Brevet FR2956990A1 — publié le 20110909

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT DES PRODUITS LOURDS ISSUS D'UN AFFINAGE DE DECHETS PROVENANT D'UN TRAITEMENT BIOLOGIQUE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [1] L'invention concerne un procédé et un dispositif de traitement des produits lourds issus d'un affinage de déchets provenant d'un traitement biologique. ÉTAT DE LA TECHNIQUE [2] Dans les installations de traitement biologique, de compostage ou de 10 méthanisation par exemple, il est connu de procéder à une étape d'affinage des produits issus dudit traitement biologique. [3] Par exemple, dans les installations de compostage, il est connu de procéder à un affinage des produits issus de l'opération de compostage afin de séparer le compost affiné et les produits lourds inertes, tels que le verre et les 15 cailloux. [4] Toutefois, les produits lourds ainsi obtenus présentent des produits inertes mais aussi des teneurs résiduelles en matières organiques relativement importantes. Ainsi, les produits lourds présentent un caractère polluant. [5] Pour cette raison, les produits lourds issus de l'affinage du compost sont 20 assimilés à des ordures ménagères. [6] Par conséquent, les produits lourds ne peuvent constituer une matière première inerte pouvant notamment être utilisée dans les travaux publics, pour la sous-couche routière ou pour les remblais, par exemple. [7] Par ailleurs, les produits lourds sont couramment destinés à être enfouis. 25 Or, les conditions d'enfouissement des produits lourds présentant des teneurs résiduelles en matières organiques sont beaucoup plus strictes et coûteuses que les conditions d'enfouissement des déchets inertes. [8] Dans la pratique, en France par exemple, les produits lourds présentant de fortes teneurs en matière organique sont enfouis dans des centres d'enfouissement technique (CET) de classe 2, alors que les déchets inertes sont normalement expédiés vers les centres d'enfouissement de classe 3. Or, les conditions d'exploitation des centres d'enfouissement de classe 2 sont plus strictes et plus coûteuses que celles des centres de classe 3. [9] Afin de résoudre ce problème, il a été envisagé de séparer les fractions inertes grossières du compost par une opération de tamisage puis de décontaminer les fractions inertes grossières des produits lourds de leurs souillures organiques par un traitement hydraulique de lavage. Un tel procédé est notamment décrit dans la demande de brevet français FR 2 689 790. [0010] Toutefois, dans la pratique, avec ce procédé, il est très difficile d'obtenir à la sortie de l'opération de lavage des produits lourds présentant une faible teneur résiduelle en matière organique. Ainsi, ce procédé ne résout que partiellement les problèmes mentionnés ci-dessus. OBJET DE L'INVENTION [0011] L'invention vise à remédier à ces problèmes en proposant un procédé de 20 traitement des produits lourds permettant d'obtenir des produits lourds inertes présentant des teneurs résiduelles en matières organiques très faibles. [0012] À cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un procédé de traitement des produits lourds issus d'un affinage de déchets provenant d'un traitement biologique comportant : 25 - une étape de criblage des produits lourds afin de séparer une fraction de taille supérieure et une fraction de taille inférieure ; et - une étape de concentration gravimétrique dans l'eau de la fraction de taille supérieure afin de séparer des particules inertes plus denses des particules organiques moins denses. [0013] Le procédé selon l'invention permet ainsi d'obtenir des produits inertes présentant des teneurs résiduelles en matières organiques très faibles, notamment inférieures à 3 %. En effet, d'une part, l'opération de concentration gravimétrique en phase aqueuse permet de séparer de manière efficace les particules inertes des particules organiques. En outre, d'autre part, l'on a découvert que cette opération est encore plus efficace et permet d'obtenir de meilleurs rendements de séparation si l'on effectue, préalablement à cette opération, un criblage permettant de limiter la gamme de tailles des particules à classifier. En effet, la séparation gravimétrique est en réalité également affectée par le volume et la forme