Brevet FR2795003A1 — publié le 20001222

Procédé et installation de traitement de déchets et produit combustible obtenu par ce procédé La présente invention relative à un procédé de préparation d'un combustible à partir de déchets ménagers et industriels. Le domaine technique de l'invention est celui des industries de traitement de déchets. Les méthodes traditionnellement utilisées pour éliminer les déchets sont l'enfouissement dans le sol et l'incinération, qui provoquent respectivement la pollution des sols et/ou celle de l'atmosphère. L'incinération consiste à éliminer une partie des déchets sous forme de chaleur et d'énergie (70 % en moyenne) ; l'autre partie (30 %) comprenant de nombreuses substances polluantes (poussières et composés volatiles, mâchefer et produits de traitement des fumées) est envoyée dans l'atmosphère et dans des centres d'enfouissement. Ce procédé revient à brûler, sans connaitre la nature et la composition exacte du produit entrant, un mélange d'eau (les déchets comprennent au moins 30 % d'eau) et de matière combustible (plastiques, papiers et cartons). Ce procédé archaïque, au rendement énergétique déplorable (250 kW par tonne de déchet brûlé) du fait de la nature du produit et du type d'installation, nécessite pour compenser les nuisances et les risques qu'il fait courir à l'environnement une technologie sophistiquée pour récupérer quelques calories et éviter une pollution de l'air et de l'eau par ses rejets. Un tel procédé coûte cher, est une source de pollution et ne constitue donc pas une solution de valorisation optimale des déchets. Le centre d'enfouissement a une durée de vie limitée au volume disponible mais en plus il n'élimine pas les déchets. Ils sont enfouis mélangés sans laisser la possibilité de récupérer des produits ultérieurement valorisables. C'est un procédé qui coûte cher pour se protéger contre une pollution, qui est limité dans le temps et dans l'espace et qui n'apporte aucune ressource compensatoire. Les déchets ménagers et industriels assimilés sont composés de matières qui, une fois séparées, offrent un intérêt économique et industriel car ils peuvent se substituer après recyclage et régénération à des matières premières ou à des produits de forte valeur ajoutée. Un objectif de l'invention est de proposer un procédé et une installation traitement de déchets qui permettent d'obtenir, entre autres produits obtenus, un produit combustible, qui soient améliorés. De nombreux essais ont été faits pour préparer un produit combustible à partir de déchets, mais aucun n'a permis à ce jour une exploitation industrielle effective. A titre d'exemple, la demande de brevet FR2759707 décrit un procédé de préparation d'un produit combustible à partir de déchets industriels qui comprend successivement les étapes suivantes - on sépare les déchets contenant des produits dits légers, tels que des films plastiques, papier, carton, textiles, tapis, d'une part, des déchets contenant des produits dits lourds tels que matières plastiques rigides ou denses, - on effectue un ou plusieurs broyages suivis d'une séparation des métaux, - on soumet des déchets contenant des produits dits lourds ainsi traités à un criblage permettant de séparer ces déchets en trois fractions dites grosse, moyenne et fine, - on soumet la fraction moyenne, de granulométrie allant de 10 à 30 mm à une séparation densimétrique par application d'un flux d'air d'entraînement produisant en sortie deux fractions dites lourdes et légère, - on compacte la fraction légère par extrusion pour faire passer sa densité initiale comprise entre 0,1 et 0,2 à une densité finale comprise entre 0,2 et 0,40. Un inconvénient de ce procédé est qu'il ne permet pas de traiter des déchets non triés qui contiennent des matières d'origine animale ou végétale, et qui contiennent donc une forte proportion d'eau. En outre, étant donné que ce document ne donne aucune indication chiffrée, il est impossible de connaître la proportion de déchets utilisables finalement comme combustible. Un objectif de l'invention est de proposer un procédé et une installation efficace et rentable pour séparer les déchets en plusieurs catégories de produits dont l'une au moins peut être utilisée comme combustible ayant des qualités comparables à celle des combustibles fossiles. L'invention repose sur une méthode de tri de déchets améliorée qui comporte trois principales phases successives de traitement : un premier tri (ou séparation) mécanique et/ou manuel, suivi d'une deuxième séparation mettant en oeuvre des vers, qui est lui-même suivi d'une troisième séparation mécanique ; la deuxième séparation