Brevet FR2856319A1 — publié le 20041224

INSTALLATION DE BIOTRAITEMENT ET DE STOCKAGE DE DÉCHETS L'invention se rapporte à une installation de biotraitement, de stockage permanent et de transformation / stabilisation de déchets avec production de biogaz. La mise dans un centre de stockage de déchets constitue l'un des moyens d'élimination existant à l'heure actuelle. Ces déchets consistent pour l'essentiel en déchets ménagers, déchets industriels et commerciaux banals et refus provenant de 10 centre de tri. Cette technique de stockage est complémentaire de l'incinération. La construction d'un centre de stockage passe par le creusement et l'aménagement d'une vaste cavité, également appelée alvéole, constituant un volume de stockage, à l'intérieur duquel les déchets vont être disposés en couches successives au fur et à mesure de leur arrivée sur le site. Ces déchets préalablement broyés vont se stabiliser au 15 cours du temps, par exemple au bout d'environ vingt à vingt-cinq années. De part cet enfouissement et en absence d'oxygène, les substances organiques présentes dans les déchets subissent un lent processus de dégradation anaérobie avec production d'un biogaz, contenant principalement du méthane. Dans la plupart des installations connues, le biogaz est collecté par des conduits 20 d'aspiration pour une combustion sur place par une torchère, pour une utilisation pour le chauffage urbain ou pour fabriquer de l'électricité. Une méthode pour améliorer le rendement des bactéries thermophyles méthanogènes consiste à prévoir et à réguler un degré d'humidité relative sensiblement compris entre 60 % et 80 %, le pH et la température (55 - 60 C) à l'intérieur du volume de stockage des déchets. 25 Etat de la technique L'humidification des couches profondes de déchets se fait par percolation d'eau au sein du volume de stockage, avec une recirculation en circuit fermé des eaux de pluie, appelés lixiviat, ayant percolé par gravité au travers des déchets. Le lixiviat assure 30 de plus le transport et la bonne répartition des nutriments et souches bactériennes, et donc une stabilisation homogène des déchets broyés. On connaît, d'après le document EP- 1.193.002, une installation pour stocker des déchets comprenant un ensemble de drains qui sont connectés entre-eux et un dispositif pour aspirer le biogaz généré. L'ensemble de drains est constitué par une couche de granulats perméable aux liquides à l'intérieur de laquelle passent des premiers éléments formant conduit de circulation de biogaz positionnés au milieu des granulats, des deuxièmes éléments formant conduit de circulation du lixiviat positionnés à la base des granulats et des troisièmes éléments de séparation étanche disposés entre les premiers moyens de circulation de biogaz et les deuxièmes moyens de circulation du lixiviat. Cependant, une telle installation présente l'inconvénient que l'ensemble de drains nécessite l'emploi de trois éléments distincts qui s'avèrent compliqués à installer les uns par rapport aux autres, entraînant une augmentation du coût de montage. Exposé de l'invention Le problème principal que se propose de résoudre l'invention consiste à prévoir une installation de stockage de déchets qui permette une augmentation de la quantité de biogaz produit au sein du volume de déchets stockés. Un deuxième problème est de réduire la durée de production de biogaz, d'accélérer l'obtention de la phase de 15 stabilisation des déchets, afin de réduire la durée et les coûts liés à la surveillance de l'installation. Un troisième problème est d'obtenir une installation qui soit simple, multifonctionnelle et qui soit peu coûteuse à monter. L'invention concerne donc une installation de stockage de déchets, comprenant au 20 moins un volume de stockage à l'intérieur duquel sont stockés les déchets et au moins un réseau de conduits de type drains par volume de stockage des déchets. Le réseau de conduits de type drains est situé au niveau supérieur du ou des volumes de stockage des déchets. Le réseau de conduits de type drains est utilisé pour aspirer un biogaz, présent dans le ou les volumes de stockage des déchets et généré par la décomposition 25 anaérobie des déchets, et également pour injecter dans le ou les volumes de stockage des déchets un lixiviat, permettant de maintenir et d'accélérer la décomposition anaérobie des déchets. Conformément à un aspect de la présente invention, l'installation est caractérisée 30 en ce qu'un même réseau de conduits de type drains est destiné, de