Brevet FR2538519A1 — publié le 19840629

Procédé de traitement de déshydratation de substances organiques, et installation pour mettre en oeuvre ce procédé La présente invention se rapporte à un procédé industriel de traitement de déshydratation de substances organiques humides considérablement économique et perfectionné. L'invention concerne également l'installation permettant de mettre en oeuvre ce procédé. Dans la suite de la description, on se référera explicitement aux déchets organiques, étant bien entendu que l'invention ne se limite pas à ce domaine. Les principes modernes d'élimination des déchets consistent, de préférence, à les transformer de façon à pouvoir les rendre exploitables ou réutilisables. C'est également le cas des matières organiques qui constituent les déchets solides, urbains et d'autre origine (comme, par exemple, le fumier d'animaux d'élevage, les rebuts des traitements de l'industrie alimentaire, les rebuts de tanneries et analogues), que l'on transforme normalement pour les réutiliser comme combustibles ou pour la production industrielle d'engrais organiques, d'aliments pour animaux, de panneaux de matière inerte, et à d'autres fins encore. Du fait que les substances organiques en question renferment, par nature ou par apport nécessaire, des pourcentages d'eau importants, et que, pour leur utilisation industrielle finale, comme combustibles, engrais, aliments animaux ou autre, comme pour des raisons d'économie de transport à destination, il faut, au contraire, un degré d'humidité bas, il est nécessaire de procéder à leur déshydratation que l'on effectue actuellement, normalement, en utilisant des déshydrateurs ou des fours industriels, qui impliquent une consommation d'énergie thermique élevée (carburants ou courant électrique) et par conséquent, des coûts élevés. L'invention a principalement pour objet de permettre précisément la déshydratation à faible coût de substances organiques humides, sans utiliser d'énergie thermique extérieure produite et/ou récupérée dans ce but, c'est à dire sans utiliser de déshydrateurs et combustibles. L'invention a également pour objet un procédé, ainsi que l'installation qui lui correspond, qui soient compatibles avec les exigences d'un traitement industriel. On atteint essentiellement ces objectifs, selon l'invention, par un procédé de déshydratation de matière organiques humides, caractérisé en ce qu'on accumule la matière organique à traiter de façon à former une épaisseur importante, de préférence comprise entre 1 mètre et 10 mètres, ou mieux encore comprise entre 2 mètres et 4 metres, à travers laquelle, apres avoir contrôlé la présence dans ladite matière de bactéries aérobies thermophiles, on insufflé de l'oxygène, de préférence de 1 'air, en quantité suffisante pour soutenir la reproduction contrôlée de ladite flore bactérienne et eliminer par entrainement l'humidité qui se dégage sous forme de vapeur de la masse de matière organique soumise au traitement, en poursuivant l'insufflation d'air et, par conséquent, le traitement jusqu'à ce que l'humidité de ladite masse descende au-dessous d'une valeur predéter- minée. Le principe de base de la présente invention consiste donc dans le fait qu'on a trouvé, de façon surprenante que si l'on accumule la matière organique humide de façon à former des épaisseurs importantes et qu'on insuffle de l'air dans l'épaisseur de la matière de façon à fournir de l'oxygène en quantité suffisante pour le développement des bacteries thermophiles, présentes de façon naturelle ou par ensemencement préalable dans la masse organique humide, la température régnant à l'intérieur de la masse organique humide augmente spontanément à des valeurs provoquant 1 'évapo- ration de l'humidité intrinsèque de la matiere organique et, en même temps, l'air insufflé élimine par entrainement la vapeur d'eau ain & formée, en empêchant la recondensation sur la matière elle-même. Un autre aspect important de la présente invention consiste en ce que le processus de dégagement de chaleur et donc d'évaporation de l'eau cesse tout seul, lorsque la masse organique soumise au traitement atteint un degré d'humidité résiduelle tres. faible, avec un blocage spontané des .cultures hactériennes qui ont déclenché et soutenu la thermogenèse (dont l'activité pourrait reprendre, si la teneur en humidité augmentait de nouveau pour une raison quelconque. L'installation destinée à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention comporte essentiellement, quant à elle un support d'accumulation de la matiere organique humide à déshydrater, des moyens d'alimentation en air sous pression de façon que celui-ci se répartisse uniformément dans toute la masse organique, dans une mesure suffisante à la fois pour provoquer et entretenir le-développement des bacteries thermophiles à l'intérieur de la mas-se organique humide, et évacuer la vapeur d'eau qui se forme petit à petit, des moyens d'ensemencement éventuel de la masse organique humide par une culture de bactéries thermophiles et des moyens de chauffage éventuel de la surface supérieure de la masse organique subissant le tra-itement. Il y a lieu de noter ici que l'on classe, sous la dénomination de