Brevet FR2882277A1 — publié le 20060825

i Utilisation et procédé de nodulisation pour faciliter le conditionnement, la manutention, le traitement et/ou la tenue en tas d'un déchet humide, généralement pâteux et/ou collant, obtenu à partir d'une boue Domaine de l'invention La présente invention vise à faciliter ou améliorer le conditionnement, la manutention, le traitement et/ou la tenue en tas de déchets humides, généralement pâteux et/ou collants, qui sont obtenus à partir de boues industrielles, urbaines ou agricoles. Elle concerne plus précisément l'utilisation de la nodulisation pour transformer lesdits déchets en nodules plus pratiques à l'emploi, d'une part, et un procédé de nodulisation approprié aux dits déchets pour obtenir de nouveaux produits sous forme de nodules, d'autre part. Art antérieur La technique de nodulisation est connue notamment en métallurgie en amont des unités de grillage et dans le domaine de l'hygiène industrielle. Le but est de transformer des minerais pulvérulents ou des poussières susceptibles d'être nocives pour l'homme et l'environnement en nodules, dont la taille est déterminée par les dimensions, la vitesse de rotation et 2 0 l'inclinaison du dispositif de nodulisation. Dans le domaine de la métallurgie, la nodulisation est avantageuse pour assurer la perméabilité du lit de minerai ainsi préparé et à travers lequel de l'air est soufflé. Elle permet la transformation des sulfures en oxydes et l'agglomération du lit de ruinerai. De l'eau, éventuellement additionnée d'une substance minérale, peut être ajoutée directement sur le lit de minerai pour améliorer l'efficacité du procédé. Le dispositif de nodulisation, qui est appelé par la personne du métier soucoupe , plateau ou casserole , est du type cylindre creux, fermé à son extrémité inférieure par un fond circulaire et ouvert à son extrémité supérieure. Ce cylindre est, en fonctionnement, mobile en rotation autour de son axe qui est incliné par rapport à la verticale. Les nodules obtenus selon la technique antérieure de nodulisation présentent dans leur masse une structure homogène en raison du fait la matière de départ est finement divisée. Selon l'invention, les nodules peuvent avoir une structure homogène, d'une part, ou mieux une structure hétérogène du type dit à noyau (ici le déchet de boue) enrobé et logé à l'intérieur d'une couche superficielle (constituée avantageusement ici par un matériau minéral), d'autre part. But de l'invention Les déchets de boues industrielles, urbaines et agricoles ont de médiocres propriétés mécaniques. Il existe un besoin d'améliorer ces propriétés mécaniques, notamment la tenue en tas en particulier dans le temps. L'objectif est d'éviter que les boues épandues sur les champs polluent l'environnement, en particulier les sols et les cours d'eau, à la suite d'intempéries. Pour résoudre le problème technique qui se pose, on se propose selon l'invention de mettre en oeuvre une nouvelle solution qui consiste à appliquer la technique de nodulisation à des produits, qui ne sont pas pulvérulents mais qui sont des déchets humides obtenus à partir de boues et se présentent sous forme de solides en général pâteux et/ou collants. Dans cette optique, on se propose de fournir une nouvelle utilisation de la nodulisation appliquée aux déchets humides, un nouveau produit industriel sous forme de nodules et élaboré à partir desdits déchets humides, et un procédé de préparation desdits nodules mettant en oeuvre une 2 0 technique de nodulisation. Plus précisément, l'on souhaite modifier les déchets de boues industrielles, urbaines ou agricoles afin É d'en faciliter le conditionnement, la manutention et la tenue en tas dans la durée, É d'y incorporer un autre constituant avec, de préférence, un profil de répartition différent de celui qui serait obtenu par simple mélange, et/ou É de permettre l'évacuation de gaz à travers la masse conditionnée en tas, par exemple la vapeur d'eau