Brevet FR2881664A1 — publié le 20060811

Procédé et dispositif de séparation de résidus d'incinération d'ordures ménagères. La présente invention concerne un procédé et un dispositif de séparation des résidus de l'incinération d'ordures ménagères. Les usines d'incinération d'ordures ménagères produisent notamment des mâchefers et des matériaux incombustibles qui, collectés en fin de combustion, peuvent être valorisés directement, ou dirigés vers un centre de maturation pour y subir divers traitements. Cependant, l'incinération n'est souvent pas parfaite et il reste couramment après l'incinération une fraction de produits non consumée mais non directement valorisable et donc non valorisée. Ces produits représentent une masse et un volume qui peuvent être relativement importants, et qui se trouvent être non utilisés et mis en décharge. Or cette fraction de produits d'incinération contient des matériaux métalliques, des matières plastiques, du papier ainsi que des matières minérales et autres granulats, parmi lesquels les matières non combustibles se trouvent mélangées à des matières en principe combustibles mais qui, par leur disposition et leur environnement dans les foyers de combustion, n'ont pas été entièrement consumés. On peut ainsi y retrouver mélangés par exemple des pièces et objets métalliques en divers métaux, plus ou moins lourds et parfois de grandes dimensions, avec des objets en matière plastique seulement partiellement fondus, ou en papier, résultant par exemple de livres épais dont le coeur est resté protégé d'une combustion complète par la périphérie, etc. La présente invention a pour but d'améliorer la valorisation des produits d'usines d'incinération d'ordures ménagères, en proposant un procédé et un dispositif permettant d'effectuer un tri des produits refusés lors des opérations classiques de criblage ou similaires en sortie des foyers d'incinération, pour en extraire des matériaux encore valorisables. L'invention vise particulièrement à obtenir une séparation la plus efficace possible des imbrûlés issus du criblage, pour éviter qu'une grosse partie de ces derniers soit envoyée en décharge, et ainsi pour se rapprocher au mieux du "zéro déchet" en aval de l'incinérateur. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de séparation des résidus de l'incinération d'ordures ménagères, caractérisé en ce que: - on effectue une opération de séparation magnétique pour éliminer des dits résidus les matériaux magnétiques, et éventuellement des matériaux métalliques amagnétiques, qui sont évacués par des premiers moyens d'évacuation, - on entraîne les résidus restants après séparation magnétique dans une cuve de flottation comportant un liquide de densité prédéterminée, - on effectue une séparation par flottation des dits résidus restants, pour séparer des matériaux denses de matériaux peu denses, - les matériaux peu denses surnageant et étant évacués de la cuve de flottation par un flux du dit liquide passant par un orifice de déversement situé au-dessous du niveau de liquide dans la cuve, le dit flux de liquide passant à travers une grille et étant mis en recirculation vers la cuve de flottation alors que les matériaux peu denses restant sur la grille sont dirigés vers des deuxièmes moyens d'évacuation, - les matériaux denses tombés au fond de la cuve en étant extrait par un système de racleurs balayant le fond de la cuve et amenant les dits matériaux denses hors de la cuve sur des troisièmes moyens d'évacuation. Grâce au procédé selon l'invention, on peut ainsi séparer de manière efficace les matériaux métalliques, et les autres matériaux lourds, revalorisables, de matériaux légers, tels que papiers, cartons, plastiques etc. non ou peu revalorisables. Les expérimentations effectuées ont permis de montrer par exemple que, sur 10000 tonnes de résidus issus annuellement d'une usine d'incinération et mis jusqu'à présent en décharge sans revalorisation, l'invention permettait en fait de récupérer 600 tonnes de matériaux ferreux, 600 tonnes de métaux non ferreux, 8000 tonnes de matériaux