Brevet FR2675010A1 — publié le 19921016

PROCEDE ET INSTALLATION DE TRaITEMENT, PAR CONCENTRATION, DE DECHETS ORGANIQUES, NOTAMMENT DE LISIER La présente invention est relative à un procédé et à une installation de traitement, par concentration, de déchets organiques, notamment de lisier, afin d'obtenir une matière solide et, éventuellement, un liquide concentré en matières minérales. Ce procédé et cette installation sont particulièrement, mais non exclusivement, adaptés au traitement du lisier de porcs. Ainsi que cela est bien connu, le lisier constitue un engrais de grande valeur pour les terres agricoles, compte-tenu des éléments nutritifs (notamment de l'azote, du phosphore, du potassium, du calcium et d'autres oligo-éléments) qu'il contient. L'utilisation de ce lisier entraîne toutefois deux types distincts d'inconvénients. Le premier découle du fait que le lisier comporte jusqu'à 90-95 % d'eau. Lors d'un épandage, on est donc obligé de transporter une quantité importante de lisier, ce qui grève considérablement les frais de transport et d'épandage (utilisation de gros matériel). Le second type d'inconvénient réside dans le fait que les mauvaises odeurs qu'il dégage, dans les bâtiments d'élevage ou sur les lieux d'épandage, rendent sa présence et sa manipulation désagréables pour les voisins et les agriculteurs. Enfin, on constate le plus souvent que la chaleur naturelle dégagée par ces animaux est rejetée vers l'extérieur des bâtiments d'élevage sans être utilisée. Ceci constitue un gaspillage important d'énergie. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients en proposant un procédé et une installation qui permettent de concentrer les résidus organiques. Le procédé de l'invention, lorsqu'il est appliqué au lisier, permet de désodoriser celui-ci. De plus, ainsi qu'on le verra dans la suite de la description, le procédé de l'invention permet de réduire de façon notable la quantité de germes microbiens dans le lisier. Ceci permet de faire chuter les problèmes d'origine bactérienne et virale et ainsi d'améliorer l'état sanitaire de l'élevage. Pour concentrer le lisier, on utilise la chaleur dégagée par les animaux à l'intérieur du bâtiment d'élevage ainsi que l'énergie dégagée par l'oxydation des matières organiques présentes dans le lisier. On utilise donc des énergies jusqu'ici perdues, sans avoir besoin de recourir à une source d'énergie extérieure. Enfin, il s'agit d'un procédé économique et simple à mettre en oeuvre. Ce procédé de traitement, par concentration, de déchets organiques, notamment de lisier, est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à a) collecter les déchets organiques et les évacuer sous forme liquide b) provoquer une fermentation aérobie de ces déchets de façon à obtenir un liquide stabilisé, concentré, pauvre en matières organiques, et désodorisé c) recycler au moins une partie du liquide stabilisé en la regroupant avec de nouveaux déchets organiques à traiter d) retirer des déchets organiques et/ou du liquide stabilisé, au moins une partie de la phase solide qu'il(s) contient (contiennent). Ainsi, par recyclages successifs, on obtient un liquide concentré débarrassé de la phase solide et d'une grande partie des matières solubles qu'il contient. Selon d'autres caractéristiques avantageuses mais non limitatives - l'étape d) est effectuée avant et/ou après l'étape b), par séparation des phases solide et liquide - lorsque le procédé est appliqué au traitement de déchets organiques fournis par des animaux présents dans un bâtiment d'élevage, à l'issue de l'étape b), on évapore au moins une partie dudit produit sous l'effet de la chaleur dégagée par les animaux à l'intérieur du bâtiment d'élevage - la fermentation aérobie est provoquée et entretenue par l'apport d'oxygène de l'air - ladite séparation est mise en oeuvre par tamisage ou par centrifugation - on procède à une séparation grossière préalablement à l'étape b), et à une seconde séparation, plus poussée, à l'issue de l'étape b) - les matières sèches issues de l'évaporation sont récupérées dans les déchets organiques à traiter - la phase solide des déchets issue de la séparation et/ou une partie du liquide stabilisé(s) est (sont) déshydratée(s) - en fin de recyclage, on maintient le liquide stabilisé en fond de fosse, sous les animaux. L'installation de l'invention, conçue pour la mise en oeuvre du procédé décrit plus haut est caractérisée en ce qu'elle comprend - des moyens d'évacuation des déchets organiques vers au moins une unité de fermentation aérobie, celle-ci comprenant des moyens d'amenée d'air à l'intérieur de l'unité, ainsi que des moyens d'évacuation des gaz issus de la fermentation - des moyens de recyclage du liquide stabilisé. Selon une autre caractéristique avantageuse, cette installation comprend au moins un dispositif de séparation des phases liquide et solide des déchets organiques à traiter. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation, faite en référence au dessin annexé dans lequel la figure 1 est un schéma de principe de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé, appliqué au traitement du lisier. L'installation, représentée à la figure 1, comprend une série d'éléments associés à un bâtiment d'élevage 1 de porcs P. Ce bâtiment, de type courant, comporte un caillebotis 10 qui constitue le sol sur lequel circulent les porcs P et qui sépare la salle d'élevage d'une fosse il de récupération du lisier L évacué par les animaux. A ce bâtiment est associée une cheminée 14 d'évacuation de l'air et des gaz contenus dans la salle d'élevage et dans la fosse 11. Un ventilateur-extracteur 13, disposé dans la fosse 11, permet d'évacuer cet air et ces gaz vers la cheminée. Un élément 12 sépare le fond de la fosse à lisier de l'extracteur 13. Enfin, une rigole 15, disposée à l'aplomb de la cheminée 14, permet de récupérer le lisier L. Sur le schéma de la figure 1, et sauf mention contraire, les segments de droite pourvus de flèches représentent des canalisations équipées éventuellement de pompes non représentées. Lorsqu'un segment de droite est séparé d'un autre segment par une ligne en traits interrompus, les éléments placés en aval de ces traits interrompus constituent une installation supplémentaire optionnelle pouvant être rajoutée à l'installation de base. L'installation de l'invention comporte, raccordée à la rigole 15 du bâtiment 1, une cuve 2 de stockage intermédiaire du lisier frais L. Cette cuve est équipée de moyens d'agitation mécaniques du lisier constitués d'une turbine à pales 20. En aval de cette cuve est prévu un dispositif 3 de séparation des phases solide et liquide du lisier. Ce dispositif est constitué d'un tamis, vibrant, rotatif ou linéaire, qui, comme cela est bien connu, retient les matières solides telles que les fibres végétales, les poils d'animaux et les matières grossières tout en laissant passer la partie liquide du lisier. Le dispositif de séparation peut consister également en une centrifugeuse ou tout autre dispositif de séparation de phases solide/liquide. A ce dispositif 3 est raccordée une cuve de fermentation aérobie 4. Bien qu'une seule cuve ait été représentée sur la figure, l'installation peut comporter un nombre plus élevé de cuves disposées en série. Cette cuve comporte en son sommet une ouverture 40 équipée de préférence d'un ventilateur 41. A l'intérieur de celle-ci est prévue une turbine à pales 42 qui a pour but d'introduire de l'air à l'intérieur du liquide contenu dans la cuve et de le brasser. Il pourrait s'agir de tout autre dispositif remplissant la même fonction. La partie inférieure de la cuve 4 est raccordée à une canalisation 83 qui comporte deux ramifications 830 et 831. La canalisation 830 débouche à l'intérieur de la cheminée 14 du bâtiment d'élevage, par une série de buses non représentées qui permettent de projeter du liquide à l'intérieur de la cheminée. La seconde ramification 831 communique avec une cuve 5 de stockage du liquide fermenté. Sur cette cuve est branchée une canalisation 84 qui est raccordée à la fosse 11 de récupération du lisier à l'intérieur du bâtiment d'élevage. De manière optionnelle, l'installation comporte des moyens 85 de collectage des solides issus du dispositif 3 et de transfert à une colonne 6 de déshydratation poussée ou d'incinération de ces solides. Elle comporte pour ce faire un brûleur et/ou un ventilateur 60. Les gaz issus de cette déshydratation sont véhiculés au moyen d'une canalisation 86 dans un tour de lavage 7 laquelle est raccordée, au moyen d'une canalisation 88 à la cuve de stockage 2. Enfin, également de manière optionnelle, une partie du liquide provenant de la cuve 5 est directement dirigée, via la canalisation 87, vers le tour de lavage 7. Nous allons maintenant décrire la façon dont est mis en oeuvre le procédé de l'invention. Les déjections des animaux P tombent par gravité au travers du caillebotis 10 jusque dans la fosse 11. Le fond de cette fosse est horizontal et son évacuation est sélectivement obturée par un seuil ou une vanne automatique 16. L'air réchauffé par les porcs, ainsi ques les gaz malodorants (ammoniac, méthane, sulfure d'hydrogène, etc) provenant du lisier sont extraits de la fosse par le ventilateur 13 et dirigés vers l'extérieur via la cheminée 14. Le lisier frais L est évacué vers la cuve de stockage intermédiaire 2 par effet de chasse, à l'aide d'une pompe à gros débit branchée sur la canalisation 84. Ce lisier est brassé par intermittence à l'aide de la turbine 20 de façon à éviter