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WO2017006067A1 - Installation et procédé de traitement séquentiel de déchets contenant des matières organiques, en vue de leur valorisation énergétique - Google Patents

Installation et procédé de traitement séquentiel de déchets contenant des matières organiques, en vue de leur valorisation énergétique Download PDF

Info

Publication number
WO2017006067A1
WO2017006067A1 PCT/FR2016/051744 FR2016051744W WO2017006067A1 WO 2017006067 A1 WO2017006067 A1 WO 2017006067A1 FR 2016051744 W FR2016051744 W FR 2016051744W WO 2017006067 A1 WO2017006067 A1 WO 2017006067A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
waste
compartment
compartments
installation
fraction
Prior art date
Application number
PCT/FR2016/051744
Other languages
English (en)
Inventor
Frédéric PASTRE
Gabriel PASTRE
Original Assignee
Pastre Frédéric
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pastre Frédéric filed Critical Pastre Frédéric
Priority to EP16748332.0A priority Critical patent/EP3320080A1/fr
Publication of WO2017006067A1 publication Critical patent/WO2017006067A1/fr

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
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    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/40—Bio-organic fraction processing; Production of fertilisers from the organic fraction of waste or refuse

Definitions

  • the invention relates to a waste treatment plant, as well as to a method for implementing this installation.
  • the invention relates to the treatment and energy recovery of any solid waste, non-toxic and containing organic materials.
  • the main source of such waste is the collection of garbage and so-called vegetable or green waste, generated by agriculture or the maintenance of parks and gardens.
  • composting has a very low added value because compost has virtually no market value, except in countries with no quality agricultural land.
  • anaerobic digestion allows a significant recovery of organic waste, because it makes it possible to produce biogas.
  • the latter constitutes a renewable energy, whose energy potential is high since it contains a substantial fraction of methane, and whose carbon balance is very favorable.
  • the treatment of the organic fraction of waste is mainly oriented towards energy recovery. Indeed, the latter presents a much more economically attractive, while being environmentally equivalent compared to the composting industry.
  • the methanogenesis sector uses the biogas thus produced as a fuel in electric generators operating on gas, or injects this biogas into existing town gas distribution networks.
  • This type of recovery can only treat the fermentable part of the waste to be recovered.
  • the thermal recovery of this ultimate waste is not feasible because it is technically complex and therefore too expensive to be economically viable.
  • Methanogenesis occurs naturally in garbage dumps, but over very long periods of time (up to 20 years).
  • Methanogenesis is better implemented in a methanizer, which is a small reactor equipped with waste brewing means.
  • the treatment time is relatively low, but the methanizer requires, to be effective, a prior separation of the organic fraction, which is very complex and expensive, bringing the cost of the methanization of solid waste to economically prohibitive levels. .
  • the incineration process uses heat produced in various devices, such as steam turbines or heat networks. This recovery is, however, effective only on the dry part of the waste to be recovered, such as fibrous or plastic materials.
  • the methanogenic potential of the wet fermentable fraction is not valorised, which greatly degrades the efficiency of the thermal recovery of the dry fraction and makes the operation of incinerators very complex.
  • EP 1 767 500 which relates to a dry fermentation plant.
  • receiving compartments for the waste to be treated which can be selectively covered by means of a waterproof membrane.
  • the technical solution described in this document does not ensure optimum treatment of all types of waste, in particular the wet fermentable fraction thereof.
  • a digester for the production of biomethane from organic substances.
  • This digester comprises a fixed base and an upper vessel, which delimits several compartments and can be rotated around its central hub.
  • FR 2 543 159 also teaches the skilled person to fully immerse each compartment, indicating a minimum level 31. This teaching diverts the skilled person to use any recirculation of liquid, as in the present invention . Indeed, such a recirculation is totally incompatible with the complete immersion of the compartments provided for in FR 2 543 159. Moreover, this document does not provide any clear technical instruction to those skilled in the art as regards the emptying of each compartment. In this regard, it will be recalled that one of the objectives of the present invention is precisely to provide a satisfactory solution to the technical problem of emptying large compartments. Finally, the central hub of FR 2 543 159 is also immersed while being movable in rotation. These The features are totally incompatible with providing a common functional space, according to an advantageous feature of the present invention.
  • an object of the present invention is to overcome, at least partially, the disadvantages of the prior art mentioned above.
  • Another object of the invention is to provide an installation and a process which allows efficient treatment of both the moist fermentable fraction and the non-fermentable dry fraction of the waste.
  • Another object of the invention is to propose such a method, which is relatively simple to control and which allows a reasonable processing time.
  • Another object of the invention is to provide such an installation, which has a relatively simple structure and involves relatively low operating costs.
  • Another object of the invention is to provide such an installation, which allows gravity filling and convenient emptying of waste for ultimate recovery.
  • the above objectives are achieved by means of a solid waste treatment plant containing organic matter, in particular household waste and / or vegetable waste, for producing biogas and recovering the biogas produced.
  • installation comprising at least two compartments, the volume of each compartment being greater than 1000 (thousand) cubic meters, as well as means of separation between these compartments, impervious to both gases and liquids, each compartment comprising: an interior volume for receiving the waste to be treated, presenting an opening for the admission of waste;
  • peripheral walls bordering this interior volume
  • the installation further comprising at least one gas and liquid-tight cover capable of covering at least one compartment;
  • said installation comprises means for collecting a gaseous fraction, originating at least in part from the decomposition of the waste, in that each compartment defines an accumulation zone of a liquid fraction, originating at least in part decomposition of the waste, and in that the installation comprises circulation means adapted to circulate this liquid fraction from the accumulation zone to the interior receiving volume.
  • the volume of each compartment is greater than 2000 (two thousand) cubic meters, in particular greater than 8000 (eight thousand) cubic meters, preferably greater than 12000 (twelve thousand) cubic meters.
  • the volume of each compartment is less than 50000 (fifty thousand) cubic meters, in particular less than 40000 (forty thousand) cubic meters, preferably less than 25000 (twenty-five thousand) cubic meters.
  • the installation shall comprise at least three (3) compartments, in particular at least four (4) compartments.
  • the installation comprises a maximum of sixteen (16) compartments, in particular a maximum of twelve (12) compartments, preferably a maximum of eight (8) compartments
  • the accumulation zone of the liquid fraction is a gravity accumulation zone.
  • the accumulation zone by gravity is delimited by a bottom of the installation, inclined relative to the horizontal.
  • the circulation means are adapted to circulate this liquid fraction from the accumulation zone to the upper part of the interior receiving volume
  • the circulation means comprise, for each compartment, pumping means, located in the vicinity of the zone d accumulation, transfer means as well as distribution means in the interior receiving volume.
  • the collection means comprise, for each compartment, at least one tubular collection assembly, which is placed in the internal volume of receiving, and a collector in communication with each tubular collector assembly.
  • the installation comprises a common functional space, provided in the vicinity of all the compartments.
  • the common functional space is central and the compartments extend to the periphery of this functional space, which defines a portion of the peripheral walls of at least a portion of the compartments.
  • the separating means comprise separating walls extending radially from the central common functional space.
  • At least one compartment is a so-called service compartment, which opens directly into the common functional space.
  • the means for transferring the liquid fraction comprise means for controlling at least one parameter of the liquid fraction present in each compartment.
  • the means for transferring the liquid fraction extend partly outside the compartment, in particular in the common functional space,
  • a collector of the gaseous fraction which is common to several compartments and which extends partly to the outside of the compartment, in particular in the common functional space.
  • N T * X / (V * entering), WHERE
  • T is the duration of the internal cycle of a compartment, from the beginning of the filling phase until the end of the emptying phase (expressed in number of reference periods);
  • X is the tonnage of waste entering the facility (expressed in tonnes per reference period);
  • V is the average volume of the compartments of the installation
  • dentrant is the average density of waste entering the facility.
