Brevet FR2717083A1 — publié le 19950915

La présente invention a pour objets un procédé de stérilisation de déchets à risque et son dispositif associé. Ledit procédé, comme cela va ressortir de son descriptif, convient pour la stérilisation des déchets liquides et/ou solides présentant un certain taux d'humidité et notamment pour la stérilisation des déchets solides produits par les établissements hospitaliers, les cabinets médicaux, dentaires, vétérinaires ... ou des déchets liquides en provenance des abattoirs. I1 fait intervenir un champ électromagnétique haute fréquence. Dans la mesure où l'incinération traditionnelle n'offrait pas, avec de tels déchets, les garanties d'hygiène et de sécurité, il a été mis au point des incinérateurs spéciaux, très couteux et développé, en parallèle, de nombreuses autres techniques Selon l'art antérieur, on a proposé, pour la stérilisation de tels déchets, de nombreux procédés, et notamment: - des procédés par incinération (incinération avec temps de séjour prolongé; incinération en milieu plasma, procédé magmatique) - des procédés thermolytiques (i.e. avec pyrolyse en absence d'oxygène) - des procédés par stérilisation / désinfection (procédé autoclave ; procédé de décontamination chimique faisant intervenir, par exemple l'eau de Javel procédé par ionisation); - des procédés par chauffage micro-onde et haute fréquence. Ceux, faisant intervenir l'énergie micro-onde ne peuvent traiter, avec efficacité, que des matières finement divises et imposent donc un broyage préalable des déchets à traiter. Par ailleurs, du point de vue énergétique, la fréquence de relaxation de l'eau libre ( entre 1 et 100 GHz) étant très différente de celle de l'eau liée à la cellulose (voisine de 20 MHz), on comprend que le rendement des microondes ne peut être optimum. Dans cet esprit, il a été développé aux Etats-Unis un procédé de traitement des déchets hospitaliers qui utilise, non les micro-ondes, mais la haute fréquence. Ledit procédé est dit procédé STERICYCLE. Selon celui-ci, les déchets médicaux à traiter sont préalablement conditionnés dans des cartons scellés, passés dans un broyeur-défibreur et compactés. ns sont alors introduits dans des récipients thermiquement isolés qui défilent, pendant 5 minutes environ, dans un applicateur tunnel, entre les électrodes d'un générateur haute fréquence. Lesdits récipients isothermes sont portés dans ledit tunnel HF à des températures uniformes de 90-100'C et sont capables de maintenir ces conditions pendant 3 à 4 heures. Ces conditions de température et de durée sont suffisantes pour désinfecter les déchets. Selon l'invention, on propose aussi, pour la stérilisation de tels déchets, un procédé qui utilise l'énergie haute fréquence mais qui, de surcroit, optimise cette utilisation, permettant d'obtenir le résultat attendu en des temps records: 3 minutes, par exemple. Cette optimisation fait intervenir le paramétre : pression. Selon l'invention, on propose donc présentement un procédé de stérilisation de déchets à risque, liquides et/ou solides présentant un certain taux d'humidité qui comprend le traitement par un champ électromagnétique haute fréquence desdits déchets maintenus sous pression. Ledit procédé est particulièrement bien adapté au traitement des déchets hospitaliers qui renferment de la cellulose humide. Le choix, selon l'invention, du rayonnement électromagnétique haute fréquence est particulièrement judicieux. En effet: - ledit rayonnement électromagnétique porte de façon homogène au coeur des déchets traités (mauvais conducteurs de chaleur) l'énergie de chauffage et ceci, rapidement. (A l'inverse, la faible conductivité thermique desdits déchets rend les procédés de chauffage classique, par conduction thermique peu efficaces. De tels procédés sont généralement mis en oeuvre dans des vis chauffantes, avec des temps de séjour très longs...); - ledit rayonnement électromagnétique a une fréquence particulièrement adaptée à la composition des déchets à traiter. La cellulose humide présente en effet un domaine de relaxation dans les hautes fréquences. (Cest pourquoi, elle chauffe mal en micro-onde); - ledit rayonnement électromagnétique a une longueur d'onde supérieure aux dimensions des déchets à traiter. Il n'est donc pas