denses tel que cailloux, gravats ou autres, 800 tonnes de produits dits "imbrûlés" directement revalorisés en energie par renvoi à l'incinération. Le liquide de la cuve de flottation est préférentiellement de l'eau salée, soit un mélange d'eau et de NaCl, dans une proportion qui peut être ajustée pour adapter au mieux la densité du liquide en fonction des matériaux à séparer. Le liquide passant à travers la grille de support des matériaux légers est récupéré dans un réservoir placé sous la dite grille et dirigé vers la cuve par pompage pour compenser en permanence le débit de liquide qui en déborde. Préférentiellement, l'eau salée est amenée dans la cuve à plusieurs niveaux, en particulier vers le fond de la cuve, pour créer dans la cuve un mouvement de brassage apte à faciliter la séparation entre les matériaux de différentes densités qui y tombent plus ou moins mélangés ou agglomérés. Pour assurer que les matériaux légers soient bien entraînés par le flux de débordement et ne restent pas flottant à la surface dans la cuve, on assure un débit de circulation d'eau suffisant pour que le niveau d'eau salée dans la cuve reste suffisamment au-dessus de l'orifice de déversement, par exemple à une hauteur de l'ordre de 3 à 8 cm. La vitesse de l'eau et sa hauteur au-dessus du seuil de l'orifice de déversement doivent assurer que des matériaux ne restent pas retenus par ce seuil. Il peut aussi être prévu des moyens complémentaires de tri au niveau des divers moyens d'évacuation. Par exemple, au niveau des troisièmes moyens d'évacuation, on pourra effectuer un tri manuel complémentaire pour séparer les éventuels matériaux métalliques restant, en particulier si ceux ci n'ont pas été traités en amont de la cuve, des autres matériaux lourds tels que cailloux ou autres minéraux. L'invention a aussi pour objet un dispositif de séparation des résidus de l'incinération d'ordures ménagères, caractérisé en ce qu'il comporte: une trémie de réception des dits résidus, - une cuve de flottation adaptée pour contenir un liquide de densité prédéterminée, et comportant un orifice de déversement par débordement, - des moyens d'entraînement des résidus contenus dans la trémie vers la cuve de flottation, - une grille située sous l'orifice de déversement de la cuve, apte à laisse passer le liquide débordant de la cuve, et comportant des moyens pour acheminer des matériaux déposés sur cette grille vers des deuxièmes moyens d'évacuation, - des moyens de récupération du liquide traversant la grille et des moyens de circulation pour rediriger le liquide recueilli vers la cuve, - des moyens d'extraction adaptés sur la cuve et comportant des racleurs balayant le fond de la cuve pour racler des matériaux denses tombés au fond de la cuve et amener les dits matériaux denses hors de la cuve sur des troisièmes moyens d'évacuation. Selon des dispositions complémentaires: - le dispositif comporte un extracteur placé sous la trémie, pour réguler le débit des résidus sortant de la trémie, avant de les envoyer sur les moyens d'entraînement, constitués typiquement d'une bande transporteuse. - le dispositif comporte des moyens de séparation magnétique placés au niveau des dits moyens d'entraînement pour éliminer des dits résidus les matériaux magnétiques, et éventuellement des matériaux métalliques amagnétiques, dirigés vers des premiers moyens d'évacuation, -les moyens de séparation magnétique peuvent comporter un séparateur magnétique à bande, de type appelé "overband", pour chasser, de manière connue en soi, les pièces en matériau ferreux hors du mélange de résidus, et peuvent aussi comporter des moyens de séparation magnétique agissant sur des métaux non-ferreux, du type à inducteurs et courants de Foucault. - la grille est une grille vibrante, pour assurer le déplacement des matériaux à sa surface et leur acheminement vers les deuxièmes moyens d'évacuation, tels qu'un transporteur à bande, et aussi pour favoriser l'égouttage des dits matériaux et donc diminuer les pertes de liquide et réduire le poids des déchets à évacuer, - les moyens