'utilisation pharmaceutique de ces produits, de procéder à la récolte et à l'extraction de la substance active, autant, dans le cadre du présent procédé, il est facile d'apporter des suppléments médicamenteux, en ajoutant aux déchets fermentés les algues elles-mêmes. L'invention a également pour objet des doses de bactéries d'ensemencement à utiliser pour la mise en oeuvre du procédé. Il s'agit, d'une part, de doses de levain de bactéries anaérobies génératrices de méthane dans un milieu de culture azoté (azote ammoniacal notamment) et, d'autre part, de doses de bactéries anaérobies cellulolytiques dans un milieu de culture pouvant aussi être azoté et contenant de préférence un matériau or ganique cellulosique, chaque dose étant placée dans un récipient métallique résistant à la pression et bouché par un bouchon métallique perforé formant- soupape de sécurité et bourré de coton cardé formant filtre de retenue du contenu du récipient '('invention concerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, comprenant essentiellement un récipient de fermentation, qui est n'importe quel récipient étanche, pourvu d'une soupape de sécurité, d'un couvercle et d'une conduite d'évacuation du méthane avec clapet à son sommet et, éventuellement, d'une porte de déchargement et d'une canalisation de vidange avec vanne à sa base, caractérisé en ce que ladite conduite d'évacuation du méthane est branchée sur le sommet du récipient et en ce que ledit couvercle a approximativement le diamètre dfun trou thomme, soit 40 à 50 centimètres, c'est-à-dire qu'il est- petit, peu lourd et facile à manipuler, contrairement aux couvercles de grande taille employés pour les récipients, dans lesquels on effectue une fermentation aérobie préliminaire.De préférence, le récipient est aussi muni d'un manomètre et d'un thermomètre. Be couvercle peut servir à la fois au chargement et au déchargement, par exemple par pompe aspirante et foulante, lorsque les déchets sont fluides (comme le lisier, qui est un mélange liquide ou semi-iiquide d'excréments et d'urine d'animaux) ou hachés ou broyés (comme peuvent l'être la paille et les résidus végétaux, par exemple). Le déchargement des déchets peut aussi avoir lieu, s'ils sont fluides, par ladite canalisation de vidange et, s'ils sont séchés dans le récipient-même de fermentation, par ladite porte de déchargement. Le séchage peut alors être effectué, par exemple, au moyen de brûleurs placés sous le récipient et alimentés par le méthane produit en fin de fermentation. Le récipient de fermentation peut présenter des entrées d'ensemencement à son sommet ou sur sa surface latérale, obturables de façon étanche et prévues pour les ensemencements complémentaires éventuels, en cours de fermentation. la conduite d'évacuation du méthane est avantageusement reliée à un conteneur métallique ou en plastique gonflable résistant à la pression, dans lequel le méthane est stocké ou transformé en méthanol ou en protéines dites du pétrole, et qui est pourvu d'un manomètre, d'une soupape de sécurité et, suivant les besoins, de canalisations avec robinet, d'une entrée de réactifs obturable de façon étanche et d'une porte de déchargement. Les exemples suivants illustrent le procédé suivant 11 invention. Tous les pourcentages indiqués sont en poids. BXEMPIE 1.- Traitement d'un lisier ou d'eauxd'eout Un levain de bactéries gJneratrices de méthane peut entre suffisant, pour la simple production de méthane, dans les conditions de température optimales (2025oo), mais il n'y a aucun enrichissement valable du résidu. Si, par contre, on adjoint dans l'en- semencement un colibacille non pathogène issu de la flore intestinale, non seulement, se retrouvant dans son milieu naturel, il fait. démarrer la fermentation en quelques heures, quelles que soient les conditions de température, mais encore, étant riche en amino-acides, - il enrichit le résidu en protides, précieux pour l'alimentation du bétail. B'expérience montre qu'en un mois, on obtient par ce procédé, sans faire appel à la phase aérobie classique, conteuse en marn-d'oeuvre, avec un simple lisier fluide : 3 litresde gaz méthane, titrant environ 4 thermies au mètre cube, par litre de lisier, et, après évaporation, en queue d'extraction, 4% d'extrait sec titrant 58% de protides. Donc, par ce procédé,un simple lisier fluide fournit une valeur de protéines 5 fois-supérieure à la valeur du gaz méthane préalablement récolté. Quant à la proportion d'eau récupérée, elie peut atteindre 85%. Les bactéries génératrices de méthane ne fournissent, pour ce qui les concerne, qu'une quantité négligeable de protides. EXEMPLE 2.