manière multifonctionnelle, séquentielle et alternative, dans un premier temps à aspirer le biogaz et dans un deuxième temps à injecter le lixiviat. Autrement dit, un seul réseau va présenter simultanément les deux fonctions qui sont celles d'aspiration du biogaz et d'injection du lixiviat. Ces deux fonctions vont être utilisées de manière séquentielle, avec tout d'abord une phase d'aspiration du biogaz, suivie par une phase d'injection du lixiviat. Dans le même réseau circule altemrnativement le biogaz puis le lixiviat. De préférence, l'installation peut comprendre trois réseaux de conduits de type drains séparés par volume de stockage des déchets, afin d'améliorer la densité de pénétration des réseaux par rapport à la superficie du volume de stockage des déchets. Egalement pour permettre une aspiration de biogaz et une injection de lixiviat optimales 10 réparties sur la totalité de la surface couverte par les réseaux, le ou les réseaux de conduits de type drains peuvent comprendre chacun deux extrémités de connexion aux pompes pour aspirer le biogaz et/ou pour injecter le lixiviat. Ces deux extrémités peuvent être écartées l'une de l'autre et situées de part et d'autre du volume de stockage des déchets. Pour aspirer le biogaz et pour injecter le lixiviat en profondeur dans le volume, le ou les réseaux de conduits de type drains peuvent avantageusement comprendre en outre un puits sensiblement vertical. Ce puits peut être situé à chaque noeud du réseau de conduits de type drains et/ou à chaque extrémité libre du réseau de conduits de type drains et/ou entre un noeud et une extrémité libre du réseau de conduits de type drains 20 et/ou entre deux noeuds du réseau de conduits de type drains. Le conduit de type drains peut présenter une pente sensiblement égale à 5 %, afin d'éviter toute stagnation de lixiviat dans le conduit. Cette pente peut être prévue entre deux noeuds du réseau de conduits de type drains et/ou entre un noeud et une extrémité libre du réseau de conduits de type drains, avec inversion de l'inclinaison pour le 25 conduit de type drain subséquent. De manière favorable, les conduits de type drains peuvent présenter une face supérieure comprenant des orifices pour aspirer le biogaz et pour injecter le lixiviat. Pour faciliter la circulation du biogaz et du lixiviat autour des conduits de type drains, les conduits de type drains peuvent être insérés dans des tranchées drainantes. Pour pomper le lixiviat en excès auquel se rajoute l'eau de pluie, l'installation peut en outre comprendre un réseau de conduits de type drains supplémentaire par volume de stockage des déchets, situé au niveau inférieur du ou des volumes de stockage des déchets. Ce réseau supplémentaire peut être raccordé à un puits de collecte en sortie sensiblement vertical. Une troisième fonction venant en plus des fonctions d'aspiration et d'injection est celle que le réseau de conduits de type drains peut être utilisé pour réinjecter dans le ou les volumes de stockage des déchets un gaz, tel que du CO2, de l'air ou d'autres encore. A titre d'exemple, l'installation peut comprendre trois volumes superposés et au 5 moins trois réseaux de conduits de type drains pour aspirer le biogaz et pour injecter le lixiviat, ainsi qu'un réseau pour pomper le lixiviat en excès raccordé à un seul puits de collecte en sortie. Description sommaire des figures L'invention sera bien comprise et ses divers avantages et différentes caractéristiques ressortiront mieux lors de la description suivante, de l'exemple non limitatif de réalisation, en référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: - la Figure 1 représente un plan en vue du dessus de l'installation de stockage de biotraitement de déchets; la Figure 2 représente une vue partielle en perspective des réseaux à l'intérieur du volume de stockage; - la Figure 3 représente une vue partielle en coupe transversale d'une tranchée drainante dans la fonction d'aspiration du biogaz; - la Figure 4 représente une vue partielle en coupe transversale de la tranchée 20 drainante selon la Figure 3 dans la fonction d'injection de lixiviat. Description détaillée de l'invention Une installation de stockage de déchets et de production de biogaz (1) est montée à partir d'une excavation présentant une superficie, par exemple sensiblement égale à 25 0,5 hectares. L'excavation est creusée dans des terrains particulièrement imperméables, tels que par exemple des marnes ou argiles. Un niveau d'étanchéité (non représenté) protégeant