de récupération du liquide traversant la grille sont préférentiellement constitués par un réservoir ouvert placé sous la dite grille, - les moyens de circulation comportent une pompe et des canalisations qui redirigent le liquide vers la cuve, en différents endroits de celle-ci, et à différents niveaux, en particulier à proximité du fond de la cuve, les moyens d'extraction comportent préférentiellement un système de chaînes en boucle fermées, portant des racleurs, les chaînes étant entraînées et guidées selon une trajectoire telle que les racleurs balayent le fond de la cuve pour racler des matériaux denses tombés au fond de la cuve et les remonter le long d'une paroi latérale de la cuve, jusqu'à ce qu'ils tombent hors de la cuve, sur des troisièmes moyens d'évacuation. Toutefois, on pourra aussi utiliser d'autres moyens d'extraction aptes à ramasser les matières lourdes qui s'accumulent au fond de la cuve. Les différents moyens d'évacuations peuvent être, de manière classique, des transporteurs à bandes qui reçoivent directement les matériaux provenant respectivement de la séparation magnétique, de la grille, et du système d'extraction à racleurs, pour les diriger vers des conteneurs de transport adaptés ou vers des zones de stockage. On comprendra cependant que l'invention couvre également le cas où les dits moyens d'évacuation sont en fait directement de tels conteneurs, ou même simplement la mise en tas à proximité directe du système, avec une opération de reprise ultérieure. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite à titre d'exemple non limitatif d'une installation conforme à l'invention et de sa mise en oeuvre. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique de l'installation, vue de dessus, - la figure 2 est une vue latérale de celle-ci, - la figure 3 est une vue à échelle agrandie, en coupe transversale selon la ligne III-III, passant par la cuve de flottation, - la figure 4 est une représentation d'une variante de réalisation de la cuve, au niveau du déversement des matériaux. L'installation comporte une trémie 1 destinée à stocker temporairement les résidus, débarrassés des cendres, provenant des foyers d'une usine d'incinération d'ordures ménagères. Sous la trémie, un extracteur 2, par exemple à bande, permet de réguler le débit des résidus 10 sortis de la trémie 1 et les dirige vers une bande transporteuse inclinée 3, équipée d'un séparateur magnétique 4 qui chasse latéralement de l'ensemble des résidus entraînés par la bande les matériaux contenant du fer, ces matériaux étant récupérés par exemple dans une benne, non représentée, ou pouvant être simplement déposés au sol avant évacuation. La bande transporteuse 3 a son extrémité supérieure au-dessus d'une cuve 5 de forme générale rectangulaire ou prismatique, remplie d'eau additionnée de sel 20. La cuve 5 comporte sur un côté un orifice de déversement 51, formé par exemple par une découpe au niveau du bord supérieur d'une paroi 52 de la cuve située à l'opposé de la bande 3. L'orifice de déversement est pourvu d'un déversoir incliné 53, qui s'étend au-dessus d'une grille vibrante 71 disposée au-dessus d'un réservoir 7 qui jouxte la cuve 5. Le réservoir 7 est par ailleurs relié à la cuve 5 par un circuit de re-circulation 6. Le circuit de recirculation comporte une pompe 61 aspirant l'eau salée dans le réservoir 7 et alimentant la cuve 5 par plusieurs orifice d'injection 62, 63, répartis sur la largeur et la hauteur de la cuve, avec au moins un ou des orifices 63 situés vers le fond 55 de la cuve, pour procurer un effet de brassage de l'eau 20 dans la cuve 5. Le débit de la pompe est déterminé, en fonction des caractéristiques de l'installation, de manière à assurer une hauteur du niveau d'eau 21 suffisante, de l'ordre de 5 cm au-dessus du bord inférieur 54 de l'orifice de déversement 51, comme illustré figure 3. La grille vibrante 71 est constituée par exemple par une grille à mailles croisées de 1 cm. Elle a son extrémité située au-dessus d'une bande transporteuse 81. La cuve 5 comporte par ailleurs un système de