  • the subject of the invention is also a process for implementing a waste treatment plant containing organic materials, in particular household waste and / or vegetable waste, for producing biogas and recovering the biogas produced, as shown here. above, this method comprising, for each compartment, the following steps:
  • the cover which is impervious to both gases and liquids, is placed above the bulk of waste so as to make the internal volume substantially watertight; at least partial anaerobic digestion of the fermentable part of the waste is carried out so as to produce a gaseous fraction as well as a liquid fraction; during at least part of the anaerobic digestion step, at least a portion of the liquid fraction is extracted from the accumulation zone and at least a portion of the liquid fraction thus extracted is introduced into the waste mass; at the end of the digestion step, the residue of the waste mass is evacuated from the interior volume.
  • the waste to be treated is lacerated so as to transform a major part of this waste into strips, the largest dimension of which is advantageously greater than 5 centimeters, in particular to 10 centimeters, and the smallest dimension is advantageously between 2 and 5 centimeters.
  • At inf ((V * entering) / X; T / N), WHERE
  • X is the tonnage of waste entering the facility (expressed in tonnes per reference period);
  • V is the average volume of the internal volume of waste reception from the compartments of the installation
  • dentrant is the average density of waste entering the facility;
  • T is the duration of the internal cycle of a compartment, from the beginning of the filling phase until the end of the emptying phase (expressed in number of reference periods);
  • N is the number of compartments constituting the installation.
  • the extracted liquid fraction is analyzed so as to access at least one parameter of this liquid fraction, and at least a portion of this extracted fraction is eliminated in the case where it has at least one parameter whose analyzed value is outside a set range.
  • the anaerobic digestion step is controlled so as to reach a predetermined digestion rate of the degradable organic fraction initially present in the waste mass, this content being between 50 and 95%, preferably between 70 and 90% .
  • the gaseous fraction produced in each compartment is extracted and the methane content contained in this gaseous fraction is measured in real time.
  • the recirculation of the liquid fraction can be interrupted and the drying phase of the residual waste can be started.
  • the duration of the anaerobic digestion step is between 12 and 72 months, especially between 30 and 60 months.
  • the anaerobic digestion step is carried out so as to break down at least
  • At least a portion of the extracted liquid fraction is introduced into the waste mass, so as to maintain the relative humidity of this mass of waste at a value of between 20% and 70%, preferably between 40% and 60%.
  • at least a portion of the generated biogas is sent to a device for producing energy, in particular mechanical energy, such as a motor or a turbine.
  • a step is taken to dry the waste mass, so as to lower the relative humidity of this mass of waste to below 20%, preferably below 10%.
  • dry residue is obtained at the end of the drying step and at least a portion of this residue is thermally recovered, in particular in a solid fuel boiler or other combustion device.
  • dry residue is meant a mass of waste whose liquid mass is less than 20% of the mass of the dry matter.
  • the subject of the invention is a method of dimensioning a waste treatment installation such as above, in which the minimum number (N) of compartments of the installation is determined by the following formula:
  • N T * X / (V * entering), WHERE
  • T is the duration of the internal cycle of a compartment, from the beginning of the filling phase until the end of the emptying phase (expressed in number of reference periods);
  • X is the tonnage of waste entering the facility (expressed in tonnes per reference period);
  • V is the average volume of the compartments of the installation
  • dentrant is the average density of waste entering the facility.
  • the waste treatment plant allows the separate energy recovery of fermentable and non-fermentable fractions of solid waste. Note further that this facility is able to operate effectively, without the need for physical separation prior to the two aforementioned fractions.
  • the waste is first treated by anaerobic digestion of its fermentable organic fraction, leading in particular to the production of biogas.
  • This fermentable fraction thus disappears from the internal volume of the treatment compartment, leaving a residue with high calorific value, recoverable thermally at the end of the overall treatment process.
  • This residue has the characteristics of a solid recovery fuel, or CSR, which allows its thermal recovery by any combustion system and recovery of the heat thus produced.
  • Waste Apart from the filling, compacting and emptying of the compartments, the waste remains substantially static in the installation. This is advantageous, in particular because the compartment does not have to be equipped with brewing means, which are of a high cost and entail substantial operating costs. Waste makes the subject of a purely biochemical treatment, of a duration determined precisely according to the rate of anaerobic digestion of the organic compounds present in the massive waste.
  • the installation according to the invention makes it possible to reach optimum efficiency conditions, with a view to a satisfactory recovery of the waste by methanogenesis.
  • the invention firstly provides conditions for optimizing the generation of methane.
  • the recirculation of the leachates namely the liquid fraction
  • the grinding of the waste prior to their entry into the compartment, provides a targeted particle size, which improves the efficiency of methanogenesis.
  • the invention also provides conditions for optimizing the capture rate of generated biogas.
  • the presence of capture networks in each compartment is particularly advantageous.
  • the cover ensures the sealing of each compartment during the anaerobic digestion phase.
  • the installation makes it possible to combine all the favorable conditions for methanogenesis and the capture of generated biogas. Under these conditions, one can realistically aim for a digestion of more than 80% of the biodegradable organic fraction during the five years following the anaerobic conditioning of the waste treated by this installation.
  • the invention constitutes a judicious compromise between the respective solutions proposed by the methanizers and the discharges.
  • the installation according to the invention is devoid of particular waste brewing means, so that its structure is less expensive than that of the methanizers.
  • This facility also has a volume of waste treatment that is much higher than that of the methanizers.
  • the invention has specific advantages over discharges.
  • the waste can be loaded and emptied more conveniently than in the context of a landfill.
  • the invention allows a very short total treatment time compared to the complete life cycle of a discharge, which is
  • the invention makes it possible to remedy the drawbacks related to the teaching of EP 1 767 500.
  • the circulation of the liquid fraction in the waste mass makes it possible to keep the latter at a humidity level. optimal. Under these conditions, the methanogenic potential of the wet fermentable fraction can be satisfactorily valued.
  • Figure 1 is a perspective view illustrating a waste treatment plant according to the invention.
  • Figure 2 is a top view illustrating the installation of Figure 1.
  • Figures 3 and 4 are perspective views of a compartment belonging to the installation of Figures 1 and 2, respectively illustrating the gas sensing means, and the liquid circulation means equipping the compartment.
  • FIG. 5 is a sectional view of the compartment of FIGS. 3 and 4, along line V-V in FIG. 2.
  • Figure 6 is a perspective view of the compartment of Figure 5, at an angle different from Figures 3 and 4, with tearing along the line V-V.
  • the installation according to the invention essentially comprises a central, centrally located functional space, a plurality of compartments extending radially from this common functional space, as well as gas collection means and liquid circulation means.
  • the common functional space 1 is hollow and has a polygonal shape, seen from above. It rests on a base 2, also polygonal, which has radial dimensions larger than those of this space.
  • the number of sides of the functional space corresponds to the number of compartments, which is provided with the installation.
  • Each peripheral wall 1A to 1F of the functional space corresponding to one side of the latter, forms a first lateral wall of a respective compartment. From each corner of the functional space, namely each intersection between two consecutive sides, a respective radial wall 3A to 3F extends outwardly. Two consecutive radial walls 3A and 3B, 3B and 3C, 3F and 3A, form two other side walls of a respective compartment.
  • the constituent material of the walls 1A to 1F, of the base 2, as well as of the walls 3A to 3F, advantageously has the following characteristics:
  • a preferred material is, for example, concrete.
  • metal walls or earthen slopes covered with waterproof geomembranes are also used.
  • the installation according to the invention comprises six receiving and waste treatment compartments, which are assigned references 4A to 4F.
  • the structure of the compartment 4A will be presented in greater detail, it being understood that the other compartments have a similar structure.