- traitement de mélanges de- déchets cellulosi Ses et de lisier ou d'veaux d'eout. Si l'on mêle 50 de déchets cellulosiques à 50% de lisier (ou de prélèvements sur égouts), on fait appel de surcroît pour l'ensemencement à des bactéries cellulolytiques, du type par exemple clostridium, qui décomposent la cellulose en C02 et e'lé- ments dont se servent les bactéries génératrices de méthane pour l'élaboration du cH4. Là encore, la présence de colibacilles non pathogènes permet le démarrage immédiat de la fermentation, mais aussi un apport protéique, alors que les clostridium sporulent et que les spores sont à cet égard négligeables. On constate une va leur deux fois plus importante en protides dans le- résidu, et une production triple de gaz méthane, par rapport au lisier seul.La proportion d'eau récupérée peut être de 40%. On peut aussi se servir essentiellement de déchets cel lulosiques, avec seulement un petit ajout de lisier ou d'eaux d'égout, dans les mêmes conditions, les colibacilles produisant du C02 au départ au même titre que les clostridium, plus longs R intervenir. Une forme particulière d'exécution du dispositif suivant l'invention va entre décrite ci-après, à titre d'exemple purement in dicatif et nullement limitatif, en référence au dessin annexé sur lequel : la figure . est une vue schématique en élévation du dis positif et la figure 2 est une vue en coupeyerticale d'un récierrtcon- -- tenant une dose de bactéries d'ensemencement. Le récipient de fermentation représenté est un ré ci- 3 pient horizontal 1, par exemple de 20 ou 40 m3, monté sur des ber- ceaux 2 à patins, ce qui le rend transportable. Le récipient est fermé à son sommet par un couvercle 3 d'un diamètre d'environ 50cm et, sur ce sommet, sont également montés une conduite 4 d'évacuation du méthane avec clapet 5, une soupape de sécurité 6, un manomètre 7 et une entrée d'ensemencement 8, qui peut être équipée d'un doseur ou être fermée par un bouchon en élastomère perforable et remplaça ble, à travers lequel on injecte la culture de bactéries.Une autre entrée d'ensemencement 9 est prévue sur la paroi latérale du réci pient. À la base de celui-ci, il y a une porte de déchargement 10 et une canalisation de vidange il avec vanne 12. '(e récipient est enco re muni d'un thermomètre 23. la conduite 4 peut éventuellement servir aussi à une évacuation doleau, soit au début, soit à la fin de la fermentation et une partie de cette eau peut être utilisée dans une colonne de lavage du méthane recueilli. la canalisation 4 est reliée à un con teneur 13 pourvu, à sa base, d'une porte de déchargement t4 et d'une canalisation de vidange 15 et, à son sommet, d'un manomètre 16, d' une soupape de sécurité 17 et d'une entrée obturable 18 pour l'in troduction d'un catalyseur et d'oxygène, ou de bactéries albumineuses, si l'on veut produire dans ce conteneur du méthanol ou des pro téines, pouvant être évacués, respectivement, par 15 et 14. Des robinets 24 et 25 sont montés sur les canalisations 4 et 15. la figure 2 montre un petit récipient métallique t9 fermé par un bouchon 20 également métallique, percé d'un orifice 21 et bourré de coton cardé 22. Ce récipient est destiné à contenir une dose de bactéries d'ensemencement, par exemple un levain de bactéries génératrices de méthane, dont la conservation est d'environ 2 mois. Des .brûleurs non représentes peuvent être placés entre les berceaux 2 supportant le récipient 1, pour chauffer celui-ci et évaporer l'eau de la charge traitée, après la fin de la fermentation. Des modifications de détail du domaine des équivalents techniques peuvent être apportées tant au procédé qu'au dispositif décrits ci-dessus, sans que l'on sorte pour cela du cadre de l'invention. - REVENDICÂTIONS Procédé de valorisation des déchets organiques par fermentation anaérobie avec production de méthane,aumoyendebacté- ries génératrices de méthane, et en outre de bactéries cellulolytiques si lesdits déchets contiennent de la cellulose, caractériSé en ce que l'on chasse l'air du récipient de fermentation ouvert à son sommet, après l'avoir chargé avec les déchets organiques à traiter, en le remplissant complètement avec de l'eau, on ensemence ensuite le milieu avec lesdites bactéries, on ferme le récipient, on recueille le méthane produit, par une canalisation branchée sur le sommet du récipient et, lorsque le dégagement de méthane cesse, on recueille les déchets fermentés, on les fait sécher par évaporation, et on recueille l'eau évaporée et les déchets fermentés séchés, uti lisables comme engrais ou comme aliments pour les animaux. 2.- Procédé suivant la revendication 1, pour traiter des déchets organiques constitués au moins partiellement par un milieu naturel de développement des colibacilles, c'est-à-dire un milieu contenant des matières fécales,caractérisé en ce que l'on adjoint aux bactéries d'ensemencement des colibacilles non pathogèw nes issus de la flore intestinale, qui provoquent immédiatement une fermentation exothermique favorisant le démarrage des fermentations anaérobies cellulolyt i que et génératrice de méthane et qui enrichissent le résidu de la fermentation en protides. 