Brevet FR2936519A1 — publié le 20100402

DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE DECHETS ORGANIQUES Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un dispositif de traitement par compostage de déchets organiques. L'invention concerne également un procédé de traitement de déchets organiques. Ce dispositif est dédié à l'optimisation de protocoles de compostage aérobie thermophile sous aération forcée d'andains bâchés. L'invention porte sur le couplage aéraulique de deux andains pour obtenir un phasage biochimique et microbiologique spontané qui améliore les processus de compostage, tout en employant un matériel plus économique et plus simple à fabriquer. Etat de la technique antérieure et problèmes posés En règle générale, les opérations de compostage des déchets ou matières organiques doivent satisfaire plusieurs critères d'efficacité et de biosécurité. L'utilisation d'une surface au sol minimale ou d'un volume minimum est un paramètre économique et ergonomique important or plus le processus d'oxydoréduction est intense et rapide et moins le besoin en surface ou en volume est élevé. Il faut s'assurer de la protection des andains contre l'ensoleillement pour prévenir l'action bactéricide de la fraction ultra violet du rayonnement solaire et le dessèchement des matières. On appelle "andain" dans la présente demande de brevet, une construction de matières organiques utilisée dans le traitement de déchets verts et/ou de la fraction fermentescible des déchets ménagers et/ou de résidus camés et/ou de carcasses animales et:ou de boues issues de stations d'épuration des eaux usées. Ces andains sont des tas de matières organiques ayant le plus souvent une forme rectangulaire à la base et trapézoïdale en coupe. Dans certains cas les déchets compostés ont une forte attractivité pour les insectes ou plus généralement pour des déprédateurs, rongeurs ou autres, même si cette attractivité ne dure que quelques heures il faut s'en prémunir. Les andains doivent être protégés des précipitations pour prévenir le risque de noyage pluvial qui peut entraîner une anaérobiose et des lixiviations. Il convient de gérer au mieux la demande hygrométrique des substrats traités en réalisant un humectage adapté à chaque phase du compostage pour éviter autant le stress hydrique que l'excès d'humidité. La recherche de l'atténuation maximale des risques de génération de gaz odoriférants est un point fondamental. Il faut tenir compte du besoin de prévention des risques sanitaires issus de la génération d'aérosols riches en spores bactériennes. L'hygiénisation des composts murs est un critère particulièrement sensible pour certaines applications dont celles qui visent par exemple la transformation de résidus camés ou carcasses animales ou de boues de stations d'épuration. Par principe un procédé de compostage aérobie thermophile tente de satisfaire à l'ensemble de ces paramètres en adoptant au minimum deux aménagements : Un dispositif de ventilation forcée et/ou des techniques de retournements fréquents qui permettent de gérer l'intrusion d'un volume d'air suffisant au sein des volumes de matières à composter ce qui permet d'enclencher et de maintenir la phase thermophile. Un dispositif de conteneurisation des volumes de déchets ou matières organiques traitées qui peut être une bâche ou un silo et qui protège les matières traitées des agressions extérieures. Avec l'aide de ces dispositifs, un procédé de compostage aérobie thermophile sous andain couverts et ventilés est à même de favoriser l'émergence, la prolifération et l'activité métabolique de microorganismes aérobies qui bénéficient de l'accroissement de la vitesse du transfert de l'oxygène des espaces lacunaires présents dans le substrat qui profite aussi de la protection du couvert. Dans ce contexte, la première phase de compostage dite intense débute rapidement jusqu'à atteindre des températures de l'ordre de 55°C à 75°C et s'achève spontanément lorsque les microorganismes spécifiques de cette phase disparaissent d'une part parce qu'ils ont bénéficié de suffisamment d'oxygène pour achever l'oxydoréduction des nutriments disponibles dans le substrat et d'autre part quand le milieu constitué par