Brevet FR2754747A1 — publié le 19980424

PROCEDE DE TRAITEMENT DE RESIDUS D'INCINERATION DES ORDURES MENAGERES ET LE DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE L'invention se rattache au secteur technique du traitement des ordures ménagères. La législation actuellement en vigueur impose de traiter les fumées d'incinérations des ordures ménagères, afin d'éviter les pollutions de tous ordres qu'elles entraînent. A ce jour, les résidus d'incinération d'ordures ménagères sont soumis à différents traitements aptes à les rendre inertes pour être ensuite mis en décharge. I1 apparaît donc que ces résidus qui sont rendus inertes ne sont pas réutilisés et ne peuvent du reste, pas être réutilisés pour des applications diverses. On sait par ailleurs, que les résidus d'incinération d'ordures ménagères sont de compositions variables suivant leur origine et les procédés d'incinération mis en oeuvre. Notamment les machefers d'incinération des ordures ménagères et les résidus des fumées d'incinération d'ordures ménagères sont caractérisés par les paramètres suivants: - composition granulométrique et sédimentométrique - composition chimique et minéralogique, - état des métaux (phase solide ou ionique soluble, oxydés ou non, liés ou non...) - l'état des composés toxiques (identification, stabilité chimique, solubilité, masse molaire, taille des particules...) A partir de cet état de la technique, le problème que se propose de résoudre l'invention est d'éviter la mise en décharge en masse des déchets ou résidus et d'obtenir une quantité de déchets ultimes de plus en plus réduite et qui tendrait à devenir nulle en ayant pour objectif de pouvoir valoriser ces déchets pour des applications diverses. Pour résoudre un tel problème, il a été conçu et mis au point un procédé de traitement de résidus d'incinération des ordures ménagères, remarquable par les étapes essentielles suivantes, selon lesquelles: - on identifie les machefers d'incinération des ordures ménagères et les résidus des fumées d'incinération des ordures ménagères, - on extrait et/ou on neutralise tout élément polluant contenu dans lesdits machefers et/ou lesdits résidus. En fonction de la nature et de la composition des machefers d'incinération et des résidus des fumées d'incinération, on procède à l'une quelconque, ou à une combinaison quelconque, des phases de traitement suivantes: - hydratation et carbonatation de la chaux pour obtenir un carbonate de calcium insoluble, - extraction des métaux lourds, - destruction ou extraction des composés chimiques toxiques. Compte tenu de la solution technique employée, à savoir l'extraction ou la neutralisation des éléments polluants, on procède ensuite à un compactage des machefers et des fines, séparemment ou ensemble, que l'on peut ensuite mettre en décharge avec les résidus, suivant leur classement légal. Dans une forme d'application avantageuse, on utilise la masse minérale non polluante pour réaliser des matériaux de constructions. Pour résoudre le problème posé d'assurer l'extraction et/ou la neutralisation des éléments polluants contenus notamment dans les résidus de fumées mais également dans les machefers, on procède comme suit: - on dispose les machefers d'incinération d'ordures ménagères et/ou les résidus des fumées d'incinération d'ordures ménagères dans une cuve à filtre, - on les arrose en continu, - on recueille l'eau de filtrage pour arroser de nouveau lesdits machefers et/ou lesdits résidus, - on vidange l'eau de filtrage, - on recommence les opérations jusqu'à ce que le prélèvement ne présente plus aucune matière polluante autrement que dans des proportions réglementairement admissibles. Suivant une autre caractéristique, pour l'oxydation de certains composés toxiques ainsi que pour l'hydratation et la carbonatation de la chaux, on dispose les machefers d'incinération des ordures ménagères et/ou les résidus des fumées d'incinération des ordures ménagères dans une cuve en présence d'eau, à l'intérieur de laquelle on provoque un bouillonnement gazeux par injection d'air et/ou d'ozone et/ou de gaz carbonique issu de la combustion des ordures après dépoussiérage, on porte éventuellement la température du bain à une température d'environ 70"C à 110 C. Pour l'extraction des métaux lourds, on soumet les machefers d'incinération d'ordures ménagères ou les résidus des fumées d'incinération d'ordures ménagères à une opération d'électrolyse. Dans le cas où les machefers contiennent très peu de polluants dès l'origine, on concasse les machefers et on les crible à la granulométrie désirée, que l'on fait précéder d'un traitement thermique à une température d'environ 80"C à 1200C à atmosphère saturée d'humidité pendant un temps variable de 1 à 4 heures. Pour la mise en oeuvre du procédé tel que décrit, il a été conçu et mis au point