  • the compartment 4A has a bottom 10, which is formed in part by the base 2.
  • this base is advantageously concreted.
  • the outer part 1 1 of the bottom, peripheral to this base, is advantageously waterproofed by any suitable coating, in particular thanks to a geo-membrane.
  • the bottom surface is slightly inclined, namely that its altitude increases from the junction with the functional space 1. This allows the liquid to accumulate, by gravity, in a zone Z delimited by this surface.
  • the slope ratio between this surface and the horizontal, denoted a in FIG. 5, is advantageously between 1 and 2 ° (degrees).
  • the bottom 10 is extended, radially outwardly, by an enclosure wall 12 which connects the free ends of the two side walls 3A and 3B, and which defines an inclined ramp. If ⁇ is the angle formed by the surface of this wall 12 and the horizontal, this angle is advantageously between 30 ° and 60 ° (degrees). This surface is advantageously impregnated by any suitable coating, in particular thanks to a geotextile membrane.
  • the inclined enclosure wall 12 is provided, for each compartment, with a ramp 15 extending obliquely with respect to the line of greatest slope.
  • the slope of this access ramp at the bottom of the compartment is less than 33% (per cent)
  • peripheral track 14 forming a periphery of the compartment, which slopes gently from the free end of a first side wall 3A towards the other side wall 3B.
  • This track 14 is extended, at its lower end adjacent to this wall 3B, by a radially inner ramp 15 which opens on the bottom 10.
  • the peripheral tracks 14 and 14 'of two adjacent compartments (for example A and F on Figure 2) communicate with each other.
  • the enclosure wall 12 is further bordered by a backfill 16, which is raised several meters above the ground level 17.
  • a backfill 16 which is raised several meters above the ground level 17.
  • Height H1 of space 1 between 4 m and 20 m, typically between 8 m and 15 m.
  • the waste treatment plant according to the invention further comprises a cover 20, capable of selectively covering the internal volume of one or the other of the above compartments, depending on the state of progress of the invention. waste treatment process.
  • the material constituting this cover which is represented on the compartment 4E (solid and covered) of FIGS. 1 and 2, advantageously has the following characteristics:
  • a preferred material is for example a geotextile, the cover then being geo-membrane type.
  • the cover can be placed directly on the massive waste, without additional fixation, especially on the side walls.
  • fastening means preferably removable attachment, to secure the cover, especially on the aforementioned side walls.
  • the capture means equipping the installation according to the invention, can extract, from each compartment, the gases released by the waste during their treatment.
  • These sensing means are more particularly visible in FIGS. 5 and 6, as well as in FIG. 3, where the circulation means of the liquid fraction are not represented, for the sake of clarity.
  • They comprise, in each compartment, at least one tubular assembly 30, each of which is formed by a main tube 31, extending radially, as well as by secondary tubes 32. These latter extend in the horizontal plane obliquely, on both sides of the aforementioned main tube.
  • FIG. 5 illustrates two tubular assemblies 30 and 30 ', regularly distributed over the height of the central space 1.
  • the tubes 31 and 32 are advantageously made of a resistant material, in use, at the static pressure of the massive waste. As an indication, such a material is for example polyethylene.
  • Each tube, whose cross section is of a diameter included between 5 and 15 cm, is pierced with openings of capture. These openings, provided at regular intervals, typically have a section between 1 and 3 cm 2 .
  • the various tubular assemblies placed in the compartments of the installation, open radially inwards into a common manifold 33 provided in the central common space (see in particular FIGS. 5 and 6).
  • a common manifold 33 provided in the central common space (see in particular FIGS. 5 and 6).
  • the connection between each tube 31 and this manifold is of removable type, for example by means of a movable sleeve.
  • This manifold 33 which allows to centralize the gas flows, is associated with a pump 34, for example centrifugal type.
  • the latter advantageously has an adjustable power, in order to give a modular character to the depression of the tubular collection network.
  • the collector 33 extends out of the central common space 1 and opens into an unrepresented energy production device, for example of the motor (or turbine) type operating with biogas, driving an electric and operating generator. advantageously in a combined cycle.
  • the circulation means equipping the installation according to the invention make it possible to recycle the liquid fraction from the bottom of the compartment where this fraction accumulates by gravity towards the top of this compartment.
  • These circulation means are more particularly visible in FIGS. 5 and 6, as well as in FIG. 4, where the means for collecting the gaseous fraction are not represented, for the sake of clarity. They comprise, in each compartment, a tubular pump member 43, extending over substantially the entire height of the space 1, which is associated with a circulation pump 44.
  • a first end 43 'of the pumping member opens in the vicinity of the bottom of the compartment, through the bottom of the partition wall 1A, while its other end 43 "communicates with a tubular distribution assembly 40.
  • the latter is formed by a radially extending main tube 41, as well as secondary tubes 42 extending transversely, on either side of this main tube, advantageously, there is a single tubular distribution assembly 40 placed at the
  • the pump member 43 is advantageously equipped with means (not shown) for controlling at least one parameter of the liquid fraction present in each compartment.
  • the tubes 41 and 42 are advantageously made of a plastic material.
  • a plastic material is for example polyethylene.
  • Each tube 41 or 42 whose cross section is for example between 6 and 20 cm 2 , is equipped with injectors, of known type, for dispensing the liquid fraction above the massive waste. These injectors are provided at regular intervals, typically between 1 and 3 m.
  • injectors are provided at regular intervals, typically between 1 and 3 m.
  • Such a valve or a plurality of such valves makes it possible to empty this circuit and / or to fill it with liquids coming from outside the compartment, especially with a view to to regulate and / or modify the bacterial seeding of recirculated liquids in this compartment.
  • Such a valve or a plurality of such valves may also allow communication between the liquids, between the different compartments. It can be provided that a first valve provides the emptying function, while another valve provides the filling function. Alternatively, it can be provided that a single valve provides both emptying functions and filling.
  • the common functional space is placed centrally, while the treatment compartments are placed radially at the periphery of this central space.
  • the compartments are arranged side by side, for example on two parallel lines.
  • the common space, equipped with the functional elements common to these compartments, is then provided medially between the two lines mentioned above.
  • compartments are so-called processing compartments, namely that they are separated from the common functional space 1 by one of the peripheral walls 1A to 1F
  • at least one compartment is a so-called service compartment, namely that it opens directly into the common functional space 1, without being separated from the latter by a wall, such as than those 1A to
  • Such an embodiment is advantageous because it allows particularly simple access to the common functional space.
  • the or each service compartment extends in an angular sector, which is smaller than that of the treatment compartments.
  • the treatment process carried out in the installation comprises at least the three following stages, namely the filling of each compartment, the anaerobic digestion of the fermentable fraction, and the emptying of each compartment.
  • the aforementioned filling is first empty in a hopper, the dumpsters in which are collected waste to be treated.
  • the bags containing the waste are disemboweled and then sieved of this waste.
  • the waste is ground in order to obtain a predefined particle size, typically of median value of between 20 mm and 80 mm, which makes it possible to improve the efficiency of the anaerobic digestion phase of the treatment. .
  • the waste thus ground is then conveyed to the right of each compartment, in particular by unrepresented conveyor belts, then are admitted by gravity into the interior volume of each of these compartments.
  • This filling step has a duration typically between 1 and 15 months, especially between 6 and 12 months.
  • the compartment is closed.
  • the network 40 of circulation surface of the liquid fraction then one sets up the cover 20 above the compartment.
  • This closing step has a duration typically between 10 and 30 days.
  • the step of anaerobic digestion, or methanogenesis allows in a manner known per se to degrade the organic materials present in the waste, in the absence of oxygen.
  • This degradation is ensured by bacteria digesting the cellulosic wall of these organic materials. These bacteria are present in the organic material itself and, where appropriate, may be supplemented by any additional bacteria which are sown in the waste mass.