l'andain ne leur est plus favorable notamment en termes d'hygrométrie. Il s'agit donc de créer un écosystème où pourra se développer rapidement une phase thermophile intense. Cette pratique a largement fait ses preuves mais un problème technique et économique demeure quant à la disponibilité de bâches efficaces et peu coûteuses et surtout en ce qui concerne la possibilité de générer les conditions favorables au développement d'un écosystème favorisant la phase de maturation tout en respectant les mêmes contraintes que celles propres à la phase thermophile. Il faut en effet considérer que les bâches couvrant les andains dotés d'une ventilation forcée intrusive doivent d'une part être perméables aux gaz respiratoires sortants tout en favorisant une légère surpression d'air et qu'elles doivent d'autre part protéger l'andain des intrusions pluviales (ou nivales), de l'ensoleillement, et de l'agression des déprédateurs. Pour répondre à cette demande, il existe sur le marché deux types de bâches susceptibles d'assurer ce double rôle, les premières dites microporeuses (type Goretex�) sont très coûteuses et fragiles avec une durée de vie limitée du fait du colmatage, les secondes sont des textiles tissés ou non tissés respirant (type Tencate Toptex�) moins coûteux que les textiles microporeux et moins sujets au colmatage mais relativement fragiles au fur et à mesure des manipulations et surtouts moins efficaces pour maintenir une surpression d'air dans l'andain. Exposé de l'invention L'invention qui fait l'objet de la présente demande de brevet est principalement fondée sur la configuration d'un couple de bâches et sur la configuration de chacune des bâches du couple. Le dispositif s'applique ainsi à un procédé qui consiste à coupler deux andains afin de permettre un échange aéraulique continu entre eux tout en assurant une gestion hygrométrique différenciée par humectage, pour chacun des andains du couple Le dispositif de traitement par compostage de déchets organiques disposés en au moins deux andains selon la présente invention est caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins un moyen de recouvrement et d'isolation de l'environnement extérieur des andains ; - au moins un moyen de couplage et de circulation de gaz et de liquide entre les andains. Il comporte en outre au moins un moyen d'humectage d'au moins un andain. Le moyen de recouvrement est imperméable aux gaz et aux liquides. Les moyens de recouvrement sont chacun munis d'un évent longitudinal de respiration (4a, 4b) permettant l'évacuation des gaz sortants produits pendant le processus d'oxydo-réduction caractéristique du compostage aérobie thermophile. Les moyens de couplage sont constitués par un tunnel formé par l'assemblage sur l'évent (4a) du moyen de recouvrement primaire d'une partie supérieure constituée d'une bâche étanche à l'eau, l'air et aux gaz. Les moyens d'humectage permettent de réaliser la maintenance hygrométrique des substrats contenus dans les andains. Les andains peuvent être placés sur le sol ou en silos. La description suivante, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de mieux comprendre comment la présente invention peut être mise en oeuvre. La figure 1A représenté schématiquement un moyen de recouvrement (1 a) d'un premier andain ; La figure 1B représenté schématiquement un moyen de recouvrement (1 b) d'un second andain ; La figure 2 représenté schématiquement un moyen de couplage des andains ; La figure 3 représente schématiquement en coupe le moyen de 25 recouvrement d'un andain muni d'un tunnel ; La figure 4 représenté schématiquement une vue en éclaté d'un tunnel utilisé dans le moyen de couplage des andains ; La figure 5 représenté schématiquement une vue latérale du tunnel assemblé de la figure 3 ; 30 La figure 6 représenté schématiquement une vue de haut du tunnel assemblé de la figure 3 ; et 5 La figure 7 représenté schématiquement une vue de haut de la face intérieure d'un moyen de recouvrement. Sur les figures 1 à 7, les références représentent les éléments suivants du dispositif selon l'invention : la : moyen de recouvrement de l'andain primaire lb : moyen de recouvrement de l'andain secondaire 2 : moyens de couplage 3 : moyens