dans le cas d'une élévation de 3 0 température. Objet de l'invention Selon un premier aspect de l'invention, l'on préconise une nouvelle utilisation de la nodulisation, ladite utilisation étant caractérisée en ce que l'on transforme un déchet humide, généralement pâteux et/ou collant, obtenu à partir d'une boue industrielle, urbaine ou agricole, en nodules 2882277 3 sensiblement sphériques pour faciliter le conditionnement, la manutention, le traitement et/ou la tenue en tas dudit déchet. Selon un second aspect de l'invention l'on préconise, en tant que produit industriel nouveau, le produit obtenu par nodulisation qui est caractérisé par le fait qu'il est élaboré à partir d'un déchet humide, généralement pâteux et/ou collant, d'une boue industrielle, urbaine ou agricole, qui a été préalablement concentrée et/ou séchée jusqu'à ce que ledit déchet ait une teneur en matière sèche supérieure ou égale à 10 % en poids, et qu'il se présente sous la forme de nodules sensiblement sphériques. Selon un troisième aspect de l'invention, l'on préconise un procédé pour la préparation d'un produit sous forme de nodules à partir dudit déchet de boue, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend: (a) le chargement, dans un dispositif de nodulisation du type comprenant un cylindre creux pourvu d'un fond à son extrémité inférieure et ouvert à son extrémité supérieure, ledit cylindre étant, en fonctionnement, mobile en rotation autour de son axe qui est incliné par rapport à la verticale, (i) d'un déchet humide, généralement pâteux et/ou collant, obtenu à partir d'une boue industrielle, urbaine ou agricole et ayant une teneur en matière 2 0 sèche supérieure ou égale à 10 % en poids, ledit déchet formant en fonctionnement un lit, et, le cas échéant, (ii) d'une substance choisie parmi l'eau, les matériaux minéraux et leurs mélanges, qui est introduite au dessus ou au niveau du lit dudit déchet; et (b) le recueil, notamment par débordement, dudit produit sous forme 2 5 de nodules sensiblement sphériques. Description détaillée de l'invention Par déchet de boue ou déchet on entend ici, un produit solide, qui est généralement pâteux et/ou collant et qui est obtenu (i) par précipitation, décantation ou floculation d'une boue, qui est une suspension 3 0 de matières solides dans un liquide de préférence aqueux; puis, le cas échéant, (ii) par concentration, filtration et/ou séchage. Il est important que le déchet de boue utilisé comme matière première selon l'invention ait une siccité (i. e. teneur en matière sèche) supérieure ou égale à 10 % p/p. Si on fait appel à un déchet ayant une siccité inférieure à % p/p, l'eau contenue dans ce déchet va perturber voire empêcher la nodulisation. Par matière sèche d'un produit, on entend ici l'ensemble des composants autres que l'eau, qui sont présents dans ledit produit. Par nodules sensiblement sphériques , on entend ici le fait que lesdits nodules ont une forme sphérique ou une forme analogue (par exemple une forme ovalaire, ovoïde voire ellipsoïdale). L'eau, qui est avantageusement ajoutée en tant que liant, est introduite dans le dispositif de nodulisation et intervient en faible quantité par rapport du déchet à traiter. De façon pratique cette eau est introduite au dessus ou au niveau du lit de déchet par projection, et mieux par nébulisation. Lors de la nodulisation, le déchet de boue industrielle, urbaine ou agricole (telle que le lisier) est fractionné par la rotation du cylindre du dispositif de nodulisation. Quand on introduit dans ledit dispositif un matériau minéral, l'utilisation de la nodulisation conduit à des nodules constitués d'une association (A) dudit déchet, avec (B) un matériau minéral, réagissant ou non avec l'eau, et préala- 2 0 blement finement divisé, notamment jusqu'à une granulométrie moyenne inférieure ou égale à 500 m, de préférence jusqu'à une granulométrie moyenne inférieure ou égale à 200 m et mieux jusqu'à une granulométrie