Brevet FR2790980A1 — publié le 20000922

L'invention s'applique au domaine technique du traitement industriel des déchets. Les déchets particulièrement concernés sont les déchets industriels banals et les déchets de construction et de démolition du batiment et des travaux publics qui, même mélangés et sans tri préalable, peuvent être inertés et revalorisés par ce nouveau procédé. Le but atteint est d'éviter aux déchets l'élimination et la destruction en les revalorisant intégralement en tant que nouveaux matériaux. Certains procédés permettent de trier et de recycler séparément diverses catégories de déchets, mais sans pouvoir valoriser dans une même unité de temps et de lieu l'ensemble d'une masse de déchets bruts mélangés. D'autres procédés (notamment thermiques) inertent massivement les déchets en provoquant la10 destruction de leurs principales propriétés, s'opposant ainsi à une revalorisation de leur matière. D'autres procédés inertent insuffisamment la partie organique des déchets traités et y laissent sans traitement la quantité de métaux lourds qu'ils contiennent. Enfin, un procédé proche de celui développé dans la présente invention doit exposer la matière à des cycles de compression/détente de forte amplitude, et à une déshydratation préalable, pour15 pouvoir opérer un inertage physico-chimique qui nécessite plus de temps et plus de chaleur, sans séparer la matière traitée en plusieurs composants distincts réutilisables. Le procédé objet de l'invention parvient à inerter totalement l'ensemble des déchets banals même non triés à l'entrée (fractions organique et minérale confondues, y compris fermentescibles) en même temps et sur un même lieu, sans destruction de leurs propriétés utiles, de manière à les20 rendre directement réutilisables après traitement, pour de nouvelles applications industrielles, notamment en tant que matériaux de construction, et sous plusieurs formes séparées. Un avantage important du procédé est de pouvoir réaliser au cours d'une même réaction, par voie physico-chimique, et à une température qui peut être inférieure à 100 C, à la fois l'inertage de la partie organique des déchets, par hydrolyse alcaline, et aussi le blocage dans la masse des25 métaux lourds, qui y deviennent insolubles à la lixiviation, cela sans avoir à comprimer ni à déshydrater la matière traitée. Le procédé est caractérisé par la combinaison de plusieurs phases de traitement appliquées à la masse des déchets à traiter, incluant principalement: - un broyage, pour réaliser une fluidisation de la masse des déchets bruts reçus, une homogénéisation de sa granulométrie et de sa consistance, et une augmentation de sa surface totale de contact et de discrimination, le broyage s'effectuant par une série de broyeurs mécaniques appropriés - une séparation respective et croisée des éléments physiques métalliques, minéraux, et organiques, par magnétisation, criblage, et classification aéro-densimétrique - une imprégnation, par transit et malaxage dans un pétrin-réacteur, pour réaliser à la fois une hydrolyse basique des particules fermentescibles et une séquestration des métaux lourds, rendus insolubles à la lixiviation en phase aqueuse, au moyen d'une combinaison de réactifs chimiques appropriés, pouvant être pré-mélangés et employés ensemble sans se contrarier. -2- Le procédé est caractérisé aussi par la simplification de ses différentes phases et moyens d'application, qui rendent possible, et même préférable, sa mise en oeuvre dans des installations autonomes constituées d'ensembles mobiles et déplaçables, sur remorques routières, ou chassis compacts transportables de type conteneur. En effet, le procédé peut être appliqué au moyen de modules fonctionnels successifs, juxtaposés ou superposés, reliés entre eux souplement par des dispositifs de transport de matières, pour former ensemble une chaine complète de traitement particulièrement autonome et compacte. Une installation fixe peut cependant aussi bien appliquer le procédé. L'efficacité du traitement physico-chimique nécessite le respect des paramètres de pression, température, humidité, pH, durée d'exposition, nature des composants réactifs, proportions des réactifs, et surface de contact. La matière finement broyée est pré-humidifiée à au-moins 35%, de manière à éviter d'abord, étant donné son PCI important et la finesse du broyage, toute inflammation ou déflagration en cours de traitement ou de stockage, ce qui réduit aussi les émissions de poussières volantes. Ensuite, la pré-humidification densifie la masse volumique apparente des organiques broyeés, facilite leur transport, et améliore la qualité de la réaction chimique et le temps de réaction. Dans l'invention, la réaction chimique suffit à réaliser l'inertage total de la matière sans avoir besoin d'y ajouter une forte compression suivie d'une détente soudaine ni une déshydratation. L'amélioration des performances d'inertage est obtenue par la qualité et la proportion des réactifs alcalins, par la pré-humidification de la matière, par son broyage fin, et par l'injection de vapeur d'eau sous pression dans le pétrin mélangeur dès le début de la réaction. Les réactifs utilisables sont principalement l'oxyde de calcium, I'oxyde de magnésium, I'hydroxyde de sodium, ou l'hydroxyde de potassium, dans des proportions pouvant aller de 4% à 16% en poids par rapport de la masse des matières