nécessaire, en haute fréquence, de broyer lesdits déchets et réduire leur volume pour assurer un chauffage homogène, dans leur masse. (A l'inverse, un tel broyage préalable et un faible volume de traitement sont obligatoires dans le cas d'un traitement micro-onde. L'intervention d'un broyeur pose alors des problèmes d'encombrement, de surcoût et de contamination dudit broyeur ...) Ledit rayonnement électromagnétique, utilisé pour traiter les déchets à risque selon l'invention, a généralement une fréquence comprise entre 1 et 300 MHz. Avantageusement ladite fréquence est comprise entre 1 et 100 MHz. De façon particulièrement préférée, elle est "calée" sur la fréquence de relaxation de l'eau liée à la cellulose : entre 1 et 30 MHz, avantageusement voisine de 27 MHz. De façon caractéristique, le champ électromagnétique haute fréquence est, selon l'invention, appliqué aux déchets maintenus sous pression. Cette pression permet de porter lesdits déchets à des températures supérieures à 100in et permet donc de stériliser lesdits déchets en des temps records. En cela, le procédé de l'invention est particulièrement efficace. Ledit procédé permet de porter au délà de 100 C - jusqu'à des températures de l'ordre de 1800C - des matériaux, peu conducteurs de chaleur, en leur transmettant directement de l'énergie ; en les irradiant à des fréquences voisines de la fréquence de relaxation de l'eau dans lesdits déchets. Les pressions préconisées pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention sont celles comprises entre 105 et 3 3.106 Pa (entre 1 et 30 bars). Ladite pression doit être supérieure à un minimum pour conduire au résultat escompté : la montée de la température des déchets à stériliser au-delà de 100, 150.C. Ladite pression n'a pas besoin d'atteindre des valeurs trop élevées. On ne cherche pas à faire fondre des matériaux, on vise seulement à détruire des germes à risque (agents pathogènes). La pression à laquelle sont maintenus les déchets, pendant le procédé de stérilisation de l'invention, est obtenue principalement par la vaporisation de l'eau qu'ils renfermaient initialement ; vaporisation inhérente à l'irradiation haute fréquence. Elle est obtenue également, selon la variante préférée de l'invention explicitée plus avant dans le présent texte, par une action mécanique : les déchets traités par le champ magnétique le sont avantageusement en étant comprimés (action simultanée dudit champ et d'une pression mécanique). A la lecture de ces propos, l'homme du métier comprendra que le procédé de l'invention est mis en oeuvre dans une enceinte étanche (avantageusement équipée de capteurs et de moyens de régulation de sa pression interne) et que les déchets à traiter doivent impérativement contenir un minimum d'eau. En fait, lesdits déchets doivent impérativement présenter des pertes diélectriques. On a évalué à environ 1% en poids, ce minimum (100 g d'eau pour 10 kg de déchets). Par eau, on entend ici aussi bien de l'eau "pure" que de l'eau chargée, notamment en impuretés, en sels minéraux ... Les déchets hospitaliers sont notamment chargés en urine, sang Ce taux de 1% en poids est généralement très largement dépassé. Toutefois, il n'est pas exclu d'avoir à traiter, par le procédé de l'invention, des déchets qui ne présentent pas le taux d'humidité requis. De tels déchets, avant d'être soumis, sous pression, au champ électromagnétique haute fréquence, doivent être conditionnés et/ou traités pour un ajustement de leur taux d'humidité. On peut, à cette fin, les humidifier, par arrosage par exemple ou les conditionner dans un sac, type sac poubelle, présentant , dans un revêtement intérieur, un gel chargé en eau. Les déchets, présentant le taux d'humidité requis, peuvent être soumis au champ électromagnétique haute fréquence, en l'état ou, avantageusement, à l'état comprimé. Ledit état comprimé peut résulter d'un compactage préalable, mis en oeuvre dans un dispositif autre que celui dans lequel on fait agir le champ électromagnétique haute fréquence. Ledit état comprimé peut aussi être obtenu directement dans le dispositif dans lequel on fait agir le champ électromagnétique haute fréquence et maintenu pendant toute la durée d'action dudit champ. Selon cette variante préférée, les déchets sont