que les matières solides ne se déposent au fond de celle-ci. Le lisier contenu dans cette cuve, est acheminé vers le dispositif de séparation 3 où une partie solide est retirée du circuit. Ce dispositif permet de séparer les matières grossières du lisier, principalement formées par les fibres végétales et par les poils des animaux, de la phase liquide. Ce traitement est rendu nécessaire par le fait que ces matières ont tendance à boucher les circuits hydrauliques et par le fait qu'elles sont peu fermentescibles. Nous expliquerons plus tard quel est le traitement optionnel auquel peuvent être soumis ces résidus solides. La phase liquide traversant le dispositif 3 est récupérée à l'intérieur de la cuve de fermentation aérobie 4. Cette cuve, isolée thermiquement, est équipée de moyens d'amenée d'air qui permettent de provoquer et d'entretenir la fermentation aérobie, celle-ci ayant pour but de détruire la matière organique du lisier. Cette fermentation aérobie s'accompagne d'un dégagement de chaleur, l'oxydation des matières organiques étant une réaction exothermique (environ 4500 kcal/kg de matière sèche). Cette énergie entraîne l'augmentation de la température du lisier où se développe un flore bactérienne thermophile. L'équilibre thermique à l'intérieur de la cuve est maintenu par l'insufflation d'air et par l'évaporation d'une partie de l'eau contenue dans le lisier. Cette évaporation provoque la concentration du liquide en matières minérales non détruites par la fermentation. Les germes pathogènes (bactéries et virus) contenus dans le lisier, sont détruits par le maintien du liquide à une température élevée (supérieure à 500 C). L'étude thermodynamique de la cuve de fermentation montre que l'évaporation maximale est atteinte lorsque la température est la plus élevée possible. A titre indicatif, il faut 4 m d'air pour dégrader un kilogramme de matière organique, lequel fournit l'énergie nécessaire pour évaporer et évacuer hors de la cuve cinq litres d'eau. Le liquide S sortant de la cuve de fermentation est un liquide stabilisé, inodore, exempt de germes pathogènes et ne pouvant pas à nouveau subir une fermentation anaérobie. Il est envoyé en partie dans une cuve de stockage 5 par la canalisation 831, d'où il est recyclé dans le bâtiment d'élevage par la canalisation 84. Le maintien de ce liquide stabilisé en fond de fosse 11 sous les animaux, en fin de recyclage, a des conséquences importantes. Ce liquide est riche en oxydes et en particulier en ions NO Il va donc neutraliser l'ammoniaque, les sulfures, les amines et détruire les odeurs. Son action sur les composés azotés est particulièrement intéressante ; l'urée, qui normalement se transforme en ammoniac très rapidement, est détruite avec dégagement de N2 (azote gazeux). On a donc les transformations suivantes Ce liquide a également une capacité importante de destruction de germes pathogènes. Il va donc permettre de maintenir sous les animaux une ambiance très saine, ce qui est très important lorsque l'on connait la complexité des circuits d'air à l'intérieur d'un bâtiment d'élevage. Une autre partie S1 du liquide stabilisé est transferée dans la cheminée 14 à l'intérieur de laquelle il est pulvérisé, finement à sa base et grossièrement en son sommet. La pulvérisation fine permet d'évaporer un maximum d'eau, tandis que la pulvérisation grossière a pour but de laver l'air sortant de la cheminée. Cette pulvérisation permet de neutraliser les gaz malodorants et d'entraîner vers la rigole 15 les poussières en suspension dans l'air. L'étude de l'ensemble de ce procédé de traitement de lisier sur un bâtiment d'engraissement de porcs charcutiers montre que, dans les conditions météorologiques de l'ouest de la France, tout le liquide stabilisé est évaporé si la distribution d'eau aux animaux est inférieure à 2,1 litres d'eau par kilogramme d'aliment, ce qui est une norme tout à fait acceptable puisque des essais zootechniques à 1,8 l/kg d'aliment ont donné des résultats très satisfaisants. Cette limite supérieure est une moyenne annuelle, étant entendu que l'évaporation est nettement supérieure en été et inférieure en hiver. Lorsque la distribution d'eau est supérieure à cette norme, l'évaporation ne peut pas éliminer toute l'eau contenue dans lisier. Il est alors nécessaire d'épandre l'excédent de liquide stabilisé. Le processus de recyclage du liquide stabilisé comprend d'une part, un apport de lisier frais à ce liquide et d'autre part, un retrait de matières solides au niveau du dispositif de séparation 3 et un retrait d'eau par évaporation. On considèrera ci-dessous que le dispositif 3 est formé d'un tamis. Ce processus a pour conséquence de concentrer le liquide en matières solubles et en matières fines qui traversent le