3.- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on transforme au moins partiellement le méthane recueilli en méthanol par oxydation. 4.- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on utilise au moins partiellement le méthane recueilli comme milieu de culture pour des bactéries albumineuses fournissant des protéines desdinées à l'alimentation humaine et animale. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, lorsque les déchets fermentés sont destinés à l'alimentation animale, on ajoute aux bactéries d'ensemencement d'autres bactéries anaérobies riches en aminoacides. 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, lorsque les déchets fermentés sont destinés à ltalimentation animale, on ajoute aux déchets, vers la fin de la fermentation, des bactéries albumineuses. 7.- Procédé suivant lune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, lorsque les déchets fermentés sont destinés à servir d'engrais, on arrente lafermentation anaérobie à un moment où les déchets sont encore riches en bactéries cellulolytiques, qui seront utiles dans l'engrais, et on ajoute aux déchets, avant leur épandage, des bactéries NIF fixant l'azote atmosphérique et qui vivent sélectivement en symbiose avec les plan- tes cultivées. 8.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on procède, durant la fermentation, à des réensemencements en bactéries cellulolytiques. 9.- Procédé suivant la revendication 2, caractéri sé en ce que l2on procède, durant- la fermentation, -à des réencemencements en colibacilles et en bactéries cellulolytiques. 10.- Procédé suivant lfune quelconque des revendications 1 à 9, caract;2'risé en ce que l'on traite des mélanges de lisier et de déchets agricoles cellulosiques et des mélanges d'eaux d'égout et d'ordures ménagères. 11.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'on ajoute aux déchets, à la fin de la fermentation, un désodorisant bactéricide, les déchets devenant alors, s'ils sont destinés à l'alimentation animale, un complément alimentaire médicamenteux prophylactique. 12.- Procédé suivant ltune quelconque des revendications I à 10, caractérisé en ce que l'on ajoute aux déchets, à la fin de la fermentation, des moisissures produisant des antibiotiques connus. 13.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'on ajoute aux déchets fermentés des algues apportant des substances minérales, des vita mines et des substances à effet thérapeutique. 14.- Dose de levain de bactéries anaérobies génératrices deméthane,caractérisée en ce que le milieu de culture est azoté et est placé dans un récipient métallique résistant à la pression et boti- ché par un bouchon métallique perforé formant soupape de sécurité et bourré de coton cardé formant filtre de retenue du contenu du récipient. 15.- Dose de bactéries anaérobies cellulolytiques, caractérisée en ce que le milieudeculture ccntSntéventuelimentuamatiiau organique cellulosique et est placé dans un récipient métallique résistant à la pression et bouché par un bouchon métallique perforé formant soupape de sécurité et bourré de coton cardé formant filtre de retenue du contenu du récipient. 16.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13, comprenant un récipient de fermentation étanche, pourvu d'une soupape de sécurité, d'un couvercle et d'une conduite d'évacuation du méthane avec cla pet à son sommet et, éventuellement, d'une porte de déchargement et d'une canalisation de vidange avec vanne à sa base, caractérisé en ce que ladite conduite d'évacuation du méthane est branchée sur le sommet du récipient et en ce que ledit couvercle a approximative ment le diamètre d'un trou-dthomme, soit 4G à 50 centimètres. 17.- Dispositif suivant la revendication 16, carac térisé en ce que le récipient de fermentationest muni d'un mano mètre et d'un thermomètre. 18.--- Dispositif suivant la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce que le récipient de fermentation présente des en trées d'ensemencement à son sommet et sur sa surface latérale, obtu rables de façon étanche. 19.- Dispositif suivant l'une quelconque des reven dications 16 à 18, caractérisé en ce que ladite conduite d'évacua tion du méthane est reliée à un conteneur métallique ou en plastique gonflable résistant à la pression, pourvu d'un manomètre, d'une soupape de sécurité, de canalisations avec robinet, d'une entrée de réactifs obturable de façon étanche et d'une porte de décharge ment. 20.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 16 à 19, caractérisé en ce qu'il comprend des bradeurs placés sous ledit récipient de fermentation et alimentables avec le méthane résultant de la fermentation.