bactéries thermophiles, des micro-organismes varies dont le développement et le métabolisme engendrent de la chaleur. Cette caractéristique particuliere de ces micro- organismes n' a cependant pas encore été exploitée industriellement d'une façon telle que celle de l'invention. Ces mi cro-organismes sont9 en outre, normalement présents dans la matière organique, specialement dans les déchets, à l'excep- tion des substances organiques résultant de traitements dans des conditions stériles. C'est pour cette raison que le procédé et l'installation selon l'invention prévoient de n'ensemencer la masse organique humide par des micro-organismes thermophiles que lorsqu'ils sont totalement absents. Parmi les bactéries thermophiles préférées pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, les bactéries suivantes sont utilisées 1- Thermo-Actinomycer vulgaris, 2- Thermus-acquaticus, tels que décrits dans "Vergey's Manual of determinative bacteriology, 8ème édition, Baltimore, Williams et Wilkinh" 3- Bacillius Stearothermophilus, 4- Bacillius Coagulans, 5- Bacillius Suptilis, 6- Bacillius Brevis, 7- Bacillius Circulants, 8- Bacillius Marceransg tels que décrits dans "Aerobic Spore-Forming Bacteria, (Monographie du Département de 1Agriculture des Etats-Unis). L'alimentation en air destiné à entretenir le développement des micro-organismes thermophiles et à éliminer la vapeur d'eau est contrôlée et réglée en fonction du type et de l'humidité des substances organiques à traiter, ainsi que de la température extérieure à la masse à traiter, du fait que, ce qui est évident, plus la température- extérieure ou ambiante est basse, plus la chaleur dégagée à l'intérieur de la masse organique tend à s'échapper, au détriment de l'évaporation de l'humidité et, donc de la déshydratation. Dans des conditions extrêmes, ou la température exterieure devrait atteindre des valeurs largement inférieures à OOC, de l'ordre de -100C à -200C, par exemple, il apparaît recommandé de chauffer légèrement (par exemple avec de l'air préchauffé ou au moyen d'appareils de chauffage à rayonnement) la surface exterieure de la masse organique subissant le traitement, pour éviter la condensation à la surface de la masse organique de la vapeur d'eau entraînée par l'air. D'un autre côté, du fait que, comme on l'adéjà mentionne, les bactéries thermophiles en question s'éteignent à des températures trop élevées (de l'ordre de 850C ou plus), il est clair que, pour des températures ambiantes élevées (saison estivale et/ou climats chauds), il faudra augmenter le debit d'air qu'on répartit dans la masse organique. Sur le dessin annexé, la figure unique représente un exemple de réalisation préféré non limitatif de 1' instal- lation de l'invention. Sur le dessin annexé, la référence numérique 1 désigne un plan d'appui subdivisé en allées 2 par des murettes de séparation 3. Ainsi, les allées offrent accès à des organes pesants permettant de mettre en mouvement des masses constituées par de la matière organique humide avec lesquelles on forme des tas 4 de 2 à 4 mètres de haut, de préférence. Dans les murettes de separation 3, ainsi que dans le mur de délimitation de fond 5, sont formees des canalisations 6 destinees à l'air comprime qui alimentent des embouchures 7, pouvant être fermees par des vannes appropriées, conformées et protegées de façon que la matière organique formant les tas 4 ne puisse y pénétrer ou les obstruer de n'importe quelle façon. Il va de soi, de toutes façons, qu'on peut réaliser les canalisations de façon différente, par exemple sous la forme de reseaux de conducteurs realisés au-dessous ou a l'intérieur de plan de support des amas de matiere à traiter. Les canalisations 6 se raccordent par des soupapes 12 à un collecteur 8 formé dans le mur périphérique 5, le collecteur 8 étant lui-même alimenté à partir d'une source d'air comprimé 9, par exemple un compresseur ou une batterie de compresseur. Dans le mode de realisation préferé, l'aire délimitée par le plancher est recouverte par un toit 10, pour protéger les amas 4 contre la pluie, et l'air comprimé est introduit (comme indiqué par les flèches 11) à une pression de 0,2 à 1 atmosphère par les embouchures 7 séparées mutuel le ment par une distance de 4 à 10 metres. On peut eventuellement fixer au toit 10 des dispositifs de chauffage à rayonnement infra-rouge, à des fins déjà mentionnées. Dans les essais pratiques, on a constaté qu'on peut pousser la déshydratation à 80 % de l'humidité initialement présente dans les substances organiques de départ, et le processus s'achève au cours de 2 à 3 semaines. Le processus de thermogenèse cesse de façon naturelle, lorsque l'humidité est descendue à la limite de 12 %. Il y a lieu de souligner que l'avantage principal de la présente invention consiste en ce que la consommation d'énergie se limite à la compression de l'air, uniquement. Le procédé selon l'invention a fait l'objet d'essais expérimentaux dans une installation présentant les caractéristiques suivantes 1. - Surface recouverte de 2.700 mètres carrés, recouverte d'un chapiteau préfabriqué 2. - Pavage en beton subdivisé en 30 allees de 3 metres de large environ par des murettes en béton (24 x 0,40 x 