tamis. Ces dernières (matières organiques en suspension) vont augmenter la viscosité du liquide en se concentrant jusqu a empêcher la circulation de celui-ci. La fermentation aérobie, en détruisant les matières organiques, résout ce problème. Par contre, la matière minérales en solution continuent à se concentrer au cours des cycles successifs jusqu'à ce que leur élimination au niveau du tamis soit égale à leur apport dans le lisier frais. En effet, la rétention de la matière solide au niveau du tamis se fait de la manière suivante. Les matières grossières ayant un diamètre supérieur aux mailles du tamis sont toutes retenues. Mais le résidu solide contient également beaucoup d'eau, par exemple 15 % de matières sèches et 85 % d'eau. Une partie des matières solubles et les matières fines traversant normalement le tamis est également retenue. Dans les 15 % de matières sèches retenues, il y a 10 % de matières grossières et 5 % de matières fines ou solubles. Le rapport matières fines ou solubles / eau, qui est de 5/85 dans le premier cycle, augmente lorsque la concentration du liquide en matières sèches augmente. C'est en réalité le taux de matières solubles qui augmente essentiellement, les matières fines étant détruites en grande partie (fermentation). Le tamis retient donc de plus en plus de matières solubles au cours des recyclages successifs. L'équilibre est atteint lorsque la quantité de matière sèche apportée est égale à celle retirée ou détruite. De manière optionnelle, les résidus solides récupérés à la sortie du dispositif 3 de séparation de phases sont acheminés par des moyens 85 jusqu'à une tour de sèchage ou d'incinération 6. Les minéraux issus de cette opération sont récupérés et les gaz dégagés lavés dans la tour 7. Le résidu de lavage est regroupé avec le lisier frais dans la cuve de stockage 2. Selon une autre variante, ces résidus solides sont compostés ou épandus sur des terres agricoles. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement, par concentration, de déchets organi ques, notamment de lisier, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes, consistant à a) collecter les déchets organiques (L) et les évacuer sous forme liquide b) provoquer une fermentation aérobie de ces déchets (L) de façon à obtenir un liquide (S) stabilisé, concentré, pauvre en matières organiques, et désodorisé c) recycler au moins une partie (52) du liquide (S) en la regroupant avec de nouveaux déchets organiques (L) à traiter d) retirer des déchets organiques et/ou du liquide stabilisé (S), au moins une partie de la phase solide qu'il(s) contient (contiennent) de sorte que, par recyclages successifs, on obtient un liquide concentré débarrassé de la phase solide et d'une grande partie des matières solubles qu'il contient. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étape d) est effectuée avant et/ou après l'étape b), par séparation des phases solide et liquide. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 , appliqué au traitement des déchets organiques fournis par des animaux (P) présents dans un bâtiment d'élevage (A), caractérisé en ce que, à l'issue de l'étape b), on évapore au moins une partie (S1) du produit (S) sous l'effet de la chaleur dégagée par les animaux (P) à l'intérieur du bâtiment d'élevage. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la fermentation aérobie est provoquée et entretenue par l'apport d'oxygène de l'air. 5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite séparation est mise en oeuvre par tamisage ou pas centrifugation. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on procède à une séparation grossière préalablement à l'étape b), et à une seconde séparation, plus poussée, à l'issue de l'étape b). 7. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les matières sèches issues de l'évaporation sont récupérées dans les déchets organiques à traiter. 8. Procédé selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la phase solide des déchets issues de la séparation et/ou une partie du produit stabilisé(s) est(sont) déshydratée(s). 9. Procédé selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que, en fin de recyclage, on maintient le liquide stabilisé (S) en fond de fosse, sous les animaux. 10. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend - des moyens d'évacuation des déchets organiques (L) vers au moins une unité de fermentation aérobie (4) celle-ci comprenant des moyens d'amenée d'air à l'intérieur de l'unité, ainsi que des moyens d'évacuation des gaz issus de la fermentation - des moyens de recyclage du liquide stabilisé. 11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif de séparation (3) des phases liquide et solide des déchets organiques à traiter et/ou du liquide stabilisé.