est obtenue par séparation de déchets ingérés par les vers d'une part, des déchets non ingérés par les vers d'autre part. Le premier tri, dit tri préparatoire, a pour objet d'extraire des déchets les produits encombrants, les produits propres recyclables ainsi que les produits toxiques nécessitant un traitement particulier ; ce premier tri comporte de préférence une étape de séparation en deux fractions par criblage (par un trommel rotatif) : les deux fractions obtenues subissent de préférence chacune une opération ultérieure de tri manuel permettant l'extraction (séparées) des produits encombrants propres et des produits toxiques ; les déchets restants de la fraction grossière sont broyés puis mélangés aux déchets restants de la fraction moins grossière. Cette première phase de tri préparatoire permet d'améliorer le rendement de l'étape suivante de tri par des vers, en particulier par des lombrics, en diminuant, généralement d'au moins 5 %, le volume et la masse des déchets subissant ce traitement par des vers, et en évitant de décimer la population des vers par des produits toxiques. Le produit résultant est de préférence soumis à une étape de dégradation bactérienne préalable au tri par des vers, afin d'améliorer encore l'efficacité de l'étape suivante : cette étape permet généralement de diminuer la masse des déchets de 20 % à 40 % environ, en particulier de 25 % à 35 %, notamment par séparation de l'eau et de matières organiques. La phase de tri par les vers permet de nettoyer les déchets non ingérés, qui peuvent représenter de l'ordre de 20 % à 40 % des déchets soumis à cette phase de tri, et de les séparer facilement de la masse restante (60 % à 80 %) en fond de bac (litière). La phase ultérieure de tri mécanique comporte de préférence une étape de criblage par trommel et/ou par table densimétrique ventilé(e) pour la séparation des déchets en au moins trois produits distincts, ainsi qu'une séparation magnétique. Selon un autre aspect, l'invention consiste à proposer une installation de tri de déchets ménagers ou industriels qui comporte essentiellement - un poste de tri préparatoire en partie mécanique (comportant un trommel) et en partie manuel, - de préférence au moins un bac ou tunnel fermé (pour la fermentation anaérobie) ou bien ouvert (pour l'oxydation aérobie), apte à recevoir les déchets triés, - au moins un bac ou tunnel ouvert pour le traitement par des vers de type lombric, des déchets triés et le cas échéant fermentés ou oxydés, - un poste de tri mécanique secondaire et d'affinage des produits (litière) ingérés par les vers comportant un trommel et/ou un séparateur densimétrique ventilé. Les avantages procurés par l'invention seront mieux compris au travers de la description suivante qui se réfère au dessin annexé, qui illustre sans aucun caractère limitatif des modes préférentiels de réalisation de l'invention. Dans les dessins, les éléments identiques ou similaires portent, sauf indication contraire, les mêmes références d'une figure à l'autre. La figure unique illustre schématiquement une installation de traitement de déchets selon l'invention. Les déchets à traiter 1 sont séparés par un trommel 2 rotatif en une fraction fine 3, de dimension de préférence inférieure à 200 millimètres, et en une fraction grosse 4, de dimension de préférence supérieure à 200 millimètres. Chacune des fractions 3, 4 subit ensuite un tri manuel sur une table de tri installée dans un local pressurisé et climatisé, respectivement repérée 5, 6 ; ceci permet de retirer du flux à traiter, des matières propres directement recyclables (ainsi que des encombrants et toxiques), dont la masse est de l'ordre de 1 à 10 % des déchets 1 ; la fraction grosse subit ensuite un broyage 7 avant d'être mélangée (en 8) avec la fraction fine triée ; ce mélange représentant 90 % à 99 % des déchets 1, est transporté et déposé dans une unité 9 de fermentation (ou d'oxydation). Dans cette étape d'hygiénisation bactérienne, les déchets, par une fermentation des matières biodégradables par l'action de bactéries spécialisées et le contrôle des paramètres physico-chimiques (humidité, température, teneur en oxygène), atteignent et sont maintenus à une température de préférence de l'ordre de 60 à 70 C pendant plusieurs jours, ce qui permet de détruire la grande majorité des germes pathogènes. Cette étape peut être réalisée en enceinte fermée (tunnels ou tubes biodigesteurs) ou en andins sous abri ou en plein air. On peut utiliser des bactéries allochtones compatibles avec le traitement ultérieur par des lombrics et sélectionnées pour réduire les nuisances (odeurs), accélérer