  • the aforementioned degradation essentially leads to the formation of a liquid fraction, mainly comprising water, and a gaseous fraction, or biogas, comprising a substantial part of methane.
  • the biogas thus produced is first drawn in by the capture tubes 31 and 32.
  • the biogas flow is then combined in the main collector and is then analyzed in real time in order to measure the parameters of the biogas. temperature, flow (in m 3 per second), methane level and oxygen levels, and at regular intervals to determine the presence (or not) of corrosive chemical compounds.
  • the biogas is then cooled and dried, and then filtered in order to eliminate, in particular, undesirable chemical compounds, such as chlorinated compounds, sulfur compounds and siloxanes.
  • the biogas thus filtered is finally injected into an energy production device, such as a motor (or a turbine) coupled to an electric generator, advantageously operating in a combined cycle.
  • the liquid fraction produced during anaerobic digestion is extracted out of the accumulation zone, located at the bottom of the compartment, in the vicinity of the wall bordering the space 1.
  • This extraction is carried out by any appropriate means, in particular by a suction pump.
  • the flow rate of the pump is measured continuously and the circulating liquid fraction is also analyzed at regular intervals to measure in particular some of the following parameters: bacteria present, pH, ammonium content and various salts.
  • the corrective actions may be a bacterial reseeding, a neutralization, a dilution or a reduction of the liquid fraction circulating in each compartment.
  • the extracted liquid fraction is then recycled or re-circulated, namely that it is introduced into the massive waste.
  • This operation is performed via the tubes 41 and 42, which allow an admission of liquid above the massive waste. This allows in particular to maintain this waste under appropriate conditions of humidity and temperature.
  • the volume of this liquid fraction put into circulation is continuously monitored.
  • the accumulation zone has a perfectly defined geometry. It is therefore easy to determine the volume of liquid accumulated against the bottom 10, knowing the altitude of the upper surface of this liquid. For example, it is possible to place a high sensor and a low sensor at the bottom of each compartment. This makes it possible to constantly maintain the accumulated liquid volume in a given range, corresponding to the desired humidity level in the compartment.
  • the circulation circuit is also associated with a purge, which makes it possible to eliminate a part of this liquid fraction.
  • a purge which makes it possible to eliminate a part of this liquid fraction.
  • additional liquid is added to the recycled liquid fraction at the level of the tubes 41 and 42.
  • pH between 5 and 9, in particular between 6.5 and 7.5.
  • this step of anaerobic digestion is implemented, so as to valorize at least 70%, preferably at least 90%, of the degradable organic fraction of the waste.
  • This anaerobic digestion stage has a duration typically between 12 and 72 months, especially between 30 and 60 months.
  • the compartment is emptied. For this purpose, it first stops the circulation of the liquid fraction, which leads to the drying of the massive waste and the final end of the methanogenesis. Then, remove the upper cover and disassemble the circulation network of the liquid fraction.
  • This drying and opening step has a duration typically between 3 and 12 months, especially between 6 and 9 months.
  • the emptying of the compartment is carried out, in particular by means of the construction machinery used for the filling operation.
  • the various elements of the biogas capture network are also dismantled. Residues discharged, resulting from anaerobic digestion, can then be subject to a thermal valuation, given their high rate of dryness and heat potential. Given the disassembly of the sensing means present in the compartment (which are thus reusable for the next treatment cycle), this emptying step has a duration typically between 1 and 12 months, especially between 3 and 9 months.
  • the number of compartments of the installation is determined according to the waste stream to be treated and the intended treatment time.
  • the minimum number of compartments of the installation can be calculated by the following formula:
  • N T * X / (V * entering), WHERE
  • X is the tonnage of waste entering the facility (expressed in tonnes per reference period);
  • V is the average volume of the compartments of the installation
  • dentrant is the average density of waste entering the facility
  • T is the duration of the internal cycle of a compartment, from the beginning of the filling phase until the end of the emptying phase, and including in particular the time necessary to reach the rate of anaerobic digestion targeted by waste treatment (expressed in number of reference periods).
  • the number N is rounded to the nearest integer, or any other rounding method relevant to the data taken into account.
  • the volume of the compartments is adjusted so that the calculation of N results in a value as close as possible to an integer.
  • rounded calculation of the integer N translate a sub-optimization of the use of the installation:
  • the compartments In case of rounding down, the compartments must be emptied faster to make room for incoming waste in excess of the total volume available in the facility.
  • the duration of the treatment cycle is reduced and therefore the anaerobic digestion rate reached at the end of the treatment is below the theoretical target.
  • the treatment of the waste is done in one compartment after the other, while respecting a duration of cycle (of filling to emptying) equivalent for each one, with a shift in the time At (expressed in number of periods of reference) between each compartment, determined by the formula:
  • X is the tonnage of waste entering the facility (expressed in tonnes per reference period);
  • V is the average volume of the waste reception volume of the compartments of the installation
  • dentrant is the average density of waste entering the facility
  • T is the duration of the internal cycle of a compartment, from the beginning of the filling phase until the end of the emptying phase, and including in particular the time necessary to reach the rate of anaerobic digestion targeted by waste treatment (expressed in number of reference periods);
  • N is the number of compartments constituting the installation.
  • the treatment of the waste in the installation according to the invention comprises, for each compartment, an individual cycle starting with the filling phase, followed by the anaerobic digestion phase and then ending with the emptying phase. More generally, the installation according to the invention is controlled according to a sequence composed by the set of individual processing cycles, implemented in the different compartments, which start successively with the time shift At explained above. .
  • Example 1 For the treatment of organic waste whose rate of decomposition is high (eg meat, fish, animal fat, etc.) anaerobic digestion can be carried out in 5 months. In this case, a facility receiving 400 tonnes per month of this waste (density 1, 25) in compartments offering a waste reception volume of 1000 m 3 that can be emptied in 1 month, could be configured in 2 compartments.
  • organic waste whose rate of decomposition is high eg meat, fish, animal fat, etc.
  • the almost complete anaerobic digestion of the fermentable fraction may take about 4 years. .

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Abstract

L'installation comprend plusieurs compartiments dont le volume est supérieur à 1.000 mètres cube, des moyens de séparation étanche entre ces compartiments, lesquels peuvent être recouverts par une couverture étanche. Chaque compartiment inclut des moyens de captage de la fraction gazeuse, provenant de la décomposition des déchets, ainsi que des moyens de circulation de la fraction liquide présente depuis une zone d'accumulation vers le haut du massif de déchets traité. Le procédé de traitement des déchets associé à l'installation comprend, pour chaque compartiment, un cycle individuel commençant par la phase de remplissage, suivie de la phase de digestion anaérobie (avec captage des biogaz produits pour valorisation) puis s'achevant par la phase d'évacuation du reliquat de déchets, permettant un nouveau cycle de traitement dans le compartiment concerné. L'ensemble est piloté selon une séquence constituée des cycles des différents compartiments, démarrant successivement avec un décalage entre eux, calculé selon différents paramètres clés. L'installation combine l'ensemble des conditions favorables à la méthanogénèse et au captage intégral des biogaz, et vise une digestion de 90% de la fraction fermentescible des déchets. L'installation constitue un compromis entre la capacité des décharges et l'efficacité de la digestion anaérobie des méthaniseurs. Elle présente l'avantage de produire en fin de traitement un reliquat aisément évacuable des compartiments, lequel présente les caractéristiques requises (granulométrie et siccité ciblées, pouvoir calorifique élevé) pour une valorisation thermique efficiente et rentable.

Description

INSTALLATION ET PROCEDE DE TRAITEMENT SEQUENTIEL DE DECHETS CONTENANT DES MATIERES ORGANIQUES, EN VUE DE LEUR VALORISATION
ENERGETIQUE Domaine technique de l'invention
L'invention concerne une installation de traitement de déchets, ainsi qu'un procédé de mise en œuvre de cette installation.