des particules. [0014] Dans un mode de réalisation, l'on procède à une étape d'attrition de la fraction de taille supérieure provenant de l'étape de criblage avant d'effectuer l'étape de concentration gravimétrique. Cette étape permet de diminuer davantage la teneur de matière organique dans les produits lourds inertes. [0015] Avantageusement, l'étape de criblage est réalisée au travers d'une maille présentant un diamètre compris entre 2 et 5 mm. En effet, les mailles de cette taille permettent d'obtenir un excellent compromis entre la quantité de produits passants qui seront mis en refus et l'efficacité de l'opération de classification densimétrique qui sera réalisée sur les produits de diamètres plus importants. [0016] Avantageusement, l'étape de criblage est réalisée au moyen d'un crible à toiles à effet trampoline permettant de limiter les colmatages des mailles dus aux fines. [0017] Avantageusement, l'on procède à l'égouttage des particules inertes plus denses provenant de l'étape de concentration gravimétrique. [0018] L'étape de concentration gravimétrique est de préférence réalisée au moyen d'un jig. [0019] Avantageusement, le procédé comporte une étape d'analyse des particules inertes. Pour ce faire, l'on peut notamment prélever des particules inertes et pratiquer en laboratoire un test de lixiviation pour déterminer si les particules inertes comportent une proportion de carbone organique totale (COT) inférieure à 500 mg/kg de matière sèche et une proportion de fraction soluble (FS) inférieure à 4000 mg/kg de matière sèche. [0020] Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de traitement selon le premier aspect de l'invention, le dispositif comportant : - des moyens de criblage des produits lourds afin de les séparer en une fraction de taille supérieure et une fraction de taille inférieure ; et - des moyens de concentration gravimétrique dans l'eau de la fraction de taille supérieure afin de séparer des particules inertes plus denses des particules organiques moins denses. [0021] Avantageusement, les moyens de criblage comportent un crible à toiles à effet trampoline et les moyens de concentration gravimétrique sont un jig. De préférence, le dispositif comporte une table d'égouttage. [0022] Enfin, selon un troisième aspect, l'invention concerne une installation de traitement biologique des déchets comprenant un tel dispositif. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0023] D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est un schéma général d'une installation de traitement des déchets par compostage ; et - la figure 2 est un diagramme illustrant les différentes étapes d'un procédé d'affinage de compost suivi d'un procédé de traitement des produits lourds issus de cet affinage; et - la figure 3 est un schéma illustrant un dispositif de traitement selon l'invention. EXEMPLES DE RÉALISATION [0024] Une installation de compostage, représentée sur la figure 1, sera décrite par la suite. Toutefois, l'invention s'applique de la même façon aux produits lourds 5 issus d'un affinage de tous déchets provenant d'un traitement biologique, qu'ils proviennent d'un procédé de méthanisation ou autres. [0025] Dans un procédé de compostage, les déchets provenant d'une consommation domestique, d'une activité industrielle, agricole ou commerciale sont, dans un premier temps, réceptionnés dans une fosse 1. Par la suite les 10 déchets sont extraits avant de subir une opération initiale de criblage 2 au travers de mailles présentant un diamètre de 110 mm, par exemple. Les déchets retenus lors du criblage sont dé ferraillés 4 puis mis en balles 5, lesdites balles 5 étant destinées à servir de combustible. Au contraire, les déchets passant au travers des mailles sont stockés dans des fosses tampons 6 avant d'être envoyés vers 15 une installation de compostage 7 comprenant plusieurs fosses 8 ou tunnels de compostage dans lesquels les déchets seront décomposés par une fermentation accélérée et contrôlée de la matière organique. De manière hebdomadaire, les déchets seront retournés et transportés vers une fosse 8 adjacente. [0026] De manière avantageuse, l'installation de compostage comprend un 20 dispositif de désodorisation des effluents gazeux viciés issus du traitement biologique de compostage, non