d'humectage 4a : évent de respiration de l'andain primaire 4b : évent de respiration de l'andain secondaire : tunnel 6 : extrémité fermée 7 : extrémité ouverte 8 : pièce de connexion 9 : canalisation tubulaire de liaison : tube d'insufflation de l'andain primaire 11 : tube d'insufflation de l'andain secondaire 12 : tube 13 : ventilateur de surpression 14 : ventilateur de reprise : tube en Y 16 : tuyau d'humectage 17 : tubulure 18 : tuyau d'amenée d'eau 19 : attache Le dispositif selon l'invention comprend donc des moyens de recouvrement (1 a, 1 b) des andains, des moyens de couplage (2) des andains et des moyens d'humectage (3). Sur les figures, les andains primaire et secondaire, respectivement sous le moyen de recouvrement la et le moyen de recouvrement lb, ne sont pas représentés. Les moyens de recouvrement (1 a, lb) ont pour principale caractéristique d'être totalement imperméables à l'air et l'eau. Ils sont composés de deux bâches (1 a) et (lb) faites de l'assemblage par thermo-soudage de bâches qui sont des pièces de toile enduite de PVC, donc totalement imperméables à l'air et à l'eau. Ils assurent l'isolation des andains des agressions extérieures, tels que des évènements climatiques, le rayonnement solaire, l'intrusion des prédateurs.. La bâche 1 a est dite moyen de recouvrement primaire (bâche primaire) et la bâche 1 b est dite moyen de recouvrement secondaire (bâche secondaire). Les andains présentent un dôme supérieur. Par exemple, ils peuvent, en coupe transversale présenter la forme d'un triangle dont la base repose sur le sol et dont le sommet est arrondi en forme de dôme. En vue de dessus, les andains peuvent présenter la forme d'un rectangle. Les moyens de recouvrement (la, lb) sont de préférence des rectangles oblongs à la forme adaptée pour recouvrir un andain posé au sol ou disposé en couloir, et recouvrent totalement un andain. Les moyens de recouvrement (1 a, lb) sont chacun munis d'un évent longitudinal de respiration (4a, 4b). Les évents (4a, 4b) permettent l'évacuation des gaz sortants produits pendant le processus d'oxydo-réduction caractéristique du compostage aérobie thermophile. Les évents de respiration (4a, 4b) sont perméables aux gaz et à l'air mais présentent une porosité suffisante pour empêcher l'intrusion d'eau pluviale lors de précipitations violentes. Les évents de respiration sont constitués par exemple d'un textile tissé ou non tissé. Chaque évent respiratoire présente une surface équivalent au 1/5'1' de la surface totale de la bâche et est situé en son centre sur pratiquement toute la longueur de la bâche de manière à ne couvrir que le sommet de l'andain ayant une forme de dôme. Du fait de la perméabilité aux gaz des évents de respiration les gaz produits par la réaction aérobie thermophile s'échappent des évents et maintiennent 1'(intérieur des moyens de recouvrement (les bâches) en surpression statique. Les moyens de couplage 2 permettent la circulation de l'air et des gaz respiratoires entre les deux andains, du primaire vers le secondaire, c'est-à-dire entre l'intérieur du moyen de recouvrement 1 a (bâche primaire) et l'intérieur du moyen de recouvrement 1 b (bâche secondaire). Les moyens de couplage 2 sont constitués par un tunnel 5 formé par l'assemblage sur l'évent longitudinal de respiration 4a du moyen de recouvrement primaire 1 a (bâche primaire) d'une partie supérieure constituée d'une bâche étanche à l'eau, l'air et aux gaz. Le tunnel 5 est représenté plus particulièrement sur les figures 3, 4 et 5. Il comporte une extrémité fermée 6 et une extrémité opposée ouverte 7 solidaire d'une pièce de connexion 8 avec une canalisation tubulaire de liaison 9 permettant la circulation de l'air et des gaz respiratoires depuis l'intérieur du moyen de recouvrement la vers l'intérieur du moyen de recouvrement 1 b. Un tube d'insufflation 10 parcourt toute la longueur de l'andain primaire. La canalisation tubulaire de liaison 9 relie le tunnel 5 à un tube d'insufflation I l qui parcourt toute la longueur de l'andain secondaire à sa base et de manière centrale. La canalisation de liaison est composée d'un tube 12 en matière plastique semi rigide annelée ou d'une pluralité de tubes en matière plastique