chaînes 91 portant des racleurs 92, les chaînes étant guidées et entraînées en rotation par des roues 93, 94, disposées comme illustré figure 3, de manière que deux ensembles de roues 94, situées au fond de la cuve 5, guident les chaînes et racleurs contre le dit fond 55, et un ensemble de roues 93, situé audessus de la cuve, guide les chaînes et racleurs contre une paroi latérale inclinée 56 de la cuve, dont le bord supérieur comporte un déversoir 57. Les chaînes 91 sont formées de maillons de 10 cm de longueur et les racleurs 92, constitués par des traverses de 5cm de hauteur, sont répartis tous les 50 cm, ces dimensions étant données uniquement à titre d'exemple non limitatif. Le déversoir 57 débouche au-dessus d'une bande transporteuse 82 qui est entraînée à faible vitesse, pour permettre à un opérateur de procéder à un tri manuel éventuel des matériaux arrivant sur cette bande, qui débouche elle-même sur une bande transporteuse d'évacuation 83. La cuve 5 comporte aussi des grilles de séparation 58, disposées de part et d'autre de la zone de débouché de la bande transporteuse 3 et qui s'étendent verticalement vers le fond de la cuve. Ces grilles évitent que les matériaux légers qui surnagent à la surface de l'eau salée se dispersent sur toute la surface et viennent s'accrocher sur les chaînes et racleurs. Les matériaux 11, débarrassés des métaux ferreux par le séparateur magnétique 4, tombent dans la cuve à l'extrémité de la bande 3. Les matières denses 12 tombent directement au fond de la cuve 5, où ils sont ramassés par les racleurs 92 puis entraînés le long de la paroi 56 jusqu'à chuter sur la bande transporteuse 82. Les matériaux moins denses 13 restent à la surface de l'eau, ou y remontent, et ils sont entraînés par le flux d'eau qui déborde de la cuve par la découpe 51 et le déversoir 53. Ces matériaux sont ensuite retenus sur la grille vibrante 71, alors que l'eau traverse cette grille avant de tomber dans le réservoir 7, d'où elle est mise en recirculation par la pompe 61. La grille vibrante 71 provoque l'avancée des matériaux 13 qui y sont déposés vers la bande transporteuse d'évacuation 81. La figure 4 illustre une variante de réalisation de la cuve 5, destinée à améliorer la séparation par flottation entre matériaux denses et matériaux moins denses. A cette fin, la cuve 5 comporte, du côté amont, sous l'extrémité de la bande transporteuse 3, une excroissance qui constitue une cuve annexe 100 de tranquilisation, directement adjacente à la cuve 5. Le fond de la cuve annexe comporte une tôle inclinée 101, sur laquelle débouche des arrivées supplémentaires 102 d'eau salée, raccordées au circuit 6. Cette disposition particulière permet notamment, par l'inclinaison de la tôle 101 et le brassage supplémentaire dû aux arrivées d'eau complémentaires 102, d'améliorer la séparation des matériaux 11 lors de leur arrivé dans l'eau salée, et évite par exemple que des matériaux lourds entraînent directement au fond de la cuve des matériaux plus légers se trouvant en dessous. Elle permet aussi d'augmenter le rapport entre le volume d'eau salée et le volume de produit à traiter par flottation. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus uniquement à titre d'exemple. La disposition des différents transporteurs, la constitution des moyens d'extraction et de séparation pourront être modifiés sans sortir du cadre de l'invention. Egalement, l'eau salée pourrait être remplacée par un autre liquide ou solution, adaptée à la densité des matériaux à trier. 