représenté. Le dispositif de désodorisation comprend un ou plusieurs bio filtres transformant par voie biologique les composants toxiques ou malodorants en composants neutres et non dangereux. Typiquement, un bio filtre comprend une zone d'humidification suivie d'une zone 25 de filtration. La zone d'humidification permet de nettoyer l'effluent gazeux vicié et de le saturer en eau. Dans la zone de filtration, l'effluent gazeux traverse lentement le matériau filtrant et les composants malodorants se fixent sur le film d'eau qui recouvre le matériau filtrant. Par la suite, les micro-organismes, qui se développent dans le matériau filtrant, transforment les composants malodorants en composants neutres et non dangereux. Les effluents liquides ou purges provenant des bio filtres sont récupérés et conduits dans un canal d'évacuation des purges et pourront être utilisés dans le cadre du procédé de traitement des produits lourds, comme il sera expliqué par la suite. [0027] À l'issue de l'opération de compostage, les produits obtenus sont stockés, dans une fosse 9, avant d'être affinés. [0028] Les opérations d'affinage du compost sont détaillées sur la figure 2. [0029] Dans un premier temps, le compost à affiner subit une ou plusieurs opérations 10 de criblage. Les mailles de criblage présentent un diamètre de 10 l'ordre de 10 mm par exemple. Les produits non retenus, appelés passants 11, sont dé ferraillées au moyen d'une poulie magnétique 12. [0030] Par la suite, les passants déferraillés subissent un tri densimétrique 13. Le tri densimétrique 13 permet de séparer les corps de dimension similaire mais de poids spécifique différent. Ainsi, ce tri permet de séparer efficacement les déchets 15 lourds de la matière organique formant le compost. [0031] Le tri densimétrique 13 est par exemple réalisé au moyen d'une table densimétrique, représenté sur la figure 1. La table densimétrique comporte des moyens de ventilation créant un courant d'air ascendant formant un lit fluidisé et une grille vibrante. Le mélange à traiter est amené sur la grille vibrante et se met 20 en fluidisation, les éléments légers entrent en suspension et se déplacent vers une première sortie alors que les éléments lourds restent en contact avec la table vibrante et se déplacent vers une second sortie. Le tri densimétrique permet donc d'obtenir d'une part le compost affiné 14 et d'autre part les refus lourds 15. Cette méthode est particulièrement efficace et permet de réduire l'hétérogénéité des 25 produits lourds. [0032] De manière alternative, le tri-densimétrique des passants déferraillés peut être réalisé par d'autres technologies de séparation, tels que les tables à rebond ou autres technologies de séparation par vibration. [0033] A titre d'exemple, les refus lourds 15 de compost, à la sortie de la table densimétrique 13, présentent un taux d'environ 75 % (+/- 10 %) de matière sèche, 5 dont la composition est la suivante : - 85 % (+/- 5%) de produits inertes ; et - 15 % (+/- 5%) de matière organique non synthétique. [0034] Les refus lourds 15 présentent donc une proportion de matière organique trop importante pour constituer une matière première inerte utilisable dans les 10 travaux publics ou pouvant être enfouie à faible coût. Afin de résoudre ces problèmes, l'invention propose un procédé et un dispositif de traitement de ces refus lourds, illustrés sur les figures 2 et 3. [0035] Dans un premier temps, les refus lourds 15 subissent une opération de criblage 16. Lors de cette opération, les refus lourds passent au travers d'une 15 maille dont le diamètre est compris entre 2 et 5 millimètres. Cette étape permet de séparer les refus lourds 15 en une fraction de taille supérieure 18 et une fraction de taille inférieure 17. La fraction de taille inférieure 17 au diamètre de la maille qui est composée d'une grande proportion de fines organiques et d'une faible proportion de fines minérales, est conduite vers un casier de refus 19 alors que la 20 fraction de taille supérieure 18 est conduite vers des moyens de concentration gravimétrique 20. Cette opération de criblage permet de concentrer les refus lourds. [0036] Selon un mode de réalisation avantageux, l'opération de criblage est réalisée au moyen d'un crible 16 à toiles à effet trampoline. Ces