assemblée avec des angles à 45°. Un ventilateur 13 capable de délivrer une surpression suffisante pour assurer le passage de l'air insufflé au travers de la singularité aéraulique que représente l'andain primaire, soit de l'ordre de 0,03 bar à 0,06 bar selon la longueur et le volume de cet andain, est connecté à un caniveau ou tube d'insufflation 10 d'un diamètre de 100 mm parcourant toute la longueur de l'andain primaire. Dans le cas d'andains d'un volume supérieur à 100 m3 soit plus de 15 m de long, du fait des pertes en lignes il est nécessaire de reprendre les gaz respiratoires issus de l'andain primaire à l'aide d'un second ventilateur centrifuge 14. La bouche d'aspiration de ce ventilateur de reprise 14 est connectée à un tube en Y 15 de même diamètre que celui du tube 12 et dont une des branches est connectée à l'extrémité du tube 12 et dont la seconde branche équipée d'un couvercle perforé équipé d'un cache en cadran pivotant est réglée en ouverture pour accepter un débit variable d'air frais. La sortie de ce second ventilateur 14 est connectée au tube d'insufflation Il de l'andain secondaire (A2). Le ventilateur relais 14 utilisé pour augmenter la pression de l'air respiratoire issu de l'andain primaire doit délivrer une surpression suffisante pour assurer le passage de l'air insufflé au travers de la singularité aéraulique que représente l'andain secondaire, soit de l'ordre de 0,01 bar à 0,02 bar dans l'andain secondaire, qui se rajoute à la pression des gaz respiratoires issus de la bâche primaire vers la bâche secondaire. Il faut noter que le dimensionnement du ou des ventilateurs se fait non seulement en fonction du volume des andains, ou plus exactement en regard de leur configuration en termes de rapports entre la hauteur maximale et la longueur avec une largeur constante mais aussi en fonction de leur composition sachant que plus un andain a une structure riche en vides lacunaires moins le besoin en pression d'air est élevé. Les moyens d'humectage 3 permettent de réaliser la maintenance hygrométrique des substrats contenus dans les andains bâchés sans avoir à retirer les bâches. Les moyens d'humectage sont représentés sur la figure 6. Les moyens de recouvrement (ou bâches) 1 a et l b sont équipés sur leur face intérieure de deux tuyaux d'humectage en polypropylène 16 portant à intervalles réguliers, soit environ tous les 1,5 m, une tubule 17 en polypropylène connectée perpendiculairement aux tuyaux d'humectage 16 et d'une longueur variant entre 0,6 m et 1,2 m. Cette tubule 17 qui est perforée à son extrémité et sur toute sa longueur est destinée à être enfoncée dans l'andain pour y assurer une distribution d'eau qui garantit un meilleur humectage que les pratiques habituelles d'arrosage superficiel. Un tuyau 18 amène l'eau aux tuyaux 16 de polypropylène. Les tuyaux d'humectage 16 sont maintenus sur la surface intérieure de la bâche ar une série d'attaches 19 formées d'un ruban à bande auto-grippante et portant à intervalles réguliers les tubulures 17. Exemple Protocole de compostage spécifique à la mise en oeuvre de l'invention A titre d'illustration, pour une dimension d'andain primaire de 150 m3 et une composition de déchets qui se simplifie comme suit: 5 Estimation des quantités de déchets de cuisine (fermentescibles) Par Jour Moyenne Volume 3,5 Densité 0,6 Poids brut en tonne 2,1 Estimation des quantités de déchets verts Par Jour Moyenne Volume 18 Densité 0,18 Poids brut en tonne 3,24 Le dimensionnement des andains se calcule comme suit: Estimation sur la moyenne des productions de déchets Estimation volumique Poids brut Densité Volume (tonne) (m3) Déchets structurants broyés 3,24 0,54 6 Déchets fermentescibles 2,1 0,6 3,5 Totaux 5,34 9,5 Volume quotidien approximatif d'une dose de déchets 9,5 Calcul du volume d'un andain primaire Volume quotidien approximatif requis 9,5 m3 Volume quotidien accepté au pic 10 m3 Durée d'acceptation 15 Jours Volume cumulé 150 m3 Le procédé selon l'invention est séquentiel au sens où : Le contenu du premier andain constitué de matières organiques fraîches est traité pendant une période 15 jours puis transféré dans le second andain où la période de traitement est aussi de 15 jours. Le