un dispositif qui comprend essentiellement: - au moins un bac équipé d'un système de filtration et recevant les machefers d'incinération des ordures ménagères et/ou les résidus des fumées d'incinération des ordures ménagères, - au moins une rampe d'arrosage alimentée par au moins une pompe en communication avec le bac, - au moins un récipient sous forme d'une cuve montée en communication avec le bac à filtre et relié à la ou les pompes, - un ou des bacs de prélèvement reliés à la ou les cuves, - des moyens de vidange de la ou des cuves. Pour résoudre le problème posé d'activer les réactions chimiques si nécessaire, au moins une rampe chauffante est montée en combinaison avec le bac à filtre et/ou la cuve. Selon une caractéristique, des électrodes alimentées par une source de courant continu sont plongées dans la cuve. L'invention est exposée, ci-après plus en détail à l'aide des dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est un synoptique montrant les principales étapes du procédé dans le cas d'une valorisation des minéraux inertes et des résidus polluants. La figure 2 représente à titre purement schématique un schéma d'un exemple de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de traitement. Selon l'invention, comme indiqué, un des problèmes principaux que se propose de résoudre l'invention, est de transformer les résidus d'incinération des ordures ménagères en matières premières susceptibles d'être utilisées dans de nombreuses applications, parmi lesquelles ont peut citer avantageusement mais non limitativement, la fabrication de matériaux de construction. Dans ce but et selon une caractéristique à la base du procédé selon l'invention, on procède à un filtrage des machefers et des résidus d'incinération. Ce filtrage a pour but soit d'extraire de la masse, l'ensemble des polluants solubles et de traiter ensuite l'eau recueillie, soit de transformer dans la masse les polluants afin de les rendre insolubles et/ou inoffensifs. Cette première phase d'extraction et ou de neutralisation des polluants, peut avantageusement être suivie d'une deuxième phase de valorisation des minéraux inertes et d'une troisième phase de valorisation des résidus polluants. On renvoie au synoptique de la figure 1, qui montre les principales étapes de ce procédé complet de traitement. Les machefers d'incinération des ordures ménagères (A) et/ou les résidus des filmées d'incinération des ordures ménagères (B) sont soumis à un procédé d'extraction et/ou de neutralisation des polluants (étape (C)) qui constitue la première phase du procédé. Cette étape (C) est suivie d'une étape (D) qui correspond à la valorisation des minéraux inertes constituant la deuxième phase du procédé. L'étape (D) est elle même suivie d'une étape (E) correspondant à la valorisation des résidus polluants constituant la troisième phase du procédé. Après extraction et neutralisation des polluants, on récupère des machefers valorisables mûris (F) et/ou des fines valorisables (G) et/ou des résidus polluants (H). Les machefers valorisables (F) et les fines valorisables (G) sont compactés puis, après homologation (étape (J)) éventuellement mis en décharge légale (étape (K)). Les résidus polluants (H) peuvent également être mis en décharge contrôlée. Pour ce qui est de la valorisation des minéraux inertes, correspondant à une deuxième phase du procédé, les machefers valorisables mûris (F) ou les fines valorisables (G) ou les deux en même temps, sont soumis à des opérations aptes à permettre l'élaboration de matériaux de construction étape (L). Après homologation (étape (M)), les matériaux de construction peuvent être commercialisés (étape M'). En ce qui concerne la troisième phase de valorisation des résidus polluants, on procède à un traitement sélectif de ces derniers (étape (N)) pour obtenir soit des matières premières commercialisables (étape (O)), soit des déchets ultimes minimalisés ((étape (P)), qu'il est possible de mettre en décharge contrôlée étape (Q). On a illustré à la figure 2, à titre indicatif et nullement limitatif, un exemple de réalisation d'un dispositif susceptible d'assurer l'extraction et/ou la neutralisation des polluants qui constituent l'une des caractéristiques essentielles la base du procédé. Les résidus des fumées d'incinération des ordures ménagères (B) ou les machefers d'incinération des ordures ménagères (A), sont disposés à l'intérieur d'un bac (1) équipé de tout système de filtration connu et approprié. Une ou des rampes (2) assurent l'arrosage en continu des produits (A) ou (B), disposés dans le bac (1). Cette ou ces rampes (2) sont alimentées par un système de pompage (3) relié à une cuve (4). L'eau de filtrage est recueillie dans la cuve (4) soit par gravité naturelle, soit par tout moyen mécanique approprié. Le fond de la cuve (4) est en