types de cribles 25 16 sont équipés de toiles élastiques en polyuréthane haute résistance qui sont alternativement tendues et détendues en fonctionnement. Ainsi, les particules se décollent des toiles et les mailles se déforment légèrement ce qui évite que des particules colmatent les mailles. Ce type de crible permet en outre de décoller les fines organiques des refus lourds. [0037] Par la suite, la fraction de taille supérieure 18 issue du criblage 16 subit une opération de concentration gravimétrique 20 dans l'eau, également appelée concentration densimétrique. La concentration gravimétrique exploite la différence de masse volumique entre les inertes et la matière organique pour accomplir la séparation grâce à l'action combinée de la gravité et de différentes forces. Sous l'action de la gravité et d'une autre force, les particules baignant dans l'eau entrent en mouvement les unes par rapport aux autres afin de créer deux couches distinctes : la couche rassemblant les particules de faibles masse volumique : les particules organiques 22, et la couche rassemblant les particules de masse volumique plus élevée : les particules inertes 21. [0038] Cette opération de concentration gravimétrique est réalisée dans l'eau qui, grâce à sa masse volumique plus élevée que l'air permet d'effectuer une meilleure séparation. La réalisation de cette opération dans un courant d'eau permet en outre de détacher les particules fines de matière organique des produits inertes. [0039] Cette étape de concentration gravimétrique est de préférence réalisée au moyen d'un jig 20. Le principe de fonctionnement des jigs repose sur l'action de courants d'eau successivement ascendants et descendants qui circulent à travers un lit de particules. Sous l'effet des ces courants, les particules se stratifient en fonction de leur densité. La couche inférieure est constituée des particules lourdes : les particules inertes 21 et la couche supérieure est constituée des particules moins denses : les particules de matière organique 22. Enfin, les particules fines sont entraînées par les courants d'eau. [0040] Dans un mode de réalisation particulier, le jig 20 comporte un châssis et un caisson de décantation monté oscillant sur le châssis afin de provoquer une pulsation verticale permettant la classification des particules par densité. Le caisson de décantation est par exemple entraîné par un système arbre excentrique et bielles dont la course et la fréquence d'entraînement peuvent être réglées. Le caisson de décantation est équipé d'une grille laissant passer les fines 8 et l'eau. Cette grille est légèrement inclinée afin d'assurer le mouvement des particules entre l'entrée et la sortie du caisson de décantation. En sortie du caisson de décantation, les particules organiques 22 moins denses sont évacuées latéralement par une goulotte placée, en portion supérieure de la stratification de particules, perpendiculaire au flux. Quant aux particules inertes 21 plus lourdes, elles sont évacuées par un déversoir positionné en partie basse de la sortie du caisson de décantation. [0041] La hauteur de la goulotte d'évacuation des produits lourds est réglée en fonction de la coupure que l'on souhaite obtenir. A titre d'information, la densité des particules minérales est généralement comprise entre 2,1 et 2, 7 g/cm3 alors que la densité des particules organiques est comprise aux alentours de 1,8 g/cm3. Aussi, on règle les paramètres susmentionnés du jig de sorte à effectuer une coupure aux alentours de 2 g/cm3. La fréquence et l'amplitude pulsatoire du caisson sont également réglées en fonction de la forme et de la granulométrie des particules à classifier. [0042] Le jig 20 est approvisionné en eau par un circuit d'approvisionnement, en boucle fermée, comportant un réservoir 23, une pompe 24 de mise en circulation, un conduit d'amenée 25 pour conduire le liquide du réservoir 23 vers le jig 20 et un conduit d'évacuation 26 pour conduire le liquide du jig 20 vers le réservoir 23. L'installation comporte un conduit de purge 27 équipé d'une pompe 28 permettant de vider le réservoir 23 du liquide chargé en matière organique et en ultra-fines minérales et de le conduire vers un bassin de stockage. Le réservoir 23 est par ailleurs connecté à une alimentation 29 en