entrantes à traiter. La réaction est satisfaisante à 80oC avec un mélange réactif à pH >11. La séquestration des métaux lourds dans des complexes non lixiviables est optimisée en ajoutant au mélange des silicates, des aluminates, ou des carbonates, notamment de sodium. L'humidité du mélange matière + réactifs est satisfaisante dès 50%. En respectant les paramètres ci-avant, la réaction d'inertage peut se prolonger sans inconvénient plusieurs dizaines de minutes à l'air libre après sortie du malaxeur, et une imprégnation par malaxage intensif en cuve d'une durée de 4 mn est satisfaisante. L'application du procédé ne génère aucune pollution à l'occasion du traitement appliqué à la matière, aucun résidu nocif, aucun effluent dangereux. En particulier, l'élévation de température limitée à 100 C ne dégage pas de solvants, et ne crée pas de dioxines, furanes, ou autres composés toxiques, ni de dégagements gazeux (p.ex. méthane) dangereux. Le remplacement de la vapeur d'eau, pour le chauffage de la matière, par des micro-ondes et/ou par une insufflation d'air chaud pulsé est possible. Il convient seulement de corriger dans ces cas l'apport d'humidité, en rajoutant l'équivalent de ce qui n'est plus apporté par la vapeur d'eau. -3- Le produit final obtenu est suffisamment inerte pour être réutilisable notamment comme matériau de construction (charges pour bétons, par exemple), avec l'avantage d'être séparé en plusieurs fractions distinctes de granulats inertes et de broyats organiques inertes. A défaut d'utilisation immédiate, I'ensemble de ces fractions peut être stocké sans précautions particulières en terrils, en silos ou en enfouissement. L'intérêt de l'invention est notamment de pouvoir combiner et intégrer l'ensemble des opérations de réduction et de séparation par des dispositifs polyvalents et réciproquement complémentaires. Ainsi, la séparation des fractions inertes et organiques de la matière traitée est réalisée de manière progressive et combinée au fur et à mesure du traitement. En effet, le dispositif de traitement constitué en application du procédé comporte deux lignes distinctes de traitement, reliées entre elles pour échanger réciproquement, après séparation, certains éléments de matière. Chaque ligne peut traiter ensemble les fractions organiques et inertes mélangées de la matière entrante. Cependant, la première ligne est munie de dispositifs capables de traiter dans les meilleures conditions les matières inertes, généralement les plus denses et les plus dures, et la seconde ligne est munie de dispositifs capables de traiter au mieux les matières organiques, généralement les plus légères et les plus souples. Compte tenu du mélange acceptable des déchets entrants, il peut rester quelques éléments organiques dans la partie inerte, et réciproquement. Chaque ligne est donc munie de dispositifs de séparation qui renvoient dans l'autre ligne la partie qui doit y être traitée. Le dessin 1 indique les relations et les enchainements séquentiels qui illustrent le caractère complémentaire coordonné des principales phases du procédé. Le dessin 2 décrit un exemple d'application du procédé dans une installation mobile, c'est à dire dont les équipements sont installés sur plusieurs remorques routières, destinée au traitement d'un mélange de déchets inertes du batiment et des travaux publics (gravats et décombres) et de25 déchets industriels banals (bois, plastiques, cartons, textiles, etc). Les déchets sont d'abord reçus en vrac sur une aire de dépôt d'entrée, o ils sont sommairement répartis en gros organiques d'un côté et inertes de l'autre. De là, des engins de chargement les extraient par des moyens appropriés (p.ex. godets et grappins), pour alimenter les deux premiers broyeurs d'entrée de l'installation de traitement, assemblée et positionnée à proximité de l'aire de dépôt d'entrée. L'un des broyeurs d'entrée (1) est conçu pour traiter avec un maximum d'efficacité les matières inertes, et l'autre broyeur (2) est conçu pour traiter préférentiellement les matières organiques. Chaque chargement déversé dans un broyeur est composé en majeure partie de la fraction de matière choisie pour ce broyeur, mais peut comporter aussi une partie d'autre matière. Un criblage avec tri densimétrique est donc réalisé en fond du broyeur du poste 2, et les éléments35 inertes lourds récupérés sont amenés par transporteur à bande souple jusqu'au broyeur du poste 1. Réciproquement, les éléments organiques broyés avec les inertes au poste 1 sont récupérés dans le séparateur central (4) et ramenés par dispositif pneumatique (5) jusqu'au second broyeur d'organiques (6), o ils s'ajoutent au broyat issu du poste 2 pour être affinés ensemble. -4- L'affinage est ensuite complété par un broyage terminal très fin opéré par un ou plusieurs autres broyeurs (7) en aval. Les éléments métalliques physiques sont séparés de la masse mélangée, aussitôt après le premier broyage, par extraction magnétique (aimantation et courants de Foucault) (12).5 La matière mélangée sortant du premier broyage au poste 1 est conduite par une bande transporteuse jusqu'à un crible (3) qui sépare les particules lourdes les plus fines. Le reste de la matière broyée se déverse dans un séparateur aéro-densimétrique (4) à plusieurs niveaux, qui effectue d'une part la séparation entre éléments inertes et organiques, et qui d'autre part sépare les