L'invention vise le traitement et la valorisation énergétique de tout déchet solide, non toxique et contenant des matières organiques. La principale source de tels déchets est la collecte des ordures ménagères et des déchets dits végétaux ou verts, générés par l'agriculture ou l'entretien des parcs et jardins.
Etat de la technique
Pour réduire le volume des déchets dits ultimes, à savoir ceux autorisés à partir en décharge, la réglementation européenne et, par extension, les lois nationales des pays membres de l'Union Européenne, stipulent que la fraction organique de ces déchets solides doit, préalablement à tout enfouissement, être traitée et réduite :
soit par digestion bactérienne aérobie, dans le cadre d'une filière de compostage ; soit par digestion bactérienne anaérobie, dans le cadre d'une filière de méthanisation ;
ou par une combinaison de ces deux modes de traitement.
Ces deux types de traitement génèrent des sous-produits valorisâmes, qui sont respectivement du compost (filière de compostage) et du biogaz riche en méthane (filière de méthanisation).
Toutefois, ces deux sous-produits valorisâmes ne sont pas d'intérêt équivalent. En effet, le compostage présente une valeur ajoutée très faible, car le compost n'a pratiquement aucune valeur marchande, sauf dans les pays ne disposant pas de terres agricoles de qualité.
La méthanisation permet en revanche une valorisation significative des déchets organiques, car elle permet de produire du biogaz. Ce dernier constitue une énergie renouvelable, dont le potentiel énergétique est élevé puisqu'il contient une fraction substantielle de méthane, et dont le bilan carbone est très favorable.
En résumé, dans le cadre des réglementations en vigueur en Europe, le traitement de la fraction organique des déchets, appelée fraction fermentescible, s'oriente principalement vers la valorisation énergétique. En effet, cette dernière présente un bilan beaucoup plus attractif sur le plan économique, tout en étant équivalent sur le plan environnemental, par comparaison avec la filière de compostage.
Il existe actuellement deux principales filières de valorisation énergétique des déchets, d'une part de méthanogénèse et d'autre part d'incinération, dont chacune présente des bilans contrastés.
D'une part, la filière de méthanogénèse utilise le biogaz ainsi produit comme carburant dans des génératrices électriques fonctionnant au gaz, ou bien injecte ce biogaz dans des réseaux existants de distribution de gaz de ville. Ce type de valorisation ne peut toutefois traiter que la partie fermentescible des déchets à valoriser. Les autres fractions, qui ne peuvent être méthanisées, dans le méthaniseur ou la décharge où s'effectue un captage de biogaz, restent non traitées. Aussi, dans le cadre des techniques employées actuellement, la valorisation thermique de ces déchets ultimes n'est pas réalisable, car elle est complexe techniquement et donc trop coûteuse pour être économiquement viable. La méthanogénèse se produit naturellement dans les décharges d'ordures ménagères, mais sur des durées très longues (jusqu'à 20 ans). De plus, cette solution implique un investissement considérable pour capter le biogaz ainsi produit, et entraine des contraintes opérationnelles importantes, ce qui la rend économiquement viable uniquement pour les très gros volumes de déchets traités (plus d'un million de tonnes de déchets stockés). La méthanogénèse est mieux mise en œuvre dans un méthaniseur, qui est un réacteur de taille restreinte équipé de moyens de brassage des déchets. Le temps de traitement est relativement faible, mais le méthaniseur nécessite, pour être efficace, une séparation préalable de la fraction organique, qui est très complexe et coûteuse, ce qui porte le prix de revient de la méthanisation des déchets solides à des niveaux économiquement prohibitifs.
D'autre part, la filière d'incinération utilise la chaleur produite dans des dispositifs divers, tels notamment des turbines à vapeur ou des réseaux de chaleur. Cette valorisation est cependant efficace uniquement sur la partie sèche des déchets à valoriser, telle que les matières fibreuses ou plastiques. On ne valorise en revanche pas le potentiel méthanogène de la fraction fermentescible humide, laquelle dégrade fortement le rendement de la valorisation thermique de la fraction sèche et rend l'exploitation des incinérateurs très complexe.
Cette dichotomie des traitements, entre la fraction fermentescible humide et la fraction sèche à fort pouvoir calorifique, engendre une inefficacité globale de la valorisation énergétique des déchets telle qu'elle est pratiquée actuellement.
Afin d'illustrer les limites de l'art antérieur, on peut tout d'abord citer EP 1 767 500 qui a pour objet une installation de fermentation sèche Cette dernière comprend plusieurs compartiments de réception des déchets à traiter, lesquels peuvent être recouverts sélectivement au moyen d'une membrane étanche. La solution technique décrite dans ce document n'assure cependant pas un traitement optimal de tous les types de déchets, en particulier de la fraction fermentescible humide de ces derniers.
Par ailleurs on connaît, de FR 2 543 159, un digesteur pour la production de biométhane à partir de substances organiques. Ce digesteur comprend une embase fixe et une cuve supérieure, laquelle délimite plusieurs compartiments et peut être entraînée en rotation autour de son moyeu central. On retrouve en outre un poste d'introduction des déchets à traiter au travers d'une ouverture de la cuve, ainsi qu'un poste de vidage des déchets une fois traités.
Ce document n'est pas un point de départ prometteur, pour résoudre les problèmes techniques visés par la présente invention. En effet, même s'il ne mentionne pas explicitement le volume des compartiments, il est clair pour l'homme du métier que ces derniers présentent une taille bien inférieure à 1000 mètres cube. FR 2 543 159 enseigne d'immerger entièrement le volume de chaque compartiment. Par conséquent, si ce dernier devait dépasser 1000 mètres cube, sa masse s'élèverait nécessairement à plusieurs centaines de tonnes. Cette possibilité est donc techniquement irréaliste pour l'homme du métier, puisque ces compartiments sont entraînés en rotation.
On notera en outre que ce document indique que la vidange du plateau de chargement peut être réalisée directement dans une remorque ou un épandeur à fumier. Dans le même esprit, il est également fait mention d'un chariot de manutention. L'utilisation de ces engins, adaptés uniquement à des volumes d'au plus quelques dizaines de mètres cube, est totalement incompatible avec des compartiments dépassant chacun 1000 mètres cube, comme dans la présente invention.
FR 2 543 159 enseigne en outre à l'homme du métier d'immerger entièrement chaque compartiment, en indiquant un niveau minimum 31. Cet enseignement détourne l'homme du métier de faire appel à une quelconque recirculation de liquide, comme dans la présente invention. En effet, une telle recirculation est totalement incompatible avec l'immersion complète des compartiments prévue dans FR 2 543 159. De plus, ce document n'apporte aucun enseignement technique clair à l'homme du métier, en ce qui concerne le vidage de chaque compartiment. A cet égard, on rappellera qu'un des objectifs de la présente invention est précisément d'apporter une solution satisfaisante au problème technique du vidage de compartiments de grande taille. Enfin, le moyeu central de FR 2 543 159 est lui aussi immergé, tout en étant mobile en rotation. Ces caractéristiques sont totalement incompatibles avec le fait de ménager un espace fonctionnel commun, selon une caractéristique avantageuse de la présente invention.
Enfin US 5,269,634 et US 2010/159571 décrivent des installations de bio-digestion, présentant des structures similaires. On retrouve une pluralité de digesteurs, mis en communication par des conduites permettant de transférer tout ou partie des lixiviats entre les différents digesteurs. Ces deux derniers documents n'apportent aucun élément technique supplémentaire, vis-à-vis de l'enseignement de EP 1 767 500, auquel il est fait référence ci-dessus. En effet ils décrivent manifestement des enceintes individuelles de taille réduite, bien inférieure à la valeur de 1000 mètres cube, objet de la présente invention. Par ailleurs, aucun de ces deux documents n'apporte une solution industriellement viable, en ce qui concerne le vidage de ces enceintes.
