Brevet FR3134999A1 — publié le 20231103

L’invention appartient au domaine du traitement des déchets, et en particulier au domaine du traitement des déchets organiques, plus particulièrement alimentaires. La présente invention se rapporte à un procédé de traitement de déchets alimentaires et à un dispositif de mise en œuvre du procédé selon l’invention. Figure abrégé : 1 PROCÉDÉ DE TRAITEMENT DE DÉCHETS ALIMENTAIRES L’invention appartient au domaine du traitement des déchets, et en particulier au domaine du traitement des déchets organiques, plus particulièrement alimentaires. La présente invention se rapporte à un procédé de traitement de déchets alimentaires et à un dispositif de mise en œuvre du procédé selon l’invention. Etat de la technique La production de déchets alimentaires ne cesse de croître. La lutte contre le gaspillage est une priorité qui s’impose tant aux producteurs, qu’aux IAA, à la distribution et aux consommateurs. A défaut, la règlementation accroît ses exigences côté traitement et valorisation. Depuis le 1 er janvier 2012, les personnes qui produisent ou détiennent une quantité importante de biodéchets ont l’obligation de les trier et une fois triés ceux-ci doivent être valorisés via une collecte sélective ou en proximité. Depuis le 1er janvier 2016, ce sont les professionnels produisant plus de 10 tonnes par an de biodéchets qui sont concernés. La généralisation du tri à la source est prévue d’ici 2025 pour tous les producteurs de biodéchets en France. S’agissant des déchets alimentaires, sont donc concernés tant les IAA (2,6 Mt hors effluents et boues, INSEE, 2019), que la distribution (GMS, 0,45 Mt et marchés 0,4 Mt), la restauration (0,8 Mt) ou encore les particuliers (gisement estimé à 18 Mt). Si la fermentescibilité de ces déchets est une constante imposant de limiter leur stockage (odeurs, nuisibles, pathogènes), les contextes de production se distinguent les uns les autres au regard de la taille du gisement, de sa qualité, de la localisation du site de production (urbain versus rural) et contraignent plus ou moins le tri et la valorisation. Pour les faibles gisements, la fréquence de collecte, une à deux fois par semaine, et la nécessaire désinfection des contenants et véhicules collecteurs se traduit par des coûts prohibitifs pour les collectivités et les producteurs (ménages, restaurants, surfaces de distribution etc…) attentifs au développement de solutions de gestion de proximité. Pour autant les solutions in-situ en développement, par compostage, méthanisation ou séchage, se heurtent aux limites inhérentes à leur réduction d’échelle : rejet que suscitent la vue et la manipulation des déchets, nuisances générées (odeurs, mouches, etc.), manutentions importantes et défaut d'ergonomie, consommation énergétique et coûts de maîtrise des risques explosifs et incendies s’agissant de la méthanisation et du séchage. Pour les plus gros gisements, c’est le défaut de valorisation des procédés de compostage et méthanisation qui devient rédhibitoire. Le compostage aboutit à la production d’un amendement peu valorisé. La méthanisation aboutit à la production de biogaz et de digestats dont la gestion est contrainte (vecteur énergétique gazeux, post-traitement des digestats par compostage etc…). Pour autant, le compostage peut faire l'objet d'une mise en œuvre rustique, de coûts d'investissement et de fonctionnement moindres que ceux associés à la méthanisation. Les pertes de masse en compostage sont également plus élevées qu’en méthanisation et le compost obtenu peut être appliqué directement sur les sols. Le compostage ne présente néanmoins pas que des avantages. Réputé aérobie, les agrégats de matière et le tassement de cette dernière, en dépit de son mélange à un matériau structurant (accroissant la porosité du milieu), font obstacle à son aération homogène et sont à l'origine du développement de zones en anoxie et en anaérobiose lesquelles favorisent la production puis l'émission à l'atmosphère de métabolites malodorants. La composition des déchets alimentaires ainsi que leur biodégradabilité élevée accroissent le développement de zones en anoxie et en anaérobiose et donc celui d'odeurs. Contrairement au séchage et à la méthanisation, les procédés aérobies ont pour avantages : i) d'éviter un apport de chaleur, la transformation aérobie de la matière étant elle-même à l'origine d'une production de chaleur, ainsi que ii) de ne pas nécessiter de dispositifs de prévention des risques incendies et/ou d'explosion. Mis en œuvre sur des déchets solides ou pâteux, ils ont pour limites un défaut de maîtrise de l'aérobiose se traduisant par le développement de zones en anoxie et en anaérobiose favorisant la production et l'émission de métabolites malodorants. Une