Brevet FR2904824A1 — publié le 20080215

La présente invention concerne un procédé d'hygiénisation de déchets, avantageusement de boues de station d'épuration, comprenant une opération préalable de séchage à basse température, puis une opération d'hygiénisation par traitement par micro-ondes. L'invention a également pour objet une installation d'hygiénisation de déchets, avantageusement de boues de station d'épuration, convenant à la mise en oeuvre dudit procédé. L'installation comprend au moins un moyen de séchage à basse température et au moins un moyen d'hygiénisation par micro-ondes (2). L'hygiénisation est un enjeu important pour faciliter l'utilisation ultérieure de déchets tels que les boues, en particulier dans le cadre de leur valorisation agricole. La réglementation actuelle, décrite dans l'arrêté du 8 janvier 1998 sur l'épandage des boues d'épuration, impose de pouvoir garantir la qualité sanitaire des boues et donne des indications de quantités et de réductions de pathogènes cibles viables dans ces boues, soit : - Quantité de Salmonelles inférieure à 8 NPP par 10 grammes de Matière Sèche, -Quantité d'oeufs d'helminthes viables inférieure à 3 par 10 grammes de Matière Sèche, - Quantité d'entérovirus inférieure à 3 NPPUC par 10 grammes de Matière Sèche. Les techniques classiquement utilisées pour garantir le caractère sanitaire d'une boue mettent en oeuvre : - soit une injection de réactifs à base de chaux (méthode la plus répandue), - soit une pasteurisation du produit, c'est-à-dire le maintien en température du produit pendant un temps donné, - soit une injection de réactifs à base de matériaux alcalins. Les méthodes utilisant une injection de réactifs (couramment de la chaux vive) entraînent une augmentation significative de la masse de produit à valoriser par la suite (de l'ordre de 30%), et sont peu aisées à mettre en oeuvre sur des boues sèches, du fait du caractère solide de ce produit, rendant difficile l'obtention d'un mélange homogène boue/réactif. 2904824 2 Les méthodes thermiques sont classiquement appliquées sur des boues liquides qui sont faciles à brasser. Ces méthodes sont donc énergivores car des grosses quantités d'eau doivent être mises en température. De plus, ces procédés impliquent des coûts d'investissement et de traitement élevés, et ne peuvent souvent être prises en 5 charge sur des stations de petite capacité ( production mensuelle d'une station d'épuration d'environ 5000 EqH (équivalent-habitant). La boue sèche est déchargée une fois par an. On considère que l'appareil micro-onde automatisé traite la totalité de la production de boue annuelle en 30 jours (cycles de 3 x 8h par jour). 5 En règle générale, le calcul de l'énergie nécessaire pour hygiéniser une boue sèche se décompose comme suit : • Energie nécessaire à la montée en température d'un kilogramme de produit : Cp xAT CPx(Tf ù T, 10 17 r~ 15 où : Cp = chaleur spécifique du produit à hygiéniser (kJ.kg 1. C-1), qui est fonction de la siccité du produit, Ti = température initiale du produit ( C), Tf = température finale du produit ( C), El = énergie à fournir pour la montée en température d'un kilogramme de produit (kJ), = rendement thermique. 20 • Energie nécessaire à la vaporisation de l'eau contenue dans un kilogramme de produit, pendant le temps de maintien en température : Ez meau évaporée x Lvap (T f 17 25 où : menu évaporée = masse d'eau évaporée par kilogramme de produit à traiter (kg eau/kg produit), Lvap = chaleur latente de vaporisation (kJ/kg d'eau évaporée) qui est fonction de la température du produit et de la pression absolue. On peut considérer, dans ce cas, que la chaleur latente de vaporisation varie peu entre la température initiale 30 et la température finale, la pression absolue, quant à elle, restant constante, 2904824 20 E2 = énergie à fournir pour la vaporisation de l'eau contenue dans un kilogramme de produit à traiter (kJ/kg de produit), n = rendement thermique. 5 • Rendement thermique énergie théorique nécessaire _ énergie réellement absorbée Les essais ont permis de déterminer un rendement thermique de 70% pour le 10 produit considéré. • Energie totale à fournir pour hygiéniser un kilogramme de produit : ET =(E,+E2) 15 Dans la présente étude : Calcul pour 1 kg de boue : Gain de siccité = 10%, soit : meau évaporée = 0,1 kg / kg de boue 20 Lvap 2250 kJ/kg eau évaporée = 70% Cp (20 C) ,---1,9 kJ.kg'. C-' calculé suivant la loi des mélanges : CP(,,7ernnge) = Six Cp(eone sèche) + (1û Si)x CP(eau) = 75% x l,147 + 25% x 4,182 1,9 kJ.kg-'. C-1 25 Le Cp varie peu dans notre cas, en fonction de la température et de la siccité de la boue : il peut donc être considéré comme constant. Cp(20 C, Si = 75%) 1,9 kJ.kg-' C-' Cp (80 C, Sf = 85%) 1,8 kJ.k:g-' C-' Soit : El=1,9x60/0,7=114/0,7kJ.kg'=163kJ/kg 30 E2 = 0,1 x 2250 / 0,7 = 225 / 0,7 kJ.kg-' = 321 kJ/kg 2904824 ET = 484 kJ/kg. Calcul pour une production annuelle de boues : Pour une station de 5000 EH, comme mentionné ci-dessus, et un procédé micro-onde 5 fonctionnant de façon ponctuelle sur l.a station : Quantité de boue sèche à hygiéniser : 9 tonnes par mois, soit 112 tonnes par an. Durée de fonctionnement de la machine : 30 jours (cycles de 3x8h par jour), soit 720 h de fonctionnement au total. 