soumis à une pression mécanique pendant leur traitement haute fréquence sous pression. Selon l'invention, on n'exclut nullement que des déchets préalablement compactés soient traités selon la variante préférée du procédé de l'invention; i.e. soumis à l'action du champ électromagnétique haute fréquence tout en étant comprimés (pression mécanique). Toutefois, il est particulièrement intéressant de noter que le procédé de I'invention permet de traiter des déchets n'ayant subi aucun traitement mécanique préalable (ni broyage, ni compactage) ... Selon sa variante préférée, ledit procédé met en oeuvre successivement le compactage et le traitement haute fréquence sous pression, dans un même dispositif, qui est auto-stérilisé à chaque utilisation. Un tel compactage, in-situ, est avantageusement mis en oeuvre car il permet, d'une part de réduire le volume des déchets à traiter et d'autre part d'augmenter leur densité. Lesdits déchets présentent alors une constante diélectrique plus élevée ; ce qui renforce l'efficacité du traitement haute fréquence. Selon cette variante préférée, on traite donc, par un champ électromagnétique haute fréquence des déchets maintenus sous pression; ladite pression, résultant d'une action mécanique (compactage in situ) et de la vaporisation de l'eau que renfermaient lesdits déchets. Avantageusement, le procédé de l'invention est mis en oeuvre en appliquant aux déchets les conditions ci-après: - température : 150 à 180in - pression : 5.105 à 106 Pa (5 à 10 bars) - durée de traitement : 10 à 3 min. Lesdites conditions sont établies, selon l'invention, en soumettant lesdits déchets, dans un dispositif adéquat, à un champ électromagnétique haute fréquence. En fait, on soumet lesdits déchets à un étuvage, en ambiance humide. Ledit étuvage est avantageusement mis en oeuvre à 18(ru, sous une pression de 10 bars, pendant quelques minutes. Le procédé de l'invention est particulièrement avantageux, en ce qu'il fait intervenir un rayonnement électromagnétique haute fréquence (voir plus haut dans le présent texte) et en ce qu'il peut être mis en oeuvre avec des déchets non traités mécaniquement (par exemple, les déchets, tels que, dans des sacs poubelle), sur leur lieu de production ou à proximité. On peut, par exemple, traiter selon l'invention, dans des dispositifs de petite taille, directement, des sacs poubelle. De tels sacs, en plastique, chargés en les déchets conduisent à l'issue du procédé de l'invention, à des galettes possèdant une gangue rigide, non toxiques, non infectieuses et d'une manipulation aisée. Le procédé de l'invention est également avantageux en ce qu'il s'agit d'un procédé discontinu (en batch). Ceci permet un contrôle plus efficace de la stérilisation par un meilleur suivi des conditions physiques imposées au produit traité. Ledit procédé ne pose pas de problème particulier de mise en oeuvre. L'homme de l'art est à même d'optimiser ses paramètres pour le traitement d'une charge donnée. On notera ici incidemment que la présence de métal dans ladite charge ne constitue pas un obstacle majeur. On peut traiter selon l'invention des charges qui contiennent jusqu'à 5% en poids de métaux. Ledit procédé a été décrit plus particulièrement en référence à des déchets solides, du type déchets hospitaliers. L'homme de l'art conçoit aisément qu'il convient également pour le traitement de liquides; tels ceux provenant des abattoirs. Ledit procédé est également avantageux en ce qu'il peut être mis en oeuvre dans un dispositif simple, éventuellement de petite taille. Un tel dispositif, qui peut exister selon diverses variantes, constitue un autre objet de la présente invention. De façon caractéristique, il comprend: - une enceinte étanche destinée à recevoir les déchets à traiter, équipée de capteurs et de moyens de régulation de sa pression interne; - des moyens pour générer un champ électromagnétique haute fréquence dans ladite enceinte. Ladite enceinte est étanche pour l'obtention de la pression souhaitée; elle est étanche et équipée de capteurs et de moyens de régulation de sa pression interne pour le maintien et la régulation de ladite pression. Lesdits moyens consistent avantageusement soit en des valves soit en des moyens d'asservissement de la puissance fournie par le