maîtrise accrue de l'oxygénation de la matière pourrait être obtenue par broyage du déchet et introduction du broyat dans une solution aqueuse puis dispersion de la solution sur un garnissage. Une telle solution présenterait par ailleurs l'avantage de limiter les manipulations ainsi que les nuisances associées à ces manipulations (port de charges, odeurs, mouches, risques sanitaires, etc.). Cependant la solution ci-dessus ne présente pas que des avantages. L’accumulation localisée de matière sèche inhérente au caractère filtrant du garnissage, peut faire obstacle aux passages de l’eau et de l’air dans la matière, ceci ayant pour effet de ralentir la biodégradation de la matière sèche et pouvant conduire à un colmatage du garnissage. L’avènement du colmatage peut encore être accéléré par la biodégradabilité élevée des déchets alimentaires dont la biodégradation en conditions aérobies est à l’origine de la production d’importantes quantités de chaleur, entrainant une élévation importante de la température du garnissage et de fait de la quantité d’eau évaporée. Il existe ainsi des procédés et dispositifs, tels que décrits notamment dans la demande FR3096282, qui permettent de résoudre en partie les problèmes rencontrés dans les procédés connus. Pour autant la prévention du colmatage est contraignante et le risque s’accroît avec le temps. Les voies de résorption du colmatage lorsque celui-ci est effectif le sont tout autant. Cette résorption peut être obtenue par exemple par voie mécanique, fluidisation du garnissage, ou chimique par introduction d’un acide, d’une base ou d’un oxydant. De telles interventions sont relativement coûteuses, elles se traduisent par l’interruption des chargements en déchets et ne sont pas toujours efficaces. Il existe donc un besoin de combler les manques et inconvénients de l’art antérieur. Brève description des figures La représente un exemple de cuve de garnissage cylindrique 1, s’étendant radialement autour d’un axe XX’, ladite cuve comportant : -une première enveloppe externe 100 ; -une deuxième enveloppe interne 200 contenue dans l’enveloppe externe 100, en étant mobile en rotation autour de l’axe XX’ dans l’enveloppe externe 100 ; et -un garnissage 300 remplissant au moins 65% de la lumière de l’enveloppe interne 200 ; et l’enveloppe interne 200 comporte deux zones perforées 210 ,et l’enveloppe externe 100 comporte deux fenêtres 110 capables d’être positionnée au moins en partie en regard de la zone perforée de l’enveloppe interne 200 dans une configuration de rotation de l’enveloppe interne 200 dans l’enveloppe externe 100. La représente une vue en coupe d’un exemple de cuve de garnissage cylindrique 1 s’étendant radialement autour d’un axe XX’, ladite cuve comportant : - une première enveloppe externe 100 ; - une deuxième enveloppe interne 200 contenue dans l’enveloppe externe, en étant mobile en rotation autour de l’axe XX’ dans l’enveloppe externe ; et -un garnissage 300 remplissant au moins 65% de la lumière de l’enveloppe interne 200 ; - un couvercle perforé 400 amovible ; - un ensemble de joints 310 ; et l’enveloppe interne 200 comporte deux zones perforées 210 ,et l’enveloppe externe 100 comporte deux fenêtres 110 capables d’être positionnées au moins en partie en regard de la zone perforée de l’enveloppe interne 200 dans une configuration de rotation de l’enveloppe interne 200 dans l’enveloppe externe 100. La représente A) une vue de dessus de la cuve de garnissage 1 et B) une vue de profil de la cuve de garnissage 1, lorsque les zone perforées 210 et les fenêtres 110 sont alignées. La représente une cuve de garnissage cylindrique 2000 s’étendant radialement autour d’un axe XX’, ladite cuve comportant : - une première enveloppe externe constituée d’une structure de maintien 120 et d’un ensemble de roues motorisées 140 ; - un ensemble de joints 310 ; - une deuxième enveloppe interne 200 contenue dans l’enveloppe externe, en étant mobile en rotation autour de l’axe XX’ dans l’enveloppe externe ; et -un garnissage 300 remplissant au moins 65% de la lumière de l’enveloppe interne 200 ; - un couvercle perforé 400 amovible ; et l’enveloppe interne 200 comporte quatre zones perforées 210, et l’enveloppe externe comporte quatre fenêtres 110 capables d’être positionnée au moins en partie en regard de la zone perforée de l’enveloppe interne dans une configuration de rotation de l’enveloppe interne dans l’enveloppe externe. La représente une unité de traitement 1000 selon l’invention comprenant un bac d’alimentation 7 en déchets, une sortie S des gaz, une cuve de garnissage 1 comprenant une tête 11 et une base 12 de garnissage, une boucle de recirculation 2 comprenant une pompe 21, un répartiteur 10 de la suspension aqueuse en tête 11 de la