10 Energie totale à fournir par kilogramme de produit à traiter : ET = 484 kJ/kg. Débit de boue sèche à hygiéniser : 112 000 kg / 720 h = 156 kg/h. Energie totale consommée : 156 kg/h x 484 kJ/kg = 75000 kJ/h. Puissance à installer : 75000 kJ/h / 3600 = 21 kW (puissance nécessaire). 21 15 REVENDICATIONS 1. Procédé d'hygiénisation de déchets, avantageusement de boues de station d'épuration, comprenant une opération préalable de séchage à basse température avantageusement à une température comprise entre 20 et 60 C, puis une opération d'hygiénisation par traitement micro-ondes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le séchage à basse 10 température est réalisé à une température comprise entre 30 et 40 C. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le séchage à basse température est réalisé avec des énergies renouvelables. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le séchage avec des énergies renouvelables est réalisé avec l'énergie solaire, ou avec l'énergie solaire 15 combinée avec l'énergie fournie par une pompe à chaleur et/ou une éolienne. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que suite à l'opération de séchage à basse température, les déchets présentent une siccité comprise entre 50 et 90 %, avantageusement entre 70 et 80 %. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé 20 en ce que le traitement par micro-ondes est réalisé à une température comprise entre 70 et 100 C, avantageusement entre 80 et 90 C. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le traitement par micro-ondes est combiné avec un chauffage secondaire, ledit chauffage secondaire étant avantageusement choisi dans le groupe constitué par le 25 chauffage convectif, le chauffage par infrarouge, et leur combinaison. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le chauffage secondaire est réalisé à une température comprise entre 70 et 100 C, avantageusement entre 80 et 90 C. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé 30 en ce que l'opération de traitement par micro-ondes est automatisée. 10. Installation d'hygiénisation de déchets, avantageusement de boues de station d'épuration, comprenant successivement : - au moins un moyen de séchage à basse température (1), et 2904824 23 - au moins un moyen de traitement par micro-ondes (2). 11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que le moyen de séchage à basse température (1) comprend au moins un moyen de séchage avec des énergies renouvelables, tel qu'un système de séchage solaire ou un système de séchage 5 solaire combiné avec au moins une pompe à chaleur et/ou une éolienne. 12. Installation selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que le moyen de traitement par micro-ondes (2) contient : - un générateur de micro-ondes (9), - un tunnel (7) contenant des applicateurs (10) chargés de diffuser l'énergie micro- onde produite par le générateur (9), -avantageusement un système de convoyage (5) des déchets à l'intérieur du tunnel (7), ledit système de convoyage (5) étant couplé à un moyen de refroidissement en sortie du tunnel (7), - éventuellement lorsque l'on souhaite isoler le produit à traiter, un tube contenant une vis de convoyage permettant de transporter le produit à l'intérieur du tunnel (7), tout en l'isolant du reste de l'installation, - des pièges à ondes (8), avantageusement placés en entrée et en sortie du tunnel (7), - des capteurs de température (1l), - avantageusement un système de circulation et/ou d'extraction d'air (6), - avantageusement des capteurs d'humidité relative de l'air, - avantageusement des moyens de régulation de la puissance électrique fournie pour l'émission des micro-ondes, et/ou du débit et de la température de l'air injecté. 21. Installation selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que le moyen de traitement par micro-ondes (2) contient en outre un système de chauffage secondaire, avantageusement choisi dans le groupe constitué par un système de chauffage convectif, un système de chauffage par infrarouge, et leur combinaison. 22. Installation selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que le moyen de traitement par micro-ondes (2) est automatisé.