11 REVENDICATIONS 1. Procédé de séparation des résidus (9) de l'incinération d'ordures ménagères caractérisé en ce que: - on effectue une opération de séparation magnétique pour éliminer des dits résidus les matériaux magnétiques et éventuellement les matériaux métalliques amagnétiques, -on entraîne les résidus restants après séparation magnétique dans une cuve de flottation (5) comportant un liquide (20) de densité prédéterminée, - on effectue une séparation par flottation des dits résidus restants, pour séparer des matériaux denses de matériaux peu denses, - les matériaux peu denses (13) surnageant et étant évacués de la cuve de flottation (5) par un flux du dit liquide passant par un orifice de déversement (51) situé au-dessous du niveau (21) de liquide dans la cuve, le dit flux de liquide passant à travers une grille (71) et étant mis en recirculation vers la cuve de flottation alors que les matériaux peu denses (13) restant sur la grille sont dirigés vers des deuxièmes moyens d'évacuation (81), - les matériaux denses tombés au fond de la cuve en étant extrait par un système de racleurs balayant le fond de la cuve et amenant les dits matériaux denses (12) hors de la cuve sur des troisièmes moyens d'évacuation (82, 83). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide (20) de la cuve de flottation est de l'eau salée. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide (20) passant à travers la grille (71) de support des matériaux légers (13), est récupéré dans un réservoir (7) placé sous la dite grille et dirigé vers la cuve (5) par pompage pour compenser en permanence le débit de liquide qui en déborde. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le liquide (20) est amené dans la cuve (5) à 10 plusieurs niveaux. 5. Dispositif de séparation des résidus de l'incinération d'ordures ménagères, caractérisé en ce qu'il comporte: - une trémie (1) de réception des dits résidus (10), - une cuve de flottation (5) adaptée pour contenir un liquide (20) de densité prédéterminée, et comportant un orifice (51) de déversement par débordement, - des moyens (3) d'entraînement des résidus contenus dans la trémie vers la cuve de flottation (5), - une grille (71) située sous l'orifice de déversement de la cuve, apte à laisse passer le liquide débordant de la cuve, et comportant des moyens pour acheminer des matériaux (13) déposés sur cette grille vers des deuxièmes moyens d'évacuation (81), - des moyens (7) de récupération du liquide traversant la grille (71) et des moyens de circulation (6, 61) pour rediriger le liquide recueilli vers la cuve 30 (5), - des moyens d'extraction adaptés sur la cuve et comportant des racleurs (92) balayant le fond (55) de la cuve pour racler des matériaux denses (12) tombés au fond de la cuve et amener les dits matériaux denses hors de la cuve sur des troisièmes moyens d'évacuation (82, 83). 6. Dispositif de séparation selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de séparation magnétique (4) placés au niveau des dits moyens d'entraînement (3) pour éliminer des dits résidus 5 les matériaux magnétiques. 7. Dispositif de séparation selon la revendication 5, caractérisé en ce que la grille est une grille vibrante (71). 8. Dispositif de séparation selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de récupération du liquide traversant la grille sont constitués par un réservoir ouvert (7) placé sous la dite grille. 9. Dispositif de séparation selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de circulation comportent une pompe (61) et des canalisations (6) qui redirigent le liquide vers la cuve, en différents endroits de celle-ci, et à différents niveaux. 10. Dispositif de séparation selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'extraction comportent un système de chaînes (91) en boucle fermée, 25 portant des racleurs (92), les chaînes étant entraînées et guidées selon une trajectoire telle que les racleurs (92) balayent le fond (55) de la cuve pour racler des matériaux denses (12) tombés au fond de la cuve et les remonter le long d'une paroi latérale (56) de la cuve, 30 jusqu'à ce qu'ils tombent hors de la cuve, sur des troisièmes moyens d'évacuation (82). 11. Dispositif de séparation selon la revendication 5, caractérisé en ce que la cuve de flottation (5) 35 comporte, du côté amont, sous l'extrémité des moyens d'entraînement (3), une cuve annexe (100) de tranquilisation, directement adjacente à la cuve (5), le fond de la cuve annexe comportant une tôle inclinée (101), sur laquelle débouche des arrivées supplémentaires (102) de liquide, raccordées au moyens de circulation (6).