moyenne inférieure ou égale à 50 m, ladite association diminuant substantiellement voire même supprimant le 2 5 caractère pâteux et/ou collant du déchet humide de départ. Lesdits nodules contenant un matériau minéral ont: (i) une composition homogène, ledit matériau minéral étant uniformément réparti avec ledit déchet dans la masse de chaque nodule, ou 3 0 (ii) une composition hétérogène, ledit matériau minéral formant une couche externe, qui enrobe ledit déchet, et où notamment la concentration dudit matériau minéral dans la masse de chaque nodule est sensiblement décroissante de la surface externe vers l'intérieur. Selon l'invention, les nodules obtenus présentent trois textures distinctes: Texture 1: les nodules ne comportent que le déchet de départ, ils sont en général collants mais ils présentent une meilleure tenue en tas que ledit déchet, en particulier grâce à une structure aérée résultant de la présence de vides dans la masse dudit tas. Texture 2: les nodules présentent chacun une composition homogène où le déchet est intimement mélangé avec le matériau minéral, ils ne sont plus collants, et ont une meilleure tenue en tas que ceux de la Texture 1; il convient toutefois de noter que l'obtention de ladite composition homogène implique deux opérations supplémentaires avant l'introduction dans le dispositif de nodulisation, à savoir: déstructurer le déchet puis le mélanger intimement avec ledit matériau minéral. Texture 3; les nodules présentent chacun un noyau formé du déchet et une couche externe entourant ledit noyau qui est formée du matériau minéral, ledit matériau minéral ayant, comme indiqué plus haut, dans chaque nodule une concentration sensiblement décroissante de la surface externe du nodule vers l'intérieur. Les nodules selon la Texture 3 présentent une excellente tenue en tas 2 0 et surtout une meilleure résistance aux intempéries que ceux de la Texture 2. En ce qui concerne leur obtention, le procédé mis en oeuvre pour leur préparation présente en outre l'avantage d'éviter les deux opérations supplémentaires précitées qui sont requises pour obtenir les nodules selon la Texture 2. 2 5 Les nodules constituent le produit de l'invention. De façon avantageuse, chaque nodule sera une association du déchet et d'un matériau minéral qui (i) ne réagit pas avec l'eau, ou (ii) réagit avec l'eau, et qui a été préalablement finement divisé, notamment jusqu'à une granulométrie moyenne inférieure ou égale à 500 m, de préférence jusqu'à une granulométrie moyenne inférieure ou égale à 200 m et mieux jusqu'à une granulométrie moyenne inférieure ou égale à 50 m. Comme indiqué plus haut, les nodules de ce produit présentent: (i) une composition homogène, ledit matériau minéral étant uniformément réparti avec ledit déchet dans la masse de chaque nodule, ou (ii) une composition hétérogène, ledit matériau minéral formant une couche externe, qui enrobe ledit déchet, et où notamment la concentration dudit matériau minéral dans la masse de chaque nodule est sensiblement décroissante de la surface externe vers l'intérieur. Selon la présente invention, on préfère plutôt (a) les nodules suivant la Texture 3 à ceux de la Texture 2 et (b) les nodules suivant la Texture 2 à ceux de la Texture 1, l'ordre de préférence selon un mode décroissant étant le suivant: Texture 3 > Texture 2 > Texture 1. Parmi les matériaux minéraux, qui conviennent comme additifs selon l'invention, notamment pour l'élaboration de la couche externe de la Texture 3, on peut citer ceux qui sont choisis parmi l'ensemble constitué par (B 1) les substances qui ne réagissent pas avec l'eau (notamment le talc, Ca (OH)2, Mg(OH)2, Ba(OH)2, et les argiles); (B2) les substances qui réagissent avec l'eau (notamment la chaux vive, MgO et BaO) ; et (B3) leurs mélanges. Certaines argiles sont intéressantes en ce sens qu'elles sont susceptibles d'absorber l'eau. 2 0 De façon avantageuse, on utilisera 5 à 80 parties en poids de