de la perforation est aménagé au fond de la zone de stockage, de façon à constituer le fond du volume de stockage. Le volume de stockage est ensuite divisé en alvéoles (3). Les déchets (2) sont broyés pour accroître leur surface d'échange et offrir de meilleures conditions hydrodynamiques de recirculation. Ils sont ainsi entreposés au fur et à mesure de leur arrivée sur le site. Les alvéoles (3) comprennent elles-mêmes plusieurs niveaux de stockage (4), par exemple au nombre de trois. Conformément à la présente invention, un dispositif de drainage du biogaz et de recirculation des liquides ou lixiviat formant des réseaux est mis en oeuvre à chaque niveau intermédiaire (4) de remplissage des alvéoles (3). Ces réseaux sont aménagés sous une couverture intermédiaire (6) composée de sable argileux ou marnes compactés (perméabilité de l'ordre de 1. 10-9 m/s) d'une épaisseur à peu près égale à 0,50 m. La conception du dispositif de drainage permet d'envisager un fonctionnement séquentiel et alternatif, avec recirculation de lixiviats, réinjection de concentrats (Flèches I en Figure 4) et captage de biogaz (Flèches A en Figure 3), de sorte que les résultats obtenus pourraient dépasser favorablement les objectifs fixés en terme d'efficacité de stabilisation des déchets (2). Le dispositif de captage du biogaz ou de recirculation de liquides comprend plusieurs réseaux (7) de tranchées drainantes (8), à une profondeur de 0,50 m à 1,50 m, disposées en épis. Les réseaux (7) comprennent des drains fonctionnant en phase de réinjection de lixiviat (9), représentés en traits pointillés moyens en Figure 1, et des drains fonctionnlmant en phase d'aspiration de biogaz (11), représentés en traits pointillés fins en 15 Figure 1. Les drains fonctionnant en phase de ré-injection de lixiviat (9) présentent des puits verticaux d'injection (12). Les drains fonctionnant en phase d'aspiration de biogaz (11) présentent des puits verticaux de captage du biogaz (13). Chaque réseau (7) présente des segments indépendants, un segment central (11) pour l'aspiration (A) et deux segments périphériques (9) pour l'injection (I). Lors de la 20 phase qui suit, le fonctionnlmement des segments (9 et 11) est inversé, avec le segment central servant à l'injection et les deux segments périphériques servant à l'aspiration. Des phases cycliques sont prévues avec des séquences d'aspirationinjection ayant une durée par exemple égale à une semaine. Chaque segment est composé d'un axe principal et d'une succession d'épis 25 latéraux raccordés à 90 . Les épis latéraux sont raccordés de part et d'autre du segment central. Le segment central est scindé en deux, avec des conduites pleines en son centre. Les segments périphériques sont raccordés à des épis orientés vers l'intérieur de l'alvéole (3). Les épis des segments périphériques et centraux sont entremêlés, avec une disposition des noeuds en quinconces. La distance entre chaque noeud du réseau (7) étant 30 d'environ 20 m, la distance entre tranchées et noeud des segments centraux et latéraux est de 10 m. En raison de la saturation en eau du biogaz, les tranchées drainantes (8) présentent une pente de 5 % entre chaque noeud des réseaux (7), avec inversion de l'inclinaison par rapport à la tranchées drainantes (8) audelà du noeud (visible en Figure 2). Le dénivelé entre les noeuds espacés de 20 m est donc de 1 m. Ainsi la cote relative du fil d'eau des conduits formant drains (19) est comprise dans la tranche -0,5 m et -1,5 m par rapport au sommet de l'alvéole (3) ou du niveau de stockage (4) considérée. Comme le représentent les Figures 3 et 4, les tranchées drainantes (8) sont 5 réalisées comme l'ensemble du dispositif après remplissage complet d'un palier d'alvéole par reprise des broyats de déchets (2) compactés. Cette opération est réalisée dans les conditions de l'exploitation, les broyats de déchets (2) excédentaires sont évacués sur l'alvéole en cours de remplissage. Les tranchées (8) présentent une largeur d'environ 1 m pour 0,5 m à 1,5 m de profondeur. Un drain (19) en PEHD de diamètre égal 110 mm est posé en fond de tranchée (8) sur un lit de gravier. Le drain (19) est lanterné sur une seule demi-circonférence avec des fentes (21) de 5 mm, espacées de façon à ne pas altérer la résistance mécanique du matériau. Les fentes (21) sont donc ménagées vers le haut du drain (19) de façon à éviter de trop fortes pertes de charge. Le drain (19) assure ainsi en alternance la double 15 fonction d'aspiration et d'injection. La