liquide permettant de remplir le réservoir 23. Le débit de circulation d'eau au travers du jig est typiquement de l'ordre de 10 à 40 m3/heure par tonne de particules classifiées. [0043] Selon un mode de réalisation particulier, l'installation comporte également des moyens de mesure de la quantité de matières fines dans l'eau, connectés à des moyens de commande de l'approvisionnement et de la purge du réservoir 23, de sorte à maintenir la quantité de matière fine dans l'eau en dessous d'un seuil. Ces moyens de mesure sont par exemple des détecteurs de niveaux ou de poids pour les sédiments plus lourds que l'eau (détection de voile de boues, capteurs à ultrasons), et des turbidimètres (par faisceaux lumineux) pour les matières en suspension dans l'eau. [0044] Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le liquide 29 alimentant le réservoir 23 provient au moins en partie des purges des bio filtres. Pour ce faire, le canal d'évacuation des purges du dispositif de désodorisation est raccordé à l'alimentation 29. Le raccordement des purges du dispositif de désodorisation au circuit d'approvisionnement des moyens de classification gravimétrique permet de limiter la consommation d'eau de l'installation. On pourra également prévoir que le pH des purges des bio filtres soit ajusté avant leur admission dans le circuit d'approvisionnement en eau du jig 20, de sorte à augmenter la capacité de l'eau à décoller les particules organiques des particules inertes. [0045] Dans un mode de réalisation, le liquide chargé de matière organique évacué du réservoir 23 subit un post traitement permettant de récupérer la matière organique. Cette matière organique peut notamment être incorporée au compost affiné. Pour ce faire, l'étape de post traitement comporte une opération de filtration, par décantation par exemple. Le liquide chargé de matière organique peut également être recyclé vers des réacteurs de méthanisation des déchets afin d'humidifier les déchets et/ou être recyclé pour l'arrosage des andains lors de l'opération de compostage. Avantageusement, on pourra prévoir que les effluents subissent une filtration des fines particules. En effet, dans les installations de compostage, les andains sont arrosés au moyen de buses permettant de diffuser l'eau sous forme de fines gouttelettes. Ainsi, il convient d'éliminer les fines particules des effluents susceptibles de colmater les orifices d'injection des buses. [0046] Par la suite, en sortie des moyens de classification densimétrique, les particules organiques 22 moins denses sont conduites vers une table d'égouttage 30a puis conduites vers le casier de refus 19 ou recyclées dans le circuit de traitement de la matière organique (compostage, méthanisation ou maturation selon le schéma). Les particules inertes 21 sont également conduites vers une table d'égouttage 30b afin d'être emmenées vers une zone de stockage 31. [0047] La table d'égouttage est par exemple un crible égoutteur. Un crible égoutteur se compose d'un caisson reposant sur un système de ressorts, comportant un ou deux étages et entraînés par deux moteurs balourdés produisant des vibrations. Les vibrations permettent d'assurer le transport des particules et d'assurer la séparation liquide/solide. [0048] Dans un mode de réalisation, une seule table d'égouttage comportant deux voies en parallèle permet d'égoutter d'une part les particules organiques 22 et 10 d'autre part les particules inertes 21. [0049] On note que l'opération de concentration gravimétrique est d'autant plus efficace que la taille des particules se situe à l'intérieur d'une gamme restreinte. Ainsi, la combinaison d'une étape de criblage et d'une étape de concentration gravimétrique permet d'obtenir de très bon rendement de séparation des 15 particules organiques 22 des particules inertes 21. [0050] Typiquement, le procédé selon l'invention permet d'obtenir des produits lourds inertes qui comprennent moins de 30 g de matière organique par kg de déchets sec, soit moins de 3 %. [0051] Dans certains cas, afin d'obtenir un tel résultat, il peut s'avérer nécessaire 20 d'ajouter une étape d'attrition entre les étapes de criblage et de concentration gravimétrique. Cette opération vise à détacher les particules fines de matière organique qui adhère aux particules