premier andain est alors rechargé avec des substrats frais. Le passage du substrat d'un andain primaire à un andain secondaire donne lieu à un retournement et éventuellement à un broyage selon la nature du substrat et le paramètre granulométrique recherché pour le compost. Les différentes étapes du procédé qu'autorisent ces deux dispositifs se déroulent comme suit: Le gaz primaire est insufflé dans l'andain primaire grâce à un ventilateur centrifuge 13 connecté à un tube d'insufflation 10 d'un diamètre équivalent de 120 mm recouvert de plaques perforées et parcourant toute la longueur de l'andain primaire. Le ventilateur 13 distribue donc de l'air frais à la base de l'andain primaire couvert par la bâche 1 a sous une pression minimale de l'ordre de 0,03 bar pour un débit équivalent à deux fois le volume de l'andain soit 300 m3/h ce qui permet d'assurer le besoin en oxygénation spécifique du substrat dont il est formé avec une moyenne de fonctionnement d'environ 6 heures par 24 h soit 1 800 m3 par 24 h. Les gaz respiratoires issus de la décomposition aérobie thermophile des matières organiques contenus dans l'andain primaire sont canalisés par le tunnel 5 de la bâche primaire 1 a. Le tunnel 5 est raccordé par un tube de couplage 12 à un ventilateur de rappel 14 qui délivre une pression de 0,01 bar pour un débit équivalent à deux fois le volume de l'andain, soit 200 m3/H car l'andain secondaire est constitué de matières organiques compostées au préalable et broyées lors du transfert et il n'occupe donc plus qu'environ 100 m3. La bouche d'aspiration du ventilateur surpresseur de rappel 14 est connectée à la branche principale d'un tube en Y 15. Les branches de ce tube en Y sont de même diamètre que l'extrémité du tube 12. L'une des deux branches secondaires du tube en Y est connectée au tube d'insufflation 11 parcourant toute la longueur de l'andain secondaire et la seconde branche secondaire est fermée par un couvercle perforé équipé d'un cache en cadran pivotant réglable en ouverture pour accepter un débit variable d'air frais extérieur. Le réglage est empirique mais suit une progression décroissante du début de la phase secondaire à la fin de la phase où il est totalement occulté. L'andain secondaire est ainsi alimenté par le gaz respiratoire de l'andain primaire qui est moins riche en oxygène et plus riche en gaz carbonique et en vapeur d'eau et a une pression et un débit moins élevé qu'en andain primaire du fait qu'il a du traverser cette singularité aéraulique et car il n'est maintenu en pression qu'entre 0,010 bar et 0,015 bar. Ainsi à la différence de l'air primaire injecté dans l'andain primaire ce gaz respiratoire a une température de l'ordre de 50 °C et un taux d'humidité plus élevé que l'air primaire injecté dans l'andain primaire dans la mesure où il s'est chargé de la vapeur d'eau issue de l'andain primaire. Finalement les gaz respiratoires issus de la décomposition aérobie thermophile décroissante à mésophile des matières organiques contenus dans l'andain secondaire s'échappent dans l'atmosphère par l'évent longitudinal de respiration 4b qui équipe cet andain. Les bâches la et lb sont maintenues plaquées au sol à l'aide de sacs cylindriques en toile enduite de PVC et remplis de sable et qui affectent la forme de boudins aplatis longs de 150 cm, larges de 30 cm et épais de 20 cm environ. Les avantages de ce procédé fondé sur le dispositif de recouvrement et de couplage des andains sont les suivants: Dans le cas d'andains de petite dimension, un seul ventilateur centrifuge permet d'alimenter deux andains, ce n'est qu'au delà d'un volume de 100 m3 pour l'andain primaire qu'un second ventilateur centrifuge de spécifications moins exigeantes, est nécessaire. Un seul retournement ou broyage permet de passer de l'andain primaire à l'andain secondaire. Les bâches et les textiles synthétiques poreux utilisés dans la présente invention sont peu coûteux comparés aux bâches spécialisées citées plus haut. Les bâches et les textiles synthétiques poreux utilisés dans la présente invention sont d'une grande disponibilité dans des dimensions importantes (issus de la gamme des géotextiles) et d'une durabilité et d'une résistance plus élevées que