tranchée (8) est ensuite comblée de gravier drainant issu du criblage des matériaux de carrière du site. La tranchée (8) est recouverte d'un géotextile filtrant avant sa fermeture définitive par du sable argileux miocène. Chaque noeud du réseau (7) de tranchées (8), chaque intersection et/ou chaque 20 extrémité libre du réseau (7) est équipé d'un puits vertical (22) raccordés au drain (19). Les puits (22) sont constitués d'un tube de diamètre 110 mm en PEHD à crépine, ceinturé d'un massif de gravier. Les puits (22) sont forés minimum en diamètre de 600 mm. Les niveaux de stockage (4) ayant une épaisseur de 5 m à 6 m et afin de conserver 25 une épaisseur suffisante par rapport au fond d'alvéole (3), les puits (22) dont le sommet est situé à -1,5 m par rapport à la cote de référence ont une profondeur maximale de 2 m. Les autres puits (22) dont le sommet est situé à -0,5 m par rapport à la cote de référence ont une profondeur de 3 m. Cette disposition permet en outre d'éviter une recirculation trop rapide vers le fond d'alvéole (3). En fin de réseaux, les drains (19) fonctionnant en phase de ré-injection de lixiviat (9) sont connmectés à des conduites pleines en PEHD d'un diamètre de 110 mm (14). En fin de réseaux, les drains (19) fonctionnant en phase d'aspiration de biogaz (11) sont connectés à des conduites analogues (16). Les conduites (14 et 16) sont raccordées en surface à une rampe de distribution. A partir de cette rampe, les conduites (14 et 16) seront toutes aériennes, dans les zones définitivement réaménagées, les conduites (14 et 16) sont raccordées à la géomembrane de couverture. Chaque extrémité de chaque segment, de part et d'autre de l'alvéole de stockage (3), est ainsi reliée à la fois à une conduite secondaire destinée à la recirculation des 5 liquides et une conduite secondaire destinée au transport de biogaz. Ces deux points d'accès accroissent l'efficacité des réseaux tant en aspiration qu'en injection. Des vannlmes de régulation (17) intercalées juste avant les pompes correspondantes permettent de passer du fonctionnement en injection au fonctionnement en aspiration et vice-versa. Les conduites secondaires des trois niveaux de drains (19) correspondant aux trois 10 niveaux de stockage (4) sont reliées à chaque extrémité et pour chaque type de réseau à une conduite principale. Les conduites principales sont reliées à une nourrice desservant une ligne d'alvéole. Sur le réseau de recirculation, chaque nourrice est alimentée à partir d'une cuve tampon (5 m3 à 10 m3) permettant une meilleure régulation. Les cuves tampon et nourrices de chaque ligne d'alvéole seront reliées à la canalisation principale 15 elle-même reliée aux installations de gestion des lixiviats et des biogaz. Un réseau supplémentaire (18), représenté en traits pointillés grossiers en Figure 1, est monté au fond de l'alvéole (3) ou du niveau de stockage (4) et sert au drainage des lixiviats en fond d'alvéole (3) par un puits de pompage (23). Dans l'installation (1), le rôle du dispositif avec ces réseaux (7) est double. D'une 20 part, il permet une diffusion optimale (I) de l'humidité au sein des broyats de déchets (2) en cours de stabilisation, par recirculation de lixiviats traités par ultrafiltration. Cette recirculation aura pour principaux effets de maintenir les conditions d'humidité et de température les plus favorables au développement des bactéries méthanogènes et de les alimenter en continu en nutriments. D'autre part, il permet d'assurer le captage optimal 25 (A) du biogaz produit, en vue de sa valorisation, et d'exploiter ainsi tout le potentiel énergétique des broyats de déchets (2) en cours de stabilisation. Le dispositif de drainage permet aussi la réinjection des concentrats d'osmose inverse, c'est-à-dire des résidus du traitement des lixiviats, au sein des alvéoles (3) en fin de stabilisation. La réinjection des concentrats favorise la précipitation des éléments 30 lixiviables et donc le stockage de ces résidus au sein du massif de broyats de déchets (2). En effet, les sels contenus dans le concentrat précipitent sous forme d'une matrice stable au sein des broyats de déchets (2). Plus la concentration des concentrats est élevée et plus leur précipitation et la cristallisation des sels en surface est importante. L'objectif de la réinjection est donc un retour par précipitation de la fraction initialement lixiviée dans le massif de broyats de déchets (2), et une meilleure biodégradation par voie anaérobie de la matière organique