générateur. Dans le cas des valves, le gaz extrait est filtré. Ladite enceinte, lors de la mise en oeuvre du procédé, est entourée d'un blindage électromagnétique, pour limiter voire éviter toute fuite d'onde. Ladite enceinte est avantageusement démontable pour faciliter l'introduction des déchets à traiter en son sein ainsi que l'évacuation desdits déchets traités. Elle est équipée de moyens pour générer le champ électromagnétique haute fréquence en son sein. Elle est notamment réliée à un générateur haute fréquence. Un tel générateur et son fonctionnement sont familiers à l'homme du métier. De façon avantageuse, pour la mise en oeuvre de la variante préférée du procédé de l'invention (variante selon laquelle, en cours de traitement, une pression mécanique est appliquée aux déchets) l'enceinte étanche du dispositif de l'invention comprend des moyens pour comprimer et maintenir à l'état comprimé lesdits déchets. Dans un tel dispositif, les déchets irradiés subissent une pression dûe à la compression mécanique et à la vaporisation de l'eau qu'ils renfermaient. Un tel dispositif peut être qualifié de presse stérilisante. Un tel système de presse permet de diminuer le volume des déchets et de les irradier ensuite à volume constant, ceci impliquant une montée en pression dudit volume. Selon une première variante, le dispositif de l'invention comprend un générateur haute fréquence relié à deux électrodes qui constituent deux parois opposées de l'enceinte; les autres parois étant réalisées en un matériau isolant et à faible perte diélectrique. Selon cette variante, ladite enceinte peut être de forme parallélépipèdique ou cylindrique. Pour la mise en oeuvre de la variante préférée du procédé de l'invention, ladite enceinte possède au moins une paroi mobile. A l'aide de ladite paroi, on peut exercer la pression mécanique requise sur les déchets traités. En fait, on introduit lesdits déchets à traiter dans l'enceinte, on les comprime à l'aide de ladite paroi puis on applique le champ électromagnétique haute fréquence dans l'enceinte ainsi délimitée. De façon préférée, selon cette variante de l'invention, ladite paroi mobile consiste en l'une au moins desdites deux électrodes, reliées au générateur haute fréquence. Selon une autre variante de l'invention, l'enceinte étanche est une cavité monomodale pour le mode de propagation TE10 ou TMol. Une telle cavité est parallèlèpidèdique pour le mode de propagation TE10, cylindrique pour le mode de propagation TAO1. Elle est alimentée par un système de couplage haute fréquence. Pour la mise en oeuvre de la variante préférée du procédé de l'invention, ladite cavité est équipée d'un piston mobile en translation. Quelle que soit la variante de réalisation du dispositif de l'invention, il doit évidement permettre l'introduction des déchets à traiter et l'évacuation desdits déchets traités. Avantageusement ledit dispositif présente des parois coulissantes les unes par rapport aux autres; I'une au moins d'entre elles étant escamotable. L'enceinte de traitement des déchets présente un volume adapté à celui desdits déchets (en l'état ou comprimés) et bien évidemment adapté aussi à l'impédance de sortie du générateur. Le transfert de puissance d'un générateur électrique vers sa charge est en effet optimum si l'impédance nominale de sortie dudit générateur est égale à celle de la charge qui lui est connectée. Pour optimiser ce transfert d'énergie, on peut équiper le dispositif de l'invention d'un système d'adaptation d'impédance. Un tel système, avantageusement automatique, permet de traiter, dans une même enceinte, des charges diverses, notamment des quantités de déchets très variables (par exemple, de 5 kg comme de 60 kg). De tels systèmes existent et ont notamment été décrits par MM. C. Marchand, T. Meunier et M. Forgeat dans "Les générateurs haute fréquence et micro-ondes industriels". Micro-ondes et hautes fréquences. Congrès International à Niche. Octobre 1991 volume I. De tels systèmes présentent toutefois l'inconvénient d'être couteux. Pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, ils ne sont nullement indispensables. Ils constituent, en fait, un plus fort appréciable. En leur absence, l'homme du métier est tout-à-fait capable de dimensionner et d'adapter