communication avec des bacs de prélèvement (5) conformés pour tester la teneur en polluants divers. Ces bacs de prélèvement (5) sont reliés au système de pompage (3) pour de nouveau introduire l'eau de filtrage dans le bac (1) par l'intermédiaire de la ou des rampes (2), si nécessaire. Le volume d'eau et la durée du cycle ainsi décrits dépendent de l'origine et de la nature des résidus et des filmées d'incinération des ordures ménagères. Les bacs de prélèvement (5) sont reliés à un système de vidange (6). Après vidange, un deuxième cycle de filtrage est effectué avec l'eau propre. Un certain nombre d'autres cycles sont effectués jusqu'à ce que le prélèvement ne détecte aucune présence de matières polluantes. Dans ce cas, un dernier cycle est effectué avec adjonction d'un neutralisant chimique pour obtenir un pH voisin de 7. En fonction de l'objectif choisi, c'est-à-dire des applications envisagées, l'eau utilisée pour les différents cycles de filtrage peut être additionnée d'agents sélectifs facilitant la solubilité des polluants, leur oxydation, leur floculation, leur précipitation.... On prévoit également de chauffer le bac (1) et/ou la cuve (4) au moyen d'une rampe chauffante (7) afin d'activer la réaction chimique si nécessaire. Le système d'extraction et/ou de neutralisation par filtrage peut être complété par une opération d'électrolyse. Dans ce but, des électrodes (8) sont plongées dans la cuve (5), ces électrodes étant alimentées par un générateur de courant électrique continu (9). Pour procéder à l'extraction des matières polluantes contenues dans les résidus des fumées d'incinération d'ordures ménagères, on peut utiliser un procédé électro chimique. Dans ce cas, les résidus sont placés à l'intérieur de cuves électrolytiques dont le milieu liquide et les électrodes sont sélectionnés pour obtenir toute réaction d'oxydoréduction de matières polluantes, soit par effet électrolyseur, soit par effet de piles galvaniques, soit par effet de piles de concentration... La chaux libre contenue dans les résidus des fumées d'incinération des ordures ménagères, peut être soumise à une opération de carbonatation pendant l'opération de filtrage, en provoquant un bouillonnement gazeux à l'intérieur de la cuve de filtration (1) et/ou de la cuve de réception (4). Ce bouillonnement gazeux peut être obtenu par injection d'air naturel, et/ou d'ozone et/ou de gaz carbonique issu de la combustion des ordures après dépoussiérage. Cette opération favorise la condensation des métaux lourds et éventuellement permet de rééquilibrer le pH. La température du gaz injecté est optimisée pour l'application recherchée. I1 en résulte qu'après extraction et/ou neutralisation des polluants, dans les conditions indiquées ci-dessus, les résidus des fumées d'incinération des ordures ménagères et les machefers d'incinération des ordures ménagères sont exempts de matières polluantes susceptibles d'être entraînés par lixiviation, tout au moins dans des proportions susceptibles d'être acceptables par la législation en vigueur. L'eau de filtrage ou d'électrolyse est traitée par tout procédé physique et/ou chimique ou électro chimique parfaitement connu par un homme du métier, afin de rendre cette eau réutilisable dans un cycle de filtrage, ou pour être rejetée dans un collecteur public. Pour ce qui est de la préparation des mortiers et bétons, qui constitue l'une des applications avantageuses résultant du procédé de mise en oeuvre, après déferraillage par tous moyens connus, et extraction des métaux non ferreux, le machefer est traité dans les conditions indiquées ci-dessus. Lorsque ce machefer répond aux critères autorisant son classement en catégorie valorisable, il est concassé et criblé à une granulométrie de 0 à 3 mm environ, dans le cas d'une application des mortiers et de 0 à 10 mm environ, dans le cas d'une application à des bétons. Dans le cas où les machefers d'incinération des ordures ménagères contiennent très peu de polluants et qu'ils sont classés valorisables dès l'origine, le seul traitement à appliquer avant criblage est le mûrissement accéléré. Le présent procédé évite des aires de stockage à long terme, qui seraient nécessaires, pour un mûrissement naturel. Ce mûrissement généré s'effectue par traitement thermique à une température d'environ 80"C à 1200 C dans une atmosphère saturée d'humidité, pendant un temps susceptible de varier de 1 à 4 heures environ. L'enceinte de traitement peut être une cuve autoclave équipée d'un cylindre mélangeur ou bien cette enceinte peut être constituée directement par la cuve d'un concasseur. Pour provoquer des oxydations et des carbonatations, de l'air naturel et/ou de l'ozone et/ou des gaz de combustion de l'incinérateur, peuvent être injectés dans l'enceinte de traitement. Les fines valorisables (G) et les machefers