cuve de garnissage, une cuve réceptacle 4 comprenant un agitateur 41 et un filtre 5, une sortie P de purge, un broyeur 6, une entrée d’air E, un compresseur 9 (entrée d’air, aération naturelle) et un ensemble de vannes 13. Le sens de circulation de l’air est symbolisé par l’ensemble de flèches F1. Le sens de circulation du liquide est symbolisé par l’ensemble de flèches F2. L’exemple suivant illustre l’invention, de manière non limitative. Une expérimentation a été menée dans l’unité de traitement 1000 illustrée sur la , comprenant une cuve de garnissage 1, illustrée sur les figures 1, 2 et 3. La cuve réceptacle 4 était une cuve cylindrique en PEHD de volume 60 L. Un volume de 30 L d’eau a été introduit dans la cuve réceptacle préalablement au premier apport de déchets broyés. La cuve de garnissage 1 a les dimensions suivantes : - enveloppe externe 100 : D = 64 cm, L = 111 cm, fenêtres (2) : L = 84 cm, l = 30 cm, - enveloppe interne 200 : D= 50 cm, L = 100 cm, zones perforées (2) : 80 cm, linéaire circulaire perforé : (20*2=40 cm) soit zone perforée totale couvrant 25% de l’enveloppe interne (2*12,5%), diamètre des trous : 15 mm. Le garnissage 300 avait un volume total 170 L. Il consistait en un mélange constitué à 48% en volume de copeaux fins et secs de bois et à 52% en volume d’anneaux Pall (15 mm x 15 mm). Une sortie S des gaz était aménagée au sommet de la cuve de garnissage 1 laquelle était connectée à un couvercle perforé 400 amovible, Les biodéchets traités ont été prélevés dans un restaurant de collectivité de type self. Il s’agissait de déchets alimentaires correspondant majoritairement aux aliments crus et cuits non-consommés par les usagers (restes de plateaux et aliments crus et cuits non sélectionnés par les usagers). Leur teneur en matière sèche (MS) était de 256 g MS/kg. Les déchets ont été broyés dans le broyeur 6 préalablement à leur apport dans la cuve réceptacle 4. Une charge de 25 kg/semaine (5 kg/jour sur 5 jours d’apport) de déchets de restauration a été appliquée pendant 4 semaines. 5 kg de déchets étaient apportés 5 jours par semaine dans le bac d’alimentation 7 dans lequel était également apportée la solution collectée dans la cuve réceptacle 4, la suspension eau - déchets broyés ou dissous retournant au réceptacle 4. De l’air produit par un compresseur 9 était injecté à la base 12 de la cuve de garnissage. Le débit d’aération appliqué sur le garnissage 300 était compris entre 4 et 12,5 L/mn. La suspension aqueuse contenant les déchets était dispersée et recirculée sur le garnissage 300 via la boucle de recirculation 2, à l’aide d’une pompe vide cave 21. La dispersion homogène de la suspension dans la cuve de garnissage 1 a été mise en œuvre via la répartition du flux de suspension dans un réseau de tubes 10 dont les sorties ont été uniformément réparties en tête 11 de la cuve de garnissage. Le mélange du garnissage a été réalisé par une rotation selon l’axe XX’ de l’enveloppe interne 100 de la cuve de garnissage 1, à une fréquence de 1,5 (x = 3) tours toutes les 24h, rotation appliquée avant l’alimentation-dispersion de la suspension sur le garnissage i.e. approximativement 24h après le dernier apport de suspension sur le garnissage 300. Le couvercle perforé 400 a été mis en place pendant 16 jours (condensation) et retiré jusqu’au 28eme jour (dilution). Les masses du réacteur et du contenant collecteur de la solution sortie du garnissage ont été mesurées quotidiennement. La température du milieu réactionnel et les concentrations en O 2 et CO 2 des gaz sortants ont été suivies en continu. Chaque apport de déchet broyé s’est traduit par : i) une croissance de la cinétique de consommation d’oxygène (rO 2 ) ainsi que de la température dans le garnissage témoignant de la croissance de l’activité biologique de biodégradation aérobie de la matière biodégradable, ii) l’atteinte de valeurs maximales pour rO 2 et la température dans le garnissage puis iii) la décroissance de rO 2 et T, iii) rCO2 max (mol C/h) et T matière max atteintes ont été respectivement 2,25 mol C-CO2 /h produites et 58,4°C. Les mesures effectuées ont montré que l’accumulation de matière (H 2 O et MS) dans le système (cuve de garnissage 1 et cuve réceptacle 4) commençait de décroître après 18 jours de traitement et que dès lors la perte de masse hebdomadaire était égale voire supérieure à la masse de déchets apportée sur la semaine. La performance de traitement est estimée à 5 à 6 tonnes/m 3 /an. Procédé de traitement de déchets organiques, de préférence alimentaires, comprenant les étapes de : 1) alimentation et dispersion sur un garnissage compris dans une cuve de garnissage, d’une suspension aqueuse comprenant des déchets broyés et/ou dissous comprenant de la matière organique, 