un dispositif de l'invention à une charge donnée : par exemple, un dispositif de l'invention peut être calculé, de petite taille, installé dans un service hospitalier, et traiter régulièrement des sacs poubelles de 601, remplis de déchets. On insistera à nouveau ici sur l'intérêt de l'invention, qui permet de traiter sur place, sans broyage préalable, des déchets, pratiquement au fur et à mesure de leur production. On est ainsi dispensé du problème de la décontamination du broyeur. De la même façon, avec le compactage in-situ, on est dispensé du problème de la décontamination d'un compacteur utilisé en amont, selon des procédés de l'art antérieur. Selon l'invention, les déchets ne contaminent que l'enceinte qui, par la mise en oeuvre du procédé est auto-stérilisée. L'intérêt des procédé et dispositif de l'invention ressort à l'évidence du descriptif ci-dessus. Les déchets, décontaminés selon l'invention, peuvent ultérieurement être manipulés et traités sans problème. On peut notamment les broyer et les incinérer par incinération traditionnelle. On annexe à la présente description trois figures. Fig. 1 schématise en perspective la variante préférée du dispositif de l'invention pour la mise en oeuvre du procédé revendiqué de stérilisation de déchets à risque. Fig. 2 et 3 schématisent en perspective deux autres variantes dudit dispositif. La Fig. 1 montre une presse cylindrique (références (1)+(2)+(3)) au sein de laquelle on peut traiter, selon l'invention des déchets contaminés. Lesdits déchets sont introduits pour le traitement dans l'enceinte étanche (6), délimitée par les électrodes (1), (2) et la paroi verticale (3). (Pour l'introduction desdits déchets, l'électrode (2) est escamotée). L'électrode (1), dite électrode chaude est immobile tandis que l'électrode de masse (2) est mobile en translation et peut ainsi jouer le rôle de piston. Grâce à elle, on peut, avant l'application des hautes fréquences, ajuster le volume de l'enceinte (6), la densité des déchets à traiter La paroi verticale (3) est en un matériau isolant (électrique) à faible perte diélectrique. Elle est soulevée pour la récupération des déchets traités. Lesdites électrodes (1) et (2) sont réliées à un générateur haute fréquence (4) piloté par un quartz à, par exemple, 27,12 MHz. Le circuit électromagnétique est en outre équipé d'un système automatique d'adaptation d'indépendance (5) qui permet d'optimiser le transfert énergétique entre le générateur (4) et la presse (1)+(2)+(3). On dispose, autour d'une telle presse, une grille qui fait office de blindage électromagnétique, pour éviter toute fuite d'onde. Une presse de ce type a été utilisée pour la mise en oeuvre du procédé revendiqué, notamment dans les conditions de l'exemple illustratif donné ciapres. Les Fig. 2 et 3 montrent d'autres dispositifs de l'invention, en principe de plus grandes dimensions, qui fonctionnent en monomode. La Fig. 2 montre une cavité monomodale parallélépipédique (10) pour le mode de propagation TE10. Dimensionnée à 27,12 MHz, elle présente les côtes ci-après : 4 m x 3 m x 1,5 m. Elle est avantageusement équipée d'un piston mobile (12). Elle est alimentée par le système de couplage haute fréquence (11), relié au générateur haute fréquence (4). Le circuit électromagnétique comporte avantageusement un système automatique d'adaptation d'indépendance (5'). Ledit système de couplage haute fréquence (11) consiste en un cable coxial avec antenne ; ladite antenne étant avantageusement escamotée lors du chargement des déchets à traiter dans le guide d'onde (le piston mobile (12) étant également escamoté) puis entrée dans ledit guide d'onde pour la mise en oeuvre du procédé de stérilisation. La Fig. 3 montre une cavité monomodale cylindrique (20) pour le mode de propagation Tao1. Dimensionnée à 27,12 MHz, elle présente les côtes ciaprès: hauteur: 4 m diamètre des bases : 2 m. Elle est avantageusement équipée d'un piston mobile (22). Elle est alimentée par le système de couplage haute fréquence (21), relié au générateur haute fréquence (4"). Le système électromagnétique comporte avantageusement un système automatique d'adaptation d'indépendance (5"). Le système de couplage haute fréquence (21) consiste en un cable coaxial avec antenne ; ladite antenne étant