les textiles spécialisés cités précédemment. L'air primaire insufflé par le ventilateur 13 est mobilisé chimiquement par l'activité microbiologique installée et maintenue en surpression dans l'andain primaire par la masse de 1 a, et modifié physiquement en termes de pression et de débit par les singularités aérauliques constituées de la séquence 5, andain secondaire, 1 b, et 4b sans qu'il soit nécessaire d'installer un quelconque dispositif de régulation. Il est néanmoins nécessaire de veiller à ce que la teneur en oxygène pour l'andain primaire soit comprise entre 0,5 m3 à 1 m3 d'air par minute et par tonne de matière sèche pour que le transfert d'air vers l'andain secondaire fournisse une teneur en oxygène comprise de 0,1 m3 à 0,5 m3 d'air par minute et par tonne de matière sèche. Les gaz respiratoires issus de l'andain primaire qui sont chargés en molécules olfactives et parfois en gaz ammoniacal dans le cas de substrats riches en protides comme les produits camés, sont mobilisés par l'activité microbiologique qui est installée et maintenue dans l'andain secondaire qui se alors comporte comme un filtre biologique. La différence de pression, de richesse en oxygène, de température et de charge en vapeur d'eau saturée entre le flux d'air primaire qui alimente l'andain primaire et le flux de gaz respiratoire qui alimente l'andain secondaire a une influence significative sur les paramètres de l'écosystème qui caractérise l'andain secondaire et cela permet : d'interrompre la phase thermophile intense du compostage avant qu'elle n'ait mis en péril, par excès de température et par spécialisation adaptative des enzymes et coenzymes, les conditions de vie des microorganismes hétérotrophes caractéristiques de la maturation en phase thermophile décroissante à mésophile qui est alors privilégiée. d'optimiser la colonisation des substrats par certaines bactéries qui sont particulièrement sollicités lors de la phase de maturation lente qui se déroule hors ventilation en phase de stockage et généralement sous hangar. La flore bactérienne ainsi favorisée dans l'andain secondaire, qui est un milieu doté d'une humidité plus élevée que l'andain primaire et disposant de moins d'apports en oxygène dans les vides lacunaires, sont des bactéries pseudonomonadales et bacillacées ainsi que certaines actinomycètes (Nocardia et Pseudonocardia) concurrentes des variétés thermo tolérantes (Streptomycètacées). En conclusion ce procédé permet de raccourcir la durée des phases de maturation lente tout en préservant l'efficacité de la phase thermophile intense et 5 de la phase thermophile à décroissante à mésophile. Le procédé de couplage est parfaitement adapté à une très large gamme de volumes d'andains disposés au sol ou en silos et à des types de déchets différents dans le sens où l'adaptation aux volumes et aux types de déchets à traiter se fait en agissant sur le temps de séjour et sur la gestion hygrométrique. REVENDICATIONS1. Dispositif de traitement par compostage de déchets organiques disposés en au moins deux andains, caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins un moyen de recouvrement et d'isolation (1 a, lb) de l'environnement extérieur des andains ; - au moins un moyen de couplage (2) et de circulation de gaz et de liquide entre les andains. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un moyen d'humectage (3) d'au moins un andain. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de recouvrement (1 a, 1 b) est imperméable aux gaz et aux liquides. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de recouvrement sont chacun munis d'un évent longitudinal de respiration (4a, 4b) permettant l'évacuation des gaz sortants produits pendant le processus d'oxydo-réduction caractéristique du compostage aérobie thermophile. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de couplage (2) sont constitués par un tunnel (5) formé par l'assemblage sur l'évent (4a) du moyen de recouvrement primaire (1 a) d'une partie supérieure constituée d'une bâche étanche à l'eau, l'air et aux gaz. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'humectage (3) permettent de réaliser la maintenance hygrométrique des substrats contenus dans les andains.