le processus de fermentation et favoriser par la suite l'ingestion par les lombrics. Intervient ensuite la séparation dite biologique des déchets hygiénisés en litières dans des bacs 10 par des lombrics. Ce traitement permet, après digestion et restitution des déchets ingérés par les lombrics, de disposer de deux produits faciles à séparer par des moyens mécaniques (ratissage manuel ou mécanique de la couche supérieure non ingérée par lombrics et tamisage) - d'une part de déchets 11 non biodégradables et inertes à granulométrie grossière (plastique, verres, métaux ferreux et non ferreux, porcelaine etc...), qui sont récupérés en partie haute des bacs 10 de tri biologique ; - d'autre part d'un produit 12 à granulométrie fine, formant un fertilisant organique riche en matière humide, inodore, stable et facile d'utilisation, qui est récupéré en partie basse des bacs ; ce produit représente généralement de l'ordre de 10 % à 30 % en masse des déchets initiaux 1. Pour le tri et l'affinage mécanique de ces deux produits, plusieurs opérations sont de préférence mises en oeuvre - le ratissage de la surface de la litière pour enlever les éléments non digérés légers et volumineux avant de déposer une nouvelle couche de produit hygiénisé sur la litière ; - le décompactage 13 suivi d'un tamisage 14 (par un trommel à deux tamis) des produits restitués en fond de litière, permet de séparer les éléments en trois classes 15 à 17 de granulométrie décroissante. L'affinage du fertilisant 17 (à granulométrie fine, en particulier inférieure à 3 millimètres) sur une table densimétrique ventilée 21, permet de séparer les éléments 18 les plus denses (verre, porcelaine) du lombri-compost 19, et des poussières combustibles 20 ; un tri densimétrique et un dépoussiérage (par une table 22) des produits à granulométrie moyenne, permet de la même façon de séparer le refus 18 du fertilisant 19, et des poussières combustibles 20 ; une troisième table 23 de tri densimétrique permet la séparation du refus 18 des matières 20 combustibles. A l'issue de ce traitement, quatre catégories de produits sont disponibles - le lombricompost 19, commercialisable comme engrais azoté organique fin et minéralisé, - un compost 19, bien pourvu en constituants ligneux commercialisable comme amendement pour améliorer la structure du sol et limiter l'érosion, - les produits 20 mélangés légers non biodégradables et combustibles qui pourront être utilisés pour de la valorisation énergétique, - les produits 18 denses, inertes, grossiers et fins qui sont considérés comme des déchets ultimes. Dans une variante de réalisation, le procédé selon l'invention peut être appliqué de la façon suivante â des déchets propres ou peu souillés triés soit par une collecte sélective et séparative, ou bien aux matières 11 séparées par ratissage de la partie supérieure des bacs 10 comme décrit précédemment. Les déchets sont séparés en trois fractions par passage dans un trommel ventilé - une fraction fine et légère constituée de poussières et de produits inertes séparés grâce â la ventilation, - une fraction supérieure (plus de 60 â 120 mm) qui est amenée sur un tapis successivement â des trieurs de déchets recyclables, de déchets régénérables et de déchets combustibles, - une fraction inférieure (moins de 60 â 120 mm) qui est amenée sur un tapis successivement â des trieurs de déchets recyclables, de déchets régénérables et de déchets combustibles. La répartition des déchets â trier en deux flux permet d'accroître la productivité de l'unité de tri. Les opérations de tri manuel sont réalisées dans un local pressurisé et aéré. Les produits sont séparés et déversés par des opérateurs dans des goulottes alimentant des conteneurs, sous les tables de tri, d'où ils sont transportés après conditionnement vers des aires de stockage. Les déchets sortent des tables de tri, séparés en différentes catégories - les matériaux propres comme les métaux, les verres, les plastiques et autres produits directement recyclables sont traités et expédiés aux industries consommatrices, - les matériaux régénérables (plastiques) que l'on ne souhaite pas retrouver dans le procédé de combustion compte tenu de leur toxicité, mais dont la valorisation peut offrir une valeur ajoutée économiquement intéressante, - les matériaux combustibles, - les matières fermentescibles destinées â la fabrication du compost et les refus de tri dont la fraction la plus grossière est broyée. L'ensemble des matériaux passe sous un tapis (ou séparateur) électromagnétique qui récupère les métaux ferreux ayant échappé au tri manuel. La totalité des déchets triés est