inertes et à nettoyer les particules de matières organiques par friction des particules les unes contre les autres. Cette opération est réalisée dans une cellule d'attrition, non représentée, comportant une enceinte 25 et des moyens de brassage des particules à l'intérieur de l'enceinte, tels qu'une hélice entraînée en rotation. [0052] Dans un mode de réalisation préféré, un test de lixiviation est réalisé sur un échantillon de produits lourds 21. Ce test permet de vérifier que les produits lourds secs comportent moins de 3 % de matière organique. Pour ce faire, lors du test de lixiviation, on prélève un échantillon de produits lourds 17 puis l'on vérifie que cet échantillon comporte une proportion de carbone organique totale (COT) inférieure à 500 mg/kg de matière sèche et une proportion de fraction soluble (FS) inférieure à 4000 mg/kg de matière sèche. [0053] Si l'échantillon ne satisfait pas aux critères mentionnés ci-dessus, les produits lourds sont réinjectés en amont de l'étape de concentration gravimétrique. En outre, on peut prévoir d'ajuster les paramètres de criblage et/ou de concentration gravimétrique en fonction des résultats du test de lixiviation. On pourra par exemple ajuster les temps d'opération, le débit d'introduction du liquide durant l'étape de concentration gravimétrique ou son pH afin d'augmenter l'efficacité du lavage. [0054] L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. II est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l'invention sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement des produits lourds (15) issus d'un affinage de déchets provenant d'un traitement biologique comportant : - une étape de criblage (16) des produits lourds afin de séparer une fraction de taille supérieure (18) et une fraction de taille inférieure (17) ; et - une étape de concentration gravimétrique (20) dans l'eau de la fraction de taille supérieure (18) afin de séparer des particules inertes (21) plus denses des particules organiques (22) moins denses. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on procède à une étape d'attrition de la fraction de taille supérieure (18) provenant de l'étape de criblage (16) avant d'effectuer l'étape de concentration gravimétrique (20). 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce 15 que l'étape de criblage (16) est réalisée au travers d'une maille présentant un diamètre compris entre 2 et 5 mm. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de criblage (16) est réalisée au moyen d'un crible à toiles à effet trampoline. 20 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on procède à l'égouttage (30b) des particules inertes (21) provenant de l'étape de concentration gravimétrique. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape de concentration gravimétrique est réalisée au moyen d'un jig 25 (20). 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'analyse des particules inertes (21). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on pratique un test de lixiviation pour déterminer si les particules inertes (21) comportent une proportion de carbone organique totale (COT) inférieure à 500 mg/kg de matière sèche et une proportion de fraction soluble (FS) inférieure à 4000 mg/kg de matière sèche. 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de traitement des produits lourds (15) issus d'un affinage de déchets provenant d'un traitement biologique selon l'une des revendications 1 à 8 comportant : - Des moyens de criblage (16) des produits lourds (15) afin de les séparer en une fraction de taille supérieure et une fraction de taille inférieure ; et - Des moyens de concentration gravimétrique (20) dans l'eau de la fraction de taille supérieure afin de séparer des particules inertes plus denses des particules organiques moins denses. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de criblage (16) comportent un crible à toiles à effet trampoline. 11. Dispositif selon la revendication 9 ou la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de concentration gravimétrique sont un jig (20). 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte une table d'égouttage (30a, 30b). 13. Installation de traitement biologique des déchets comprenant un dispositif selon l'une des revendications 9 à 12.