valorisables mûris (F) sont introduits humides dans un malaxeur par tous moyens connus. Après un mélange intime, le pH est réajusté en fonction du liant qui leur est destiné puis séché en cas de liant bitumeux, ou de polymères non acqueux. Le mélange est alors introduit dans un malaxeur contenant le liant suivant sa nature et son mode de mise en oeuvre usuel. Comme indiqué, après préparation des mortiers ou bétons dans les conditions indiquées (étape I), il est possible d'élaborer différents types d'éléments et de matériaux de construction, telles que briques à bâtir, parpaings, pierres reconstituées... ainsi que divers éléments d'objets urbains, tels que pavés auto bloquants, bordures de trottoirs, bornes, balises, bancs, bacs... Selon la destination des éléments et les qualités mécaniques ou physiques requises, un ou des traitements curatifs peuvent être appliqués aux éléments fabriqués après moulage. On peut citer les briques issues d'un mortier résultant de la combinaison de fines valorisables, de machefers valorisables et de ciments, placées pendant quelques jours dans un bain d'eau avec adjonction de silicate de sodium. Le produit obtenu devient très résistant mécaniquement et à l'eau. Les avantages ressortent bien de la description. REVENDICATIONS -1 Procédé de traitement de résidus d'incinération des ordures ménagères, caractérisé en ce que: - on identifie les machefers d'incinération des ordures ménagères et les résidus des fumées d'incinération des ordures ménagères, - on extrait et/ou on neutralise tout élément polluant contenu dans lesdits machefers et/ou lesdits résidus -2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en fonction de la nature et de la composition des machefers d'incinération des résidus et des fumées d'incinération, on procède à l'une quelconque, ou à une combinaison quelconque, des phases de traitement suivantes: - hydratation et carbonatation de la chaux pour obtenir un carbonate de calcium insoluble, - extraction des métaux lourds, - destruction ou extraction des composés chimiques toxiques, -3- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'après extraction on compacte les machefers et les fines séparément ou ensemble et on les met en décharge avec les résidus suivant leur classement. -4- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise la masse minérale non polluante pour réaliser des matériaux de construction. -5- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que pour l'extraction: - on dispose les machefers d'incinération d'ordures ménagères et/ou les résidus des fumées d'incinération d'ordures ménagères dans un filtre, - on les arrose en continu, - on recueille l'eau de filtrage pour arroser de nouveau lesdits machefers et/ou lesdits résidus, - on vidange l'eau de filtrage, - on recommence les opérations jusqu'à ce que le prélèvement ne présente plus aucune matière polluante. -6- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour neutraliser certains produits toxiques ainsi que pour l'hydratation et la carbonatation de la chaux, on dispose les machefers d'incinération des ordures ménagères et/ou les résidus des fumées d'incinération des ordures ménagères dans une cuve en présence d'eau, à l'intérieur de laquelle on provoque un bouillonnement gazeux par injection d'air et/ou d'ozone et/ou de gaz carbonique issu de la combustion des ordures et après dépoussiérage, on porte éventuellement la température du bain à une température d'environ 70"C à 110 C. -7- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour l'extraction des métaux lourds, on soumet les machefers d'incinération d'ordures ménagères ou les résidus des fumées d'incinération d'ordures ménagères à une opération d'électrolyse. -8- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour la destruction ou l'extraction des composés chimiques toxiques, on procède à une filtration. -9- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, caractérisé en ceau'il comprend: - au moins un bac (1) équipé d'un système de filtration et recevant les machefers d'incinération des ordures ménagères et/ou les résidus des fumées d'incinération des ordures ménagères, - au moins une rampe d'arrosage (2) alimentée par au moins une pompe (3) en communication avec le bac (1), - au moins un récipient (4) sous forme d'une cuve montée en communication avec le bac à filtre (1) et relié à la ou les pompes (3), - un ou des bacs de prélèvement (5) reliés à la ou les cuves (4), - des moyens de vidange de la ou des cuves (4). -10- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'au moins une rampe chauffante est montée en combinaison avec le bac à filtre (1) et/ou la cuve (4). -11- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que des électrodes (8) sont plongées dans la cuve (4) et sont alimentées par une source d'énergie (9).