0,60m) construites en peigne, à l'intérieur desquelles se trouvent des canalisations qui alimentent des embou chures (6 par murette) placées centralement à une distance de 3,70 m. 3. - L'air comprimé était injecte dans les canali sations sous une pression de 0,3 atmosphère, à un débit par embouchure d'environ 70 m3 par heure. On a traité des excrements de poulets (fiente de volaille) d'une teneur en eau initiale moyenne de 45 %. Entre les mois de Mars et Novembre 1983, on a traité au total environ 8000 tonnes de matiere, sans utilisation totale de l'installation. La durée de chaque traitement de déshydratation a été en moyenne de 15 jours avec réduction de l'humidité à 16 %, condition exigée par les stades suivants (transformation en pellets). Les températures de gestion provoquées par la reproduction et la diffusion rapides de la flore bactérienne thermophile existant naturellement dès le début à l'état de spores dans la matière utilisée ont subi au cours du traitement les variations suivantes, à une température ambiante moyenne de 22"C : - 1" jour : 260C - 3 jour : 409C - 50 jour : 530C - 7 jour : 659C - 9 jour : 60 C - 11 jour : 51 C b 12 jour 429C - 13 jour Q 35QC - 14 jour : 31 C - 150 jour : 290C Comme on l'a déjà indiqué, le procédé et l-'installation selon l'invention se prêtent au traitement de déshydratation, non seulement de déchets organiques, mais egalement d'autres substances organiques humides nécessitant une deshydratation. REVENDICATI0NS 1. - Procédé de traitement de déshydratation de substances organiques humides, caractérisé en ce qu'on accumule la matière organique à traiter de façon à former une e- paisseur importante et, après contrôle de la présence dans la matière organique de bactéries aérobies thermophiles,-à l'alimenter en air en quantité suffisante pour entretenir la reproduction contrôlée desdites bactéries thermophiles et éliminer par entraînement la vapeur d'eau qui se dégage de la masse de matière organique soumise au traitements en poursuivant 1 'ali- mentation en air, jusqu'à ce que l'humidité de la masse organique descende au-dessous d'une valeur prédéterminée. 2. - Procédé selon- la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de ladite matière est comprise entre 1 et 10 mètres. 3. - Procéde selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de ladite matière est comprise entre 2 et 4 mètres. 4. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ensemence ladite matière organique par une culture desdites bactéries thermophiles9 lorsqu'elle apparaît au contrôle pratiquement depourvue desdites bacteries. 5. - Procédé selon la revendication 19 caractérisé en ce qu 'on forme des tas de ladite matière. 6. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on arrête le traitement, lorsque l'humidité résiduelle des substances organiques soumises au traitement a atteint la valeur de 12 %. 7. - Procéde selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour des températures extérieures inférieures à 00C on chauffe la surface extérieure de la matiere, de façon à empêcher la recondensation sur elle de la vapeur d'eau évacuée par l'air. 8. - Procedé selon la revendication 1, caractérise en ce que l'on contrôle le débit de l'air insufflé en fonction de la température relévée à l'intérieur de la matière organique subissant le traitement. 9. - Installation destinée à mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un support d'accumulation (1) de la matière organique humide à traiter en épaisseurs importantes et des moyens (6, 7) pour insuffler et répartir uniformément de l'air sous pression dans l'épaisseur de la masse organique à traiter, dans une mesure suffisante, à la fois pour provoquer et entretenir le dévellopement de bactéries thermophiles à l'in térieur de la-dite masse et evacuer la vapeur d'eau qui se forme petit à petit. 10. - Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'ensemencement de la matiere organique humide accumulée sur ledit support. 11. - Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que le support est subdivise en allees (2) par des éléments separateurs (3), et en ce que les moyens d'alimentation en air sous pression consistent en des cana d'écoulement lisation (6) et des embouchures /(7) communiquant avec les canalisations et pouvant être fermées séparément. 12. - Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que les canalisations (6) sont formées dans les éléments séparateurs (3). 13. - Installation selon la revendication 11, caracterisée en ce que les canalisations sont logees dans ledit support (1). 14. - Installatio-n selon la revendication 9, ca ractérisée en ce qu'elle comporte un compresseur (9) ou une batterie de compresseur d'air dont le côté de refoulement est relié aux moyens d'alimentation en air. 15. - Installation selon la revendication 9, ca racterisee en ce qu'elle comporte des moyens de chauffage de la surface de la matière organique humide. 16. - Installation selon la revendication 15, ca ractériséeen ce que les moyens de chauffage consistent en des appareils à rayonnement. 17. - Installation selon la revendication 9, ca ractérisée en ce que ledit support est recouvert d'une couverture de protection (10).