éléments inertes en plusieurs fractions de granulométries différentes.10 La matière organique séparée rejoint au niveau du poste 6, comme décrit ci-avant, le broyat organique provenant du poste 2, et l'ensemble est progressivement affiné au poste 7, puis cette matière est déversée dans une trémie-tampon (8) o elle est préhumidifiée par aspersion d'eau. De cette trémie, la matière humidifiée est extraite pour être introduite, en quantité dosée, dans une batterie de malaxage (9), composée d'un ou plusieurs pétrins malaxeurs étanches. L'alimentation de la batterie de malaxage peut être réalisée en continu ou par lots. En cas d'alimentation par lots, la matière humidifiée est déversée séquentiellement par voie gravitaire depuis une trémie peseuse. Dès que la matière humidifiée est introduite dans la cuve du pétrin malaxeur, elle est additionnée de la proportion de réactifs nécessaire, et brassée pendant plusieurs minutes en présence de vapeur d'eau injectée sous pression à 100 C. L'eau est amenée depuis une citerne20 de proximité (10), et les réactifs sont amenés depuis une batterie de silos de proximité (11). Des capteurs appropriés mesurent en permanence la température et l'humidité du mélange. La matière traitée est ensuite extraite de la batterie de malaxage pour être accumulée en tas de mûrissement, o elle reste une ou plusieurs heures en revenant à température ambiante. Dès lors, l'inertage de la partie organique traitée est complet et définitif, et les métaux lourds sont bloqués dans des25 complexes insolubles. Plusieurs bandes transporteuses élévatrices évacuent en tas distincts, à distance des dispositifs de traitement, chaque partie séparée de la matière traitée. L'invention est susceptible d'application industrielle par l'assemblage d'installations mobiles complètes et autonomes de traitement de déchets sur site, les dispositifs préconisés pour l'application du procédé pouvant avantageusement être assemblés en modules déplaçables et30 transportables. -5- REVENDICATIONS 1) Procédé non polluant de traitement global des déchets mélangés, par combinaison d'une réduction dimensionnelle, d'une séparation croisée de l'ensemble des composants de la matière traitée, et d'un inertage physico-chimique, applicable sur des installations mobiles autonomes, et permettant une revalorisation complète des composants traités, en tant que nouveaux matériaux, sans destruction de leurs propriétés utiles, en même temps et au même endroit; procédé caractérisé en ce qu'il est applicable par deux lignes de traitement distinctes réciproquement complémentaires et interactives dans un même ensemble, réalisant la séparation précise des divers constituants de la matière traitée en plusieurs fractions utiles, et réalisant aussi l'inertage rapide de la partie organique de cette matière par une hydrolyse combinée avec un blocage des10 métaux lourds, au moyen de réactifs basiques biodégradables. 2) Procédé selon revendication 1, caractérisé par le traitement coordonné en deux lignes distinctes de la partie à dominante organique d'un côté et de la partie à dominante minérale de l'autre, avec séparation et échange réciproque des fractions qui intéressent l'autre ligne. 3) Procédé selon revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, dans le cas de son application au traitement des déchets mélangés banals tels que ceux des chantiers de construction, ces déchets sont entièrement revalorisés en qualité de nouveaux matériaux de construction, après avoir été notamment séparés en plusieurs qualités de granulats calibrés, ainsi qu'en fractions distinctes de métaux et de résidus d'inertage des matières organiques (recyclithe). 4) Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce que l'inertage est effectué rapidement par voie physico-chimique, résultant de la réaction de produits alcalins en confinement chaud et humide (p.ex. 80 C à 50% d'humidité), mélangés pendant quelques minutes avec la masse pré- humidifiée et finement broyée des déchets à inerter, de manière à réaliser en même temps une hydrolyse de cette matière et un blocage dans des complexes non lixiviables des métaux lourds qui y sont éventuellement contenus, en utilisant une quantité proportionnelle réduite de réactifs (à25 partir de 4% en masse) par rapport à la matière traitée, ceci étant compensé par un mûrissement consécutif en tas de la matière traitée pendant quelques dizaines de minutes. ) Procédé selon revendications 1 et 4, caractérisé par une réaction rapide obtenue en quelques minutes seulement sans avoir besoin d'y associer des phases de compression/détente ni de déshydratation de la matière traitée.30 6) Procédé selon revendications 1-4-et 5, caractérisé par l'emploi d'une combinaison de réactifs d'origine minérale fortement ou entièrement biodégradables, tels que des hydroxydes de calcium, potassium, ou de sodium, additionnés de silicates ou d'aluminates appropriés, sans impact environnemental nocif à l'occasion de leur stockage ou de leur utilisation sur site, pouvant être pré-mélangés et employés ensemble sans se contrarier.35 7) Procédé selon revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est applicable au moyen de modules fonctionnels successifs, juxtaposés ou superposés, reliés entre eux souplement par des dispositifs de transport de matière, pour constituer une chaine complète de traitement, autonome et déplaçcable.