matériau minéral pour 100 parties en poids de matière sèche fournie par le déchet de boue, et de préférence 10 à 50 parties en poids dudit matériau minéral pour 100 parties en poids de ladite matière sèche. Si nécessaire, ledit matériau minéral peut être introduit en suspension aqueuse dans le dispositif de nodulisation; ce cas peut se rencontrer quand on fait appel à un lait de chaux éteinte, dans cette circonstance la teneur en en Ca(OH)2 à utiliser selon les proportions précitées sera exprimée en poids sec. Lors de la mise en oeuvre du procédé de préparation des nodules, le 3 0 chargement dans le dispositif de nodulisation dudit déchet est avantageusement réalisé en continu. Le chargement de l'eau et/ou du matériau minéral peut être effectué de façon discontinue. De façon pratique, l'on préfère plutôt que tout chargement (déchet et, le cas échéant, eau et/ou matériau minéral) soit réalisé en continu dans le dispositif de nodulisation, où (a) la vitesse de rotation et l'inclinaison sont adaptées en fonction de la taille souhaitée des nodules, (b) les dimensions dudit dispositif sont adaptées au débit de déchet à traiter, (c) l'administration d'eau (principalement par nébulisation) est réalisée au dessus ou au niveau du lit du déchet, et (d) l'administration du matériau minéral est effectuée à une hauteur déterminée, selon la verticale, par rapport au lit du déchet, en fonction de la répartition finale souhaitée dudit matériau minéral dans l'ensemble des nodules. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mieux compris à la lecture qui va suivre d'exemples de réalisation. L'ensemble de ces éléments n'est pas limitatif mais est fourni à titre d'illustration. Exemple 1 On part d'un déchet de boue industrielle se présentant sous forme pâteuse et collante et ayant une siccité de 30 % (i. e. teneur en matière sèche: 30 % p/p). Sa structure en tas est compacte et continue. On introduit ce déchet en continu dans un dispositif de nodulisation ce qui provoque sa division en nodules de taille inférieure à 10 mm, que l'on récupère par débordement sur une bande transporteuse vers une mise en tas. La structure du produit en tas est aérée, les nodules formant un produit moins compact que le déchet de départ, grâce aux zones de vide présentes entre les nodules. Le produit obtenu reste pâteux et collant mais présente une tenue en tas améliorée par rapport audit déchet de départ. Exemple 2 On procède comme indiqué à l'exemple 1 avec le même déchet, mais avec la différence que l'on ajoute en continu dans le dispositif de 2 5 nodulisation de la chaux vive à raison de 5 parties en poids de CaO pour 100 parties en poids de déchet (soit 16,66 % en poids de CaO par rapport au poids de la matière sèche dudit déchet), le point d'addition de CaO étant placé dans la zone de débordement. La répartition de la chaux est relativement homogène dans l'ensemble de la masse des nodules, mais hétérogène au niveau de chaque nodule où la chaux se trouve essentiellement en périphérie. La tenue en tas est améliorée par rapport au produit de l'exemple 1, et de façon avantageuse, le caractère collant et pâteux a totalement disparu. Exemple 2a On procède comme indiqué à l'exemple 2 ci-dessus, mais avec la différence que l'on ajoute en continu dans le dispositif de nodulisation de la chaux éteinte au lieu de CaO, à raison de 5 parties en poids de Ca(OH)2 pour 100 parties en poids de déchet (soit 16,66 % en poids de Ca(OH)2 par rapport au poids de la matière sèche dudit déchet). On obtient un produit final non pâteux et non collant similaire à celui de l'exemple 2. Exemple 3 On procède comme indiqué à l'exemple 1 avec le même déchet, mais avec la différence que l'on ajoute en continu dans le dispositif de nodulisation de la chaux vive à raison de 15 parties en poids de CaO pour 100 parties en poids de déchet (soit 50 % en poids de CaO par rapport au poids de la matière sèche dudit déchet), le point d'addition de CaO étant placé dans le dispositif de nodulisation au plus loin de la zone de débordement. La répartition de la chaux est homogène dans la masse de l'ensemble des nodules, mais hétérogène au niveau de chaque nodule avec une surconcentration en chaux à la périphérie. L'ajout de CaO pendant la nodulisation provoque, au niveau de la mise en tas, une élévation de température de l'ordre de 50 à 60 C qui se traduit par un dégagement de vapeur d'eau et un assèchement jusqu'au coeur du tas grâce à la Texture 3 qui a été obtenue. 