contenue dans les broyats de déchets (2). En dernier lieu et par mesure de précaution, il est envisagé d'utiliser le dispositif 5 drainant pour une réinjection de CO2 au sein des alvéoles (3) en phase d'extinction, c'est-à-dire lors de l'arrêt de la fermentation anaérobie, afin d'inerter le mélange gazeux. Un apport d'engrais est également possible pour accélérer la fin du processus de fermentation. Une injection d'O2 ou d'air est aussi possible afin de stopper la fermentation anaérobie et de permettre un retour aux conditions aérobies. Avec l'installation selon l'invention, le biogaz généré est capté dès son apparition (en moyenne après 200jours de stockage). En outre, la stabilisation des déchets va se faire en une durée à peu près égale à 5 ans. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et 15 illustrés. De nombreuses modifications peuvent être réalisées, sans pour autant sortir du cadre défini par la portée du jeu de revendications. REVENDICATIONS 1. Installation de biotraitement et de stockage de déchets, comprenant: au moins un volume de stockage (3, 4) à l'intérieur duquel sont stockés les déchets (2), et - au moins un réseau (7) de conduits de type drains (19) par volume de stockage (3, 4) des déchets (2), situé au niveau supérieur du ou des volumes de stockage (3, 4) des déchets (2), - pour aspirer un biogaz, présent dans le ou les volumes de stockage (3, 4) des déchets (2) et généré par la décomposition anaérobie des déchets (2), et pour injecter dans le ou les volumes de stockage (3, 4) des déchets (2) un lixiviat, permettant de maintenir et d'accélérer la décomposition anaérobie des déchets (2), caractérisée en ce qu'un même réseau (7) de conduits de type drains (19) est destiné, de manière multifonctionnelle, séquentielle et alternative, dans un premier temps à aspirer le biogaz (A) et dans un deuxième temps à injecter le lixiviat (I). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend trois 20 réseaux (9, 11) de conduits de type drains (19) séparés par volume de stockage (3, 4) des déchets (2). 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le ou les réseaux de conduits (9, 11) de type drains (19) comprennent chacun deux extrémités de 25 connexion aux pompes pour aspirer le biogaz (A) et/ou pour injecter le lixiviat (I), qui sont écartées et situées de part et d'autre du volume de stockage (3, 4) des déchets (2). 4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en 30 ce que le ou les réseaux de conduits (9, 11) de type drains (19) comprennent en outre un puits sensiblement vertical (22) situé à chaque noeud du réseau de conduits de type drains et/ou à chaque extrémité libre du réseau de conduits de type drains et/ou entre un noeud et une extrémité libre du réseau de conduits de type drains et/ou entre deux noeuds du réseau de conduits de type drains. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le conduit de type drains (19) présente une pente sensiblement égale à 5 % entre deux nceuds du réseau de conduits de type drains et/ou entre un noeud et une 5 extrémité libre du réseau de conduits de type drains, avec inversion de l'inclinaison pour le conduit de type drain subséquent. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les conduits de type drains (19) présentent une face supérieure comprenant 10 des orifices (21) pour aspirer le biogaz et pour injecter le lixiviat. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les conduits de type drains (19) sont positionnés dans des tranchées drainantes (8). 8. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un réseau de conduits de type drains supplémentaire (18) par volume de stockage (3, 4) des déchets (2), situé au niveau inférieur du ou des volumes de stockage (3, 4) des déchets (2), pour pomper le lixiviat en excès, 20 et qui est raccordé à un puits de collecte en sortie sensiblement vertical (23). 9. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le réseau (7) de conduits de type drains (19) est utilisé pour réinjecter dans le ou les volumes de stockage (3, 4) des déchets (2) un gaz, tel que du CO2, de 25 l'air ou d'autres encore. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend trois volumes (4) superposés et au moins trois réseaux de conduits de type drains pour aspirer le biogaz et pour injecter le lixiviat, ainsi 30 qu'un réseau (18) pour pomper le lixiviat en excès raccordé à un seul puits de collecte en sortie sensiblement vertical (23). Déposant GRANGEON ET FILS Mandataire Cabinet LAURENT & CHARRAS