Compte tenu de ce qui précède, un objectif de la présente invention est de remédier, au moins partiellement, aux inconvénients de l'art antérieur évoqués ci-dessus.
Un autre objectif de l'invention est de proposer une installation et un procédé qui permet un traitement efficace à la fois de la fraction fermentescible humide et de la fraction non fermentescible sèche des déchets.
Un autre objectif de l'invention est de proposer un tel procédé, qui est relativement simple à piloter et qui autorise un temps de traitement raisonnable.
Un autre objectif de l'invention est de proposer une telle installation, qui présente une structure relativement simple et implique des frais de fonctionnement relativement peu élevés.
Un autre objectif de l'invention est de proposer une telle installation, qui autorise un remplissage par gravité et un vidage commode des déchets en vue de leur valorisation ultime.
Objets de l'invention
Selon l'invention, les objectifs ci-dessus sont atteints au moyen d'une installation de traitement de déchets solides contenant des matières organiques, notamment de déchets ménagers et/ou de déchets végétaux, pour produire du biogaz et récupérer le biogaz produit, cette installation comprenant au moins deux compartiments, le volume de chaque compartiment étant supérieur à 1000 (mille) mètres cube, ainsi que des moyens de séparation entre ces compartiments, étanches à la fois aux gaz et aux liquides, chaque compartiment comportant : un volume intérieur de réception des déchets à traiter, présentant une ouverture d'admission des déchets ;
- des parois périphériques bordant ce volume intérieur ;
l'installation comprenant en outre au moins une couverture étanche à la fois aux gaz et aux liquides, propre à recouvrir au moins un compartiment ;
caractérisée en ce que cette installation comprend des moyens de captage d'une fraction gazeuse, provenant au moins en partie de la décomposition des déchets, en ce que chaque compartiment définit une zone d'accumulation d'une fraction liquide, provenant au moins en partie de la décomposition des déchets, et en ce que l'installation comprend des moyens de circulation propres à faire circuler cette fraction liquide depuis la zone d'accumulation vers le volume intérieur de réception.
Selon d'autres caractéristiques de l'installation de l'invention, prises isolément ou selon toute combinaison mutuelle, techniquement compatible :
le volume de chaque compartiment est supérieur à 2000 (deux mille) mètres cube, en particulier supérieur à 8000 (huit mille) mètres cube, de manière préférée supérieur à 12000 (douze mille) mètres cube.
le volume de chaque compartiment est inférieur à 50000 (cinquante mille) mètres cube, en particulier inférieur à 40000 (quarante mille) mètres cube, de manière préférée inférieur à 25000 (vingt-cinq mille) mètres cube.
l'installation comprend au minimum trois (3) compartiments, en particulier au minimum quatre (4) compartiments.
l'installation comprend au maximum seize (16) compartiments, en particulier au maximum douze (12) compartiments, de manière préférée au maximum huit (8) compartiments
la zone d'accumulation de la fraction liquide est une zone d'accumulation par gravité.
la zone d'accumulation par gravité est délimitée par un fond de l'installation, incliné par rapport à l'horizontale.
les moyens de circulation sont propres à faire circuler cette fraction liquide depuis la zone d'accumulation vers la partie supérieure du volume intérieur de réception, les moyens de circulation comprennent, pour chaque compartiment, des moyens de pompage, situés au voisinage de la zone d'accumulation, des moyens de transfert ainsi que des moyens de distribution dans le volume intérieur de réception.
les moyens de captage comprennent, pour chaque compartiment, au moins un ensemble tubulaire de captage, lequel est placé dans le volume intérieur de réception, ainsi qu'un collecteur mis en communication avec chaque ensemble tubulaire de captage.
l'installation comprend un espace fonctionnel commun, prévu au voisinage de l'ensemble des compartiments.
- l'espace fonctionnel commun est central et les compartiments s'étendent à la périphérie de cet espace fonctionnel, lequel définit une partie des parois périphériques d'au moins une partie des compartiments.
les moyens de séparation comprennent des parois de séparation s'étendant radialement à partir de l'espace fonctionnel commun central.
- au moins un compartiment est un compartiment dit de service, qui débouche directement dans l'espace fonctionnel commun.
les moyens de transfert de la fraction liquide comprennent des moyens de contrôle d'au moins un paramètre de la fraction liquide présente dans chaque compartiment.
- les moyens de transfert de la fraction liquide s'étendent pour partie à l'extérieur du compartiment, en particulier dans l'espace fonctionnel commun,
il est prévu un collecteur de la fraction gazeuse qui est commun à plusieurs compartiments et qui s'étend pour partie à l'extérieur du compartiment, en particulier dans l'espace fonctionnel commun.
- le nombre minimal (N) de compartiments de l'installation est déterminé par la formule suivante :
N= T*X/(V*dentrant), OÙ
T est la durée du cycle interne d'un compartiment, depuis le début de la phase de remplissage jusqu'à la fin de la phase de vidage (exprimé en nombre de périodes de référence) ;
X est le tonnage de déchets entrant dans l'installation (exprimé en tonnes par période de référence) ;
V est le volume moyen des compartiments de l'installation ;
dentrant est la densité moyenne des déchets entrant dans l'installation.
L'invention a également pour objet un procédé de mise en œuvre d'une installation de traitement de déchets contenant des matières organiques, notamment de déchets ménagers et/ou de déchets végétaux, pour produire du biogaz et récupérer le biogaz produit, telle que ci-dessus, ce procédé comprenant, pour chaque compartiment, les étapes suivantes :
- on remplit le volume intérieur du compartiment avec les déchets à traiter, de façon à former un massif de déchets ; - on dispose la couverture, étanche à la fois aux gaz et aux liquides, au-dessus du massif de déchets, de manière à rendre sensiblement étanche le volume intérieur ; on réalise une digestion anaérobie au moins partielle de la part fermentescible des déchets de manière à produire une fraction gazeuse ainsi qu'une fraction liquide ; - pendant au moins une partie de l'étape de digestion anaérobie, on extrait au moins une partie de la fraction liquide hors de la zone d'accumulation et on introduit au moins une partie de la fraction liquide ainsi extraite dans le massif de déchets ; au terme de l'étape de digestion, on évacue le résidu du massif de déchets hors du volume intérieur.
Selon d'autres caractéristiques du procédé de l'invention, prises isolément ou selon toute combinaison mutuelle, techniquement compatible :
avant d'admettre les déchets à traiter dans le volume intérieur du compartiment, on réalise un mouillage préalable des déchets afin de porter leur fraction fermentescible à son état de saturation en humidité.
- avant de réaliser ce mouillage préalable, on lacère les déchets à traiter de façon à transformer une majeure partie de ces déchets en lanières, dont la plus grande dimension est avantageusement supérieure à 5 centimètres, notamment à 10 centimètres, et dont la plus petite dimension est avantageusement comprise entre 2 et 5 centimètres.
- on élimine une fraction d'eau excédentaire des déchets préalablement mouillés, avant d'admettre ces déchets dans le volume intérieur du compartiment. Les étapes avantageuses de lacération, mouillage et élimination d'eau excédentaire sont réalisées par tout moyen approprié. Elles sont typiquement mises en œuvre dans une zone de réception de ces déchets, adjacente à l'installation, à partir de laquelle ces déchets sont convoyés vers le volume intérieur de chaque compartiment.
- les débuts de chaque étape de digestion anaérobie, dans les différents compartiments, sont décalés les uns par rapport aux autres selon un temps de décalage (At), de manière à répartir dans le temps la production de biogaz.