2 0 Exemple 4 Le déchet de départ provient d'une boue urbaine par filtration sur un filtre à bande dans une station d'épuration. Ce déchet se présente sous forme de plaquettes de 3 à 5 mm d'épaisseur et de 2 à 6 cm2 de surface. Sa siccité est de 12 %. Ce déchet est introduit dans le dispositif de nodulisation de l'exemple 1 avec de la chaux vive, à raison de 6 parties en poids de CaO pour 100 parties en poids dudit déchet (soit 50 % en poids de chaux par rapport au poids de la matière sèche dudit déchet). Le point d'introduction de la chaux est choisi pour obtenir une surconcentration marquée en périphérie des nodules. Le produit obtenu se présente sous forme de nodules de 3 à 8 mm de diamètre, et a une tenue en tas respectant les angles de talutage à ic/4 (dans l'essai normalisé du talutage, le produit à tester est disposé selon un talus ayant une section transversale qui est un triangle isocèle dans lequel l'angle du sommet supérieur est de n/2 et les angles de la base sont chacun de n/4). L'assèchement est optimisé par la structure aérée du tas, ce qui permet, d'une part, l'évacuation de la vapeur d'eau produite par l'élévation de température due à l'addition de chaux, et d'autre part, l'aération naturelle en extérieur. La surconcentration périphérique en chaux permet une protection environnementale prolongée par le maintien du pH sur une plus longue durée de temps. Exemple 5 Un compost frais est obtenu par centrifugation d'un lisier de porc. Il se présente sous forme de particules collantes de 2 à 10 mm de diamètre. Sa siccité est de 32 %. Le compost est introduit dans le dispositif de nodulisation de l'exemple 1 simultanément avec de la chaux à raison de 6 parties en poids de chaux pour 100 parties en poids dudit compost (soit 18,75 % en poids de chaux par rapport au poids de la matière sèche dudit compost), le point d'introduction de la chaux étant choisi pour obtenir un mélange le plus homogène possible dans l'ensemble des nodules. Les nodules obtenus sont d'apparence poudreuse et ne sont pas collants. Une élévation de température accompagnée d'un dégagement d'ammoniac se produit dès la mise en tas eu égard à la réaction de la chaux avec l'eau. Le fait que le produit obtenu est sous forme de nodules permet l'assèchement et l'élimination des odeurs d'ammoniac jusqu'au coeur du tas pendant les premières heures. 2 0 Les réactions de fermentation qui vont conduire ultérieurement au compost mâture sont facilitées par la structure aérée du tas; elles maintiennent les températures élevées et la suite du processus d'assèchement et de compostage est donc accélérée et ne nécessite que peu ou pas de retournement. RE VENDIC4 TIONS 1. Utilisation de la nodulisation, ladite utilisation étant caractérisée en ce que l'on transforme un déchet humide, généralement pâteux et/ou collant, obtenu à partir d'une boue industrielle, urbaine ou agricole, en nodules sensiblement sphériques pour faciliter le conditionnement, la manutention, le traitement et/ou la tenue en tas dudit déchet. 2. Utilisation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits nodules sont constitués d'une association (A) dudit déchet, avec (B) un matériau minéral, réagissant ou non avec l'eau, et préala- blement finement divisé, notamment jusqu'à une granulométrie moyenne inférieure ou égale à 500 m, de préférence jusqu'à une granulométrie moyenne inférieure ou égale à 200 m et mieux jusqu'à une granulométrie moyenne inférieure ou égale à 50 m, ladite association diminuant substantiellement voire même supprimant le caractère pâteux et/ou collant du déchet humide de départ. 