2) extraction de la matière inerte et/ou des boues de l’effluent liquide sortant du garnissage, de préférence par filtration, décantation ou floculation, 3) mélange du garnissage, de préférence à une fréquence allant d’une mise en rotation de la cuve toutes les 6h à 72h, de préférence de 12h à 48h, de manière encore préférée de 18h à 30h, et 4) redispersion sur le garnissage d’au moins une partie de l’effluent liquide sortant du garnissage, ledit effluent liquide étant optionnellement enrichi en déchets broyés et/ou dissous, dans lequel, les déchets subissent une biodégradation aérobie au sein du garnissage à une température allant de 30 à 70°C. Procédé selon la revendication 1, ledit procédé étant mis en œuvre en circuit fermé. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le mélange de l’étape 3) est mis en œuvre par la rotation de la cuve de garnissage d’un angle de 180°*x, où x est un nombre entier relatif, différent de 0, de préférence x est un nombre entier relatif impair. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit procédé étant alimenté en déchets de manière semi-continue. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une étape 5) d’aération naturelle ou forcée du garnissage, de préférence par circulation forcée d’un flux d’air dans le garnissage. Procédé selon la revendication précédente, comprenant en outre une étape 6) de condensation de la vapeur d’eau comprise dans l’effluent gazeux issu de l’aération naturelle ou forcée du garnissage. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une étape 7) de dilution de l’effluent gazeux, ledit effluent gazeux étant un mélange d’air et de gaz produits lors de la biodégradation aérobie au sein du garnissage. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le garnissage est un garnissage en vrac d’origine naturelle et/ou synthétique, de préférence d’origine naturelle ou un mélange de garnissage naturel et synthétique à un ratio volumique naturel/synthétique allant de 2:3 à 3:2, et de manière encore préférée un ratio 1:1. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le garnissage d’origine synthétique, de préférence en matière plastique, est choisi parmi les anneaux Pall, les anneaux de Lessing, les anneaux Rashig, les selles de Berl, les selles Intalox, les tellerettes, de préférence choisi parmi les anneaux Pall, les anneaux de Lessing, les selles Intalox et les tellerettes et dans lequel le garnissage d’origine naturelle est choisi parmi les copeaux fins de bois et les fibres végétales choisies parmi les fibres de bois, de coco, de chanvre et de luffa. Cuve de garnissage (1) de mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, de préférence cylindrique, s’étendant radialement autour d’un axe XX’, ladite cuve comportant : -une première enveloppe externe (100) ; -une deuxième enveloppe interne (200) contenue dans l’enveloppe externe (100), en étant mobile en rotation autour de l’axe XX’ dans l’enveloppe externe (100) ; et -un matériau de garnissage (300) remplissant au moins 65% de la lumière de l’enveloppe interne (200) ; - optionnellement moyen de régulation de la dilution des gaz (400), et l’enveloppe interne (200) comporte au moins deux zones perforées (210),et l’enveloppe externe comporte au moins deux fenêtres (110) capables d’être positionnée au moins en partie en regard de la zone perforée (210) de l’enveloppe interne (200) dans une configuration de rotation de l’enveloppe interne (200) dans l’enveloppe externe (100). Cuve selon la revendication 10, dans laquelle les deux fenêtres (110) de l’enveloppe externe (100), considérée indépendamment du reste de la cuve (1), sont placées en vis-à-vis l’une de l’autre et comprennent chacune une cavité parallélépipédique s’ouvrant sur l’extérieure de la cuve (1). Cuve selon l’une des revendications 10 ou 11 dans laquelle l’enveloppe interne (200) comporte des perforations de diamètre interne allant de 10 mm à 30 mm, de préférence de 15 mm à 25 mm et couvrent au moins 20 à 50 % de la surface de l’enveloppe interne (200), de préférence de 30 à 40 %. Unité de traitement (1000) comprenant : - une cuve de garnissage (1) selon l’une quelconque des revendications 10 à 12, - un moyen d’alimentation (7) de la suspension aqueuse, - un moyen de dispersion (3) de la suspension aqueuse, - un moyen de redispersion (10) de l’effluent liquide du garnissage, de préférence identique au moyen de dispersion (3), - un moyen d’extraction (5) de la matière inerte et/ou des boues de l’effluent liquide sortant du garnissage, et - une boucle de recirculation (2) permettant la redispersion sur le garnissage d’au moins une partie de l’effluent liquide sortant du garnissage, ladite boucle (2) comprenant une cuve réceptacle (4), et éventuellement une cuve tampon (8).