- le temps de décalage (At) est calculé selon la formule suivante : At = inf((V*dentrant)/X; T/N), OÙ
X est le tonnage de déchets entrant dans l'installation (exprimé en tonnes par période de référence) ;
V est le volume moyen du volume intérieur de réception des déchets des compartiments de l'installation ;
dentrant est la densité moyenne des déchets entrant dans l'installation ; T est la durée du cycle interne d'un compartiment, depuis le début de la phase de remplissage jusqu'à la fin de la phase de vidage (exprimé en nombre de périodes de référence) ;
N est le nombre de compartiments constituant l'installation.
- on élimine au moins une partie de cette fraction extraite.
on analyse la fraction liquide extraite, de manière à accéder à au moins un paramètre de cette fraction liquide, et on élimine au moins une partie de cette fraction extraite dans le cas où elle présente au moins un paramètre dont la valeur analysée est en dehors d'une plage de consigne.
- on pilote l'étape de digestion anaérobie, de manière à atteindre un taux prédéterminé de digestion de la fraction organique dégradable, initialement présente dans le massif de déchets, ce taux étant compris entre 50 et 95%, de préférence entre 70 et 90%.
en vue de piloter l'étape de digestion anaérobie, on extrait la fraction gazeuse produite dans chaque compartiment et on mesure en temps réel le taux de méthane contenu dans cette fraction gazeuse.
la courbe tracée par les relevés (en m3/h de méthane capté) permet de piloter l'installation, par comparaison avec la courbe théorique de méthanogénèse, établie sur la base du volume et de la composition des déchets entrés dans le compartiment :
• la juxtaposition des courbes indique comment les conditions de digestion anaérobie dans le compartiment se situent par rapport à l'optimum théorique et de procéder aux actions correctives si nécessaire ;
• le rapport des surfaces entre l'aire de la courbe tracée par les relevés et celle de la courbe théorique indique le taux de digestion anaérobie réalisé. Lorsque l'objectif fixé est atteint, on peut interrompre la recirculation de la fraction liquide et commencer la phase de séchage du reliquat de déchets. la durée de l'étape de digestion anaérobie est comprise entre 12 et 72 mois, notamment entre 30 et 60 mois.
- on réalise l'étape de digestion anaérobie, de manière à décomposer au moins
70%, de préférence au moins 90%, de la fraction organique dégradable du massif de déchets.
on introduit au moins une partie de la fraction liquide extraite dans le massif de déchets, de manière à maintenir l'humidité relative de ce massif de déchets à une valeur comprise entre 20% et 70%, de préférence entre 40% et 60%. on envoie au moins une partie du biogaz généré vers un dispositif de production d'énergie, notamment d'énergie mécanique, tel un moteur ou une turbine.
- avant de vider le résidu, on réalise une étape de séchage du massif des déchets, de manière à abaisser l'humidité relative de ce massif de déchets au-dessous de 20%, de préférence au-dessous de 10%.
on obtient un résidu sec au terme de l'étape de séchage et on valorise thermiquement au moins une partie de ce résidu, notamment dans une chaudière à combustible solide ou autre dispositif de combustion. Par résidu sec on entend un massif de déchets dont la masse en liquide est inférieure à 20% de la masse de la matière sèche.
L'invention a enfin pour objet un procédé de dimensionnement d'une installation de traitement de déchets telle que ci-dessus, dans lequel on détermine le nombre minimal (N) de compartiments de l'installation par la formule suivante :
N= T*X/(V*dentrant), OÙ
T est la durée du cycle interne d'un compartiment, depuis le début de la phase de remplissage jusqu'à la fin de la phase de vidage (exprimé en nombre de périodes de référence) ;
X est le tonnage de déchets entrant dans l'installation (exprimé en tonnes par période de référence) ;
V est le volume moyen des compartiments de l'installation ;
dentrant est la densité moyenne des déchets entrant dans l'installation.
L'installation de traitement des déchets, conforme à l'invention, permet la valorisation énergétique séparée des fractions fermentescible et non-fermentescible des déchets solides. On notera en outre que cette installation est propre à opérer efficacement, sans besoin d'une séparation physique préalable des deux fractions précitées.
Les déchets sont tout d'abord traités au moyen d'une digestion anaérobie de leur fraction organique fermentescible, conduisant notamment à la production de biogaz. Cette fraction fermentescible disparaît donc du volume intérieur du compartiment de traitement, en laissant un reliquat à fort pouvoir calorifique, valorisable thermiquement au terme du procédé global de traitement. Ce reliquat présente les caractéristiques d'un combustible solide de récupération, ou CSR, ce qui permet sa valorisation thermique par tout système de combustion et récupération de la chaleur ainsi produite.
Hormis les phases de remplissage, compactage et vidage des compartiments, les déchets restent sensiblement statiques dans l'installation. Cela est avantageux, en particulier car le compartiment n'a pas à être équipé de moyens de brassage, qui sont d'un coût élevé et entraînent des frais de fonctionnement conséquents. Les déchets font l'objet d'un traitement exclusivement biochimique, d'une durée déterminée précisément en fonction de la vitesse de digestion anaérobie des composés organiques présents dans le massif de déchets.
L'installation conforme à l'invention permet d'atteindre des conditions d'efficacité optimales, en vue d'une valorisation satisfaisante des déchets par méthanogénèse.
L'invention assure tout d'abord des conditions d'optimisation de la génération de méthane. A cet égard la recirculation des lixiviats, à savoir de la fraction liquide, permet le maintien d'un taux d'humidité optimal. De plus, le broyage des déchets, préalable à leur entrée dans le compartiment, permet d'obtenir une granulométrie ciblée, qui améliore le rendement de la méthanogénèse.
L'invention assure en outre des conditions d'optimisation du taux de captage des biogaz générés. A cet égard, la présence de réseaux de captage dans chaque compartiment est particulièrement avantageuse. De plus, la couverture assure la mise en étanchéité de chaque compartiment lors de la phase de digestion anaérobie.
L'installation permet de combiner l'ensemble des conditions favorables à la méthanogénèse et au captage des biogaz générés. Dans ces conditions, on peut réalistement viser une digestion de plus de 80% de la fraction organique biodégradable au cours des cinq années suivant la mise en condition anaérobie des déchets traités par cette installation.
L'invention constitue un compromis judicieux entre les solutions respectives, proposées par les méthaniseurs et les décharges.
En effet, elle présente tout d'abord des avantages par rapport aux méthaniseurs. Ainsi, l'installation conforme à l'invention est dépourvue notamment de moyens de brassage des déchets, de sorte que sa structure est moins coûteuse que celle des méthaniseurs.
Cette installation présente également un volume de traitement des déchets qui est très supérieur à celui des méthaniseurs.
Par ailleurs, l'invention présente des avantages spécifiques, par rapport aux décharges. En particulier, les déchets peuvent être chargés puis vidés de façon plus commode que dans le cadre d'une mise en décharge. En outre, l'invention permet une durée totale du traitement très réduite par rapport au cycle complet de vie d'une décharge, lequel est de
40 à 50 ans. La qualité du traitement est également améliorée de manière sensible en terme de rendement de la méthanogénèse et de taux de du captage du biogaz produit. Enfin, la capacité de suivre, en temps réel, dans chaque compartiment, l'évolution de la fraction liquide et de la fraction gazeuse des déchets, permet un pilotage très précis de cette dernière et d'atteindre précisément les objectifs fixés en matière de taux de digestion anaérobie des déchets organiques fermentescibles, ce qui est impossible à réaliser en décharge dans des conditions économiquement viables.
On notera en outre que l'invention permet de remédier aux inconvénients, liés à l'enseignement de EP 1 767 500. En effet, la circulation de la fraction liquide dans le massif de déchets permet de maintenir ces derniers à un taux d'humidité optimal. Dans ces conditions, le potentiel méthanogène de la fraction fermentescible humide peut être valorisé de manière satisfaisante.