3. Utilisation suivant la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits 2 0 nodules présentent: (i) une composition homogène, ledit matériau minéral étant uniformément réparti avec ledit déchet dans la masse de chaque nodule, ou (ii) une composition hétérogène, ledit matériau minéral formant une 2 5 couche externe, qui enrobe ledit déchet, et où notamment la concentration dudit matériau minéral dans la masse de chaque nodule est sensiblement décroissante de la surface externe vers l'intérieur. 4. Produit obtenu par nodulisation, caractérisé en ce qu'il est élaboré à partir d'un déchet humide, généralement pâteux et/ou collant, d'une boue industrielle, urbaine ou agricole, qui a été préalablement concentrée et/ou séchée jusqu'à ce que ledit déchet ait une teneur en matière sèche supérieure ou égale à 10 ,/o en poids, et qu'il se présente sous la forme de nodules sensiblement sphériques. 2882277 tl 5. Produit suivant la revendication 4, caractérisé en ce que, dans chaque nodule, ledit produit est une association dudit déchet et d'un matériau minéral qui (i) ne réagit pas avec l'eau, ou (ii) réagit avec l'eau, et qui a été préalablement finement divisé, notamment jusqu'à une granulométrie moyenne inférieure ou égale à 500 m, de préférence jusqu'à une granulométrie moyenne inférieure ou égale à 200 m et mieux jusqu'à une granulométrie moyenne inférieure ou égale à 50 m. 6. Produit suivant la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdits nodules présentent: (i) une composition homogène, ledit matériau minéral étant uniformément réparti avec ledit déchet dans la masse de chaque nodule, ou (ii) une composition hétérogène, ledit matériau minéral formant une couche externe, qui enrobe ledit déchet, et où notamment la concentration dudit matériau minéral dans la masse de chaque nodule est sensiblement décroissante de la surface externe vers l'intérieur. 7. Produit suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ledit matériau minéral forme une couche externe et est choisi 20 parmi l'ensemble constitué par (B 1) les substances qui ne réagissent pas avec l'eau (notamment le talc, Ca(OH)2, Mg(OH)2, Ba(OH)2, et les argiles); (B2) les substances qui réagissent avec l'eau (notamment la chaux vive, MgO et BaO) ; et (B3) leurs mélanges. 8. Procédé pour la préparation d'un produit selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend: (a) le chargement, dans un dispositif de nodulisation du type comprenant un cylindre creux pourvu d'un fond à son extrémité inférieure et ouvert à son extrémité supérieure, ledit cylindre étant, en fonctionnement, mobile en rotation autour de son axe qui est incliné par rapport à la verticale, (i) d'un déchet humide, généralement pâteux et/ou collant, obtenu à partir d'une boue industrielle, urbaine ou agricole et ayant une teneur en matière sèche supérieure ou égale à 10 % en poids, ledit déchet formant en fonctionnement un lit, et, le cas échéant, (ii) d'une substance choisie parmi l'eau, les matériaux minéraux et leurs mélanges, qui est introduite au dessus ou au niveau du lit dudit déchet; et (b) le recueil, notamment par débordement, dudit produit sous forme de nodules sensiblement sphériques. 9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le chargement dudit déchet est réalisé en continu, le chargement de l'eau et/ou du matériau minéral pouvant être effectué de façon discontinue. 10. Procédé suivant la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le 10 matériau minéral est choisi parmi l'ensemble constitué par (B 1) les substances qui ne réagissent pas avec l'eau (notamment le talc, Ca(OH) 2, Mg(OH)2, Ba(OH)2, et les argiles); (B2) les substances qui réagissent avec l'eau (notamment la chaux vive, MgO et BaO) ; et (B3) leurs mélanges.