répartie sur des aires de stockage dans l'attente d'une reprise pour valorisation ou élimination. Le refus de tri est envoyé dans une unité de compostage pour déchets mélangés. La préparation des déchets par tri et broyage préalables est différente selon que la fabrication du compost se fait par retournement mécanique (andins et tubes biodigesteurs) ou sans retournement (tunnels, fosses et tas) . le matériau destiné au compostage sans retournement doit contenir des éléments structurants qui maintiennent une bonne circulation d'air en son sein pendant les phases de fermentation et faire l'objet après sa maturation d'un affinage soigné ; pour des centres de traitement de déchets la production de compost en tunnel est une solution parmi d'autres, également maîtrisées, (andins, briques ou tubes biodigesteurs) qui peut être économiquement et techniquement intéressante. Les matières fermentescibles et les refus de tri peu broyés de petites dimensions contiennent des matériaux structurants qui offrent un pourcentage de vides lacunaires suffisant pour favoriser la circulation d'air lors de la fermentation. Cette fraction de déchets est placée dans un tunnel de fermentation clos où les paramètres de fermentation (température, humidité, taux d'oxygène lacunaire) sont mesurés régulièrement par des sondes et réglés par une ventilation et une aspersion d'eau ajustés en permanence à l'évolution de la fermentation. Au terme d'environ deux semaines, la phase de fermentation (caractérisée par une montée en température jusqu'à 70 C, par une perte d'eau, par la destruction des germes pathogènes et de vers parasites) est achevée. Le matériau hygiénisé par la montée en température est alors retiré du tunnel puis est aéré et séparé en deux fractions par un trommel. La fraction supérieure (au-dessus de 30 à 60 mm) passe devant une table de tri où les éléments pouvant être utilisés comme combustible sont sépares. La fraction inférieure (en dessous de 30 à 60 mm) est envoyée dans un tunnel de maturation où la stabilité du compost est testée et les réactions de production d'humus (humidification) sont assurées par le contrôle de la température, de l'aération et de l'humidité du compost. L'absence de remontée en température lors de cette opération constitue un bon critère de stabilisation. A l'issue de la maturation, généralement après deux semaines, la température du compost est inférieure à 40 C. Au terme de la maturation, le compost selon sa qualité est soit envoyé sur le tri biologique par lombricompostage, soit directement traité dans les installations d'affinage (14, 21, 22, 23) de l'unité du tri décrite précédemment. Le compost débarrassé des matières indésirables est stocké avant conditionnement et expédition.. Grâce à la combinaison des étapes de tri du procédé selon l'invention, on obtient un compost de qualité supérieure à celle des installations existantes de traitement des déchets qui produisent un broyât contenant une multitude de produits non fermentescibles, impropres à la qualité d'un compost véritablement utilisable. La fermentation peut être effectuée en enceinte fermée pour réduire considérablement la durée du cycle de décomposition ; la montée en température (phase thermophile) est accélérée et aboutit, dans un premier temps, à l'autostérilisation du produit (destruction des germes pathogènes) ; aucune odeur ne se propage à l'extérieur du fermentateur car l'opération se produit en vase clos et l'air injecté est filtré par un biofiltre avant son rejet à l'extérieur ; la maîtrise de la fermentation est assurée par le contrôle de la température, de l'eau (humidité), de l'air (oxygène) et le brassage mécanique. L'unité de compostage concerne les déchets fermentescibles (déchets verts, de l'agriculture et de l'industrie agro-alimentaire, des collectivités locales) provenant d'une collecte sélective. L'opération de compostage comprend les deux phases de fermentation et de maturation des déchets. Ces opérations réalisées sous forme aérobie, peuvent être entreprises en andins en plein air ou sous abri, en enceintes fermées tubes biodigesteurs ou tunnels selon l'emprise disponible et le volume de déchets à traiter. Le compost brut obtenu peut être soit mélangé avec des déchets hygiénisés d'un tri précédent pour ajuster la production de produits organiques à la demande du marché et aux normes de qualité requises, soit affiné avec les équipements d'affinage de l'unité de tri décrits précédemment pour produire des variétés de composts adaptés aux différents usages d'amendement des sols. Pour la préparation du combustible, la fraction combustible est lavée puis