avantageusement escamotée lors du chargement des déchets à traiter dans le guide d'onde (le piston mobile (22) étant également escamoté) puis entrée dans celui-ci pour la mise en oeuvre du procédé de stérilisation. Pour la récupération des déchets traités dans les dispositifs selon les Fig.2 et 3, on fait avantageusement coulisser la chemise parallélépipédique ou cylindrique, les bases demeurant fixes. On illustre, par l'exemple ci-après, la mise en oeuvre du procédé de l'invention dans un dispositif du type de celui de la Figure 1. On notera toutefois que le dispositif employé présente une enceinte parallélépipédique (et non pas cylindrique). Le générateur haute fréquence utilisé est piloté par un quartz à 27,12 MHz. Il restitue une puissance de 1,2 kW. Il est monté en série avec un système d'adaptation automatique d'indépendance à 50 Q. Les électrodes sont rectangulaires de dimension : 7,5 cm x 15 cm. Les deux autres parois de l'enceinte sont en un matériau composite (fibres de verre + silicone). Lesdites électrodes et parois constituent une enceinte étanche aux gaz. On a traité, selon l'invention, dans ladite enceinte, 1 litre de déchets, constitué de : - un gant en latex - un substrat cellulosique humide (couche) - un flacon de sérum - cinq aiguilles inox - deux emballages en carton. La masse desdits déchets contient environ 100 g d'eau. Elle est positionnée dans l'enceinte étanche, puis comprimée par descente manuelle de l'électrode supérieure. Les déchets ainsi compactés présentent un volume d'environ 0,51, pour une hauteur d'environ 5 cm. Le champ électromagnétique haute fréquence de 1,2 kW est appliqué pendant 3 min. Au sein des déchets ainsi traités, la température atteint 1C. L'objectif de stérilisation desdits déchets est ainsi atteint. - Revendications 1. Procédé de stérilisation de déchets à risque, liquides et/ou solides présentant un certain taux d'humidité, notamment de déchets hospitaliers, caractérisé en ce qu'il comprend le traitement par un champ électromagnétique haute fréquence desdits déchets, maintenus sous pression. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit champ électromagnétique a une fréquence comprise entre 1 et 300 MHz, avantageusement voisine de 27 MHz. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits déchets sont traités à une pression compnse entre 105 et 3.106 Pa (1 et 30 bars). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits déchets, avant d'être soumis audit champ électromagnétique, sont conditionnés et/ou pré-traités pour un ajustement de leur taux d'humidité. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits déchets sont soumis audit champ électromagnétique en l'état ou à l'état comprimé ; ledit état comprimé résultant d'une compression mécanique préalable et/ou d'une mise en pression simultanée à l'action dudit champ électromagnétique. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits déchets sont traités pendant 10 à 3 minutes, à une température comprise entre 1500C et 180 C et à une pression comprise entre 5.105 et 106 Pa (5 et 10 bars). 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications de 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend: - une enceinte étanche destinée à recevoir les déchets à traiter, équipée de capteurs et de moyens de régulation de sa pression interne; - des moyens pour générer un champ électromagnétique haute fréquence dans ladite enceinte. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite enceinte étanche est en outre équipée de moyens pour comprimer et maintenir à l'état comprimé lesdits déchets pendant le traitement. 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur haute fréquence relié à deux électrodes qui constituent deux parois opposées de ladite enceinte; les autres parois étant réalisées en un matériau isolant et à faible perte diélectrique; l'une au moins desdites deux électrodes étant avantageusement mobile en translation. 10 Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que ladite enceinte est une enceinte adaptée à la fréquence du champ électromagnétique pour fonctionner en monomode (IE1O ou IM()1) avantageusement équipée d'un piston mobile en translation. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un système d'adaptation d'impédance.