séchée avant d'être stockée en silo. Des matériaux triés manuellement (plastiques, papiers, cartons, bois et dérivés) sont broyés séparément et stockés dans des silos. Sous chaque silo, un peseur-doseur permet de connaître en permanence la quantité de produit entrant et sortant ainsi que sa densité et son humidité ; il permet d'ajuster les quantités de matières à la fabrication du combustible. Ces produits, à 3 % d'humidité maximum, sont introduits dans un mélangeur fluidiseur pour constituer un mélange homogène de matériaux combustibles, en respectant des proportions préétablies à 10 % prés environ, de manière à présenter un PCI constant. Le combustible fabriqué peut être comparé à du charbon car son pouvoir calorifique (PCI) est la moitié de celui du fuel. Le mélange est conditionné après un broyage plus fin - soit sous forme d'un rondin de 4 à 9 cm de diamètre par le passage dans une presses hydraulique à 600 bars de pression, où sous l'effet de l'élévation de la température les particules s'amalgament par le fluage des matières plastiques, qui forme alors une enveloppe qui protège le produit fini pour son stockage éventuel ; - soit sous vide dans des sacs étanches. Ce conditionnement permet de stocker le combustible pour être utilisé plus tard sur place, ou bien transporté et utilisé ailleurs. A ce stade, le combustible peut être conservé longtemps, stocké si possible dans un compartiment ventilé, sans risque de pollution. Dans une autre variante préférée de réalisation, on tamise les déchets fermentés (avant ingestion par les lombrics) afin d'en extraire les parties les plus grosses non ingérables par les vers. Le combustible obtenu par le procédé selon l'invention se présente sous la forme de particules ayant avantageusement les caractéristiques suivantes - granulométrie moyenne située dans une plage allant de 0,5 à 10 mm, en particulier de l'ordre de 1 à 5 mm et encore de 1 à 3 mm ; - teneur en matière plastique située dans une plage allant de 20 à 80 % (en masse) ; - teneur en matières essentiellement cellulosiques (papier, carton, bois) située dans une plage allant de 20 % à 80 % (en masse) ; - teneur en matière minérale inférieure à 10 %. Ces particules se présentent sous forme d'un mélange de feuilles, de fibres, de granules et/ou de poudre ; le combustible solide utilisé présente de préférence un PCI situé dans une plage allant de 4000 à 8000 kcal/kg. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de déchets, caractérisé en ce qu'il comporte trois phases successives principales : une première séparation mécanique, suivie d'une deuxième séparation mettant en oeuvre des vers, qui est elle-même suivie d'une troisième séparation mécanique. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la première séparation comporte une étape de criblage suivie d'un tri, et dans lequel la fraction grosse triée (4) est broyée puis mélangée à la fraction (3) moins grosse. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, qui comporte une étape de dégradation bactérienne aérobie ou anaérobie suivie d'une étape de digestion par des lombrics. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la troisième phase de tri mécanique comporte une étape de criblage suivie d'une étape de séparation densimétrique, et comporte une séparation des poussières (20). 5. Combustible solide susceptible d'être obtenu par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 6. Combustible selon la revendication 5, qui se présente sous forme de particules ayant les caractéristiques suivantes - granulométrie moyenne située dans une plage allant de 0,5 à 10 mm, en particulier de l'ordre de 1 à 5 mm et encore de 1 à 3 mm ; - teneur en matière plastique située dans une plage allant de 20 % à 80 % en masse ; - teneur en matières essentiellement cellulosiques (papier, carton, bois) située dans une plage allant de 20 % à 80 % en masse ; - teneur en matière minérale inférieure à 10 %. 7. Installation de tri de déchets ménagers ou industriels qui comporte essentiellement - un poste (5, 6, 7) de tri préparatoire en partie mécanique, comportant un trommel, et en partie manuel, - au moins un bac (10) ou tunnel ouvert pour le traitement par des vers de type lombric, des déchets triés et le cas échéant fermentés ou oxydés, - un poste de tri mécanique secondaire des produits ingérés par les vers comportant un trommel (14) et/ou un séparateur densimétrique ventilé (21, 22). 8. Installation selon la revendication 7, qui comporte en outre au moins un bac (9) ou tunnel, fermé pour la fermentation anaérobie ou bien ouvert pour l'oxydation aérobie, apte â recevoir les déchets triés.