Description des figures
L'invention va être décrite ci-après, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels :
La figure 1 est une vue en perspective illustrant une installation de traitement de déchets conforme à l'invention.
La figure 2 est une vue de dessus illustrant l'installation de la figure 1 .
Les figures 3 et 4 sont des vues en perspective d'un compartiment appartenant à l'installation des figures 1 et 2, illustrant respectivement les moyens de captage de gaz, ainsi que les moyens de circulation de liquide, équipant ce compartiment.
La figure 5 est une vue en coupe du compartiment des figures 3 et 4, selon la ligne V-V à la figure 2.
La figure 6 est une vue en perspective du compartiment de la figure 5, selon un angle différent des figures 3 et 4, avec arrachements selon la ligne V-V.
Les références numériques suivantes sont utilisées dans la présente description :
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Description détaillée L'installation conforme à l'invention, décrite sur les figures, comprend essentiellement un espace fonctionnel commun, placé de façon centrale, plusieurs compartiments s'étendant radialement à partir de cet espace fonctionnel commun, ainsi que des moyens de captage de gaz et des moyens de circulation de liquide.
De façon plus précise, l'espace fonctionnel commun 1 est creux et présente une forme polygonale, vue de dessus. Il repose sur une embase 2, également polygonale qui présente des dimensions radiales plus importantes que celles de cet espace. Le nombre de côtés de l'espace fonctionnel correspond au nombre de compartiments, dont est pourvue l'installation. Chaque paroi périphérique 1A à 1 F de l'espace fonctionnel, correspondant à un côté de ce dernier, forme une première paroi latérale d'un compartiment respectif. A partir de chaque angle de l'espace fonctionnel, à savoir chaque intersection entre deux côtés consécutifs, une paroi radiale respective 3A à 3F s'étend vers l'extérieur. Deux parois radiales consécutives 3A et 3B, 3B et 3C, 3F et 3A, forment deux autres parois latérales d'un compartiment respectif.
Le matériau constitutif des parois 1A à 1 F, de l'embase 2, ainsi que des parois 3A à 3F, présente avantageusement les caractéristiques suivantes :
imperméabilité aux gaz, notamment air et biogaz, ainsi qu'aux liquides, notamment lixiviats et eau de pluie ;
résistance à la corrosion provoquée par l'oxydation des différents matériaux ;
- résistance mécanique élevée, en particulier résistance aux chocs engendrés par les engins manipulant les déchets lors des différentes phases de mise en œuvre. Dans ces conditions, un matériau préféré est par exemple le béton. A titre de variante, on peut aussi utiliser des parois métalliques ou des talus en terre recouverts de géomembranes étanches.
Dans l'exemple illustré, l'installation conforme à l'invention comprend six compartiments de réception et de traitement des déchets, qui sont affectés des références 4A à 4F. Cependant, en variante, on peut prévoir un nombre différent de tels compartiments, notamment compris entre 4 et 6. Dans ce qui suit, on va présenter plus en détail la structure du compartiment 4A, étant entendu que les autres compartiments présentent une structure similaire.
Outre les parois latérales décrites ci-dessus, le compartiment 4A possède un fond 10, lequel est formé en partie par l'embase 2. Comme on l'a vu ci-dessus, cette embase est avantageusement bétonnée. Par ailleurs la partie extérieure 1 1 du fond, périphérique à cette embase, est avantageusement imperméabilisée par tout revêtement approprié, notamment grâce à une géo-membrane. A titre de variante, on peut aussi utiliser d'autres matériaux imperméables telles que l'argile voire le béton, en épaisseur suffisante. En coupe longitudinale, comme illustré en figure 5, la surface du fond est légèrement inclinée, à savoir que son altitude augmente à partir de la jonction avec l'espace fonctionnel 1 . Ceci permet au liquide de s'accumuler, par gravité, dans une zone Z délimitée par cette surface. Le taux de pente entre cette surface et l'horizontale, noté a sur la figure 5, est avantageusement compris entre 1 et 2° (degrés).
Le fond 10 est prolongé, radialement vers l'extérieur, par une paroi d'enceinte 12 qui relie les extrémités libres des deux parois latérales 3A et 3B, et qui définit une rampe inclinée. Si on note β l'angle formé par la surface de cette paroi 12 et l'horizontale, cet angle est avantageusement compris entre 30° et 60° (degrés). Cette surface est avantageusement imperméabilisée par tout revêtement approprié, notamment grâce à une membrane géotextile.
Afin que des engins de chantier puissent accéder aisément au fond du compartiment, la paroi d'enceinte inclinée 12 est dotée, pour chaque compartiment, d'une rampe 15 s'étendant de manière oblique par rapport à la ligne de plus grande pente. De façon avantageuse, la pente de cette rampe d'accès au fond du compartiment est inférieure à 33 % (pour cents)
De façon plus précise, on retrouve une piste périphérique 14, formant un pourtour du compartiment, laquelle descend en pente douce depuis l'extrémité libre d'une première paroi latérale 3A en direction de l'autre paroi latérale 3B. Cette piste 14 est prolongée, à son extrémité inférieure voisine de cette paroi 3B, par une rampe radialement intérieure 15 qui débouche sur le fond 10. On notera que les pistes périphériques 14 et 14' de deux compartiments adjacents (par exemple A et F sur la figure 2) communiquent l'une avec l'autre.
La paroi d'enceinte 12 est en outre bordée par un remblai 16, lequel est en surélévation de plusieurs mètres par rapport au niveau du sol 17. On va maintenant donner, à titre purement indicatif, différentes valeurs dimensionnelles relatives à chaque compartiment :
- Volume intérieur V du compartiment, qui correspond au volume utile en pratique, susceptible d'être occupé par les déchets : entre 2000 m3 et 50 000 m3, typiquement entre 10 000 m3 et 25 000 m3. Ce volume V est délimité par le fond, les parois radiales, la paroi d'enceinte, et le plan horizontal passant par le haut de la piste périphérique 14.
Hauteur H1 de l'espace 1 : entre 4 m et 20 m, typiquement entre 8 m et 15 m. Rayon R, à savoir plus grande distance entre l'axe vertical de l'espace 1 et la piste
14 formant pourtour, entre 15 m et 100 m.
- Largeur L, à savoir distance entre les extrémités libres des parois latérales, entre
15 m et 150 m. L'installation de traitement de déchets conforme à l'invention comprend en outre une couverture 20, propre à recouvrir sélectivement le volume intérieur de l'un ou l'autre des compartiments ci-dessus, en fonction de l'état d'avancement du procédé de traitement des déchets. Le matériau constitutif de cette couverture, laquelle est représentée sur le compartiment 4E (plein et couvert) des figures 1 et 2, présente avantageusement les caractéristiques suivantes :
imperméabilité aux gaz, notamment air et biogaz, ainsi qu'aux liquides, notamment aux eaux de pluie ;
résistance à la corrosion liée aux contacts prolongés que cette couverture est susceptible d'avoir avec les matériaux chimiquement actifs présents dans le compartiment ;
résistance mécanique, en particulier résistance à l'accumulation de d'eau de pluie et/ou de neige, ainsi que résistance à la perforation induite par d'éventuels éléments entrant au contact de la surface intérieure et/ou extérieure de cette couverture.
Dans ces conditions, un matériau préféré est par exemple un géotextile, la couverture étant alors de type géo-membrane. La couverture peut être posée directement sur le massif de déchets, sans fixation complémentaire, notamment sur les parois latérales. A titre de variante, on peut prévoir des moyens de fixation, avantageusement de fixation amovible, permettant de solidariser cette couverture, notamment sur les parois latérales précitées.
Les moyens de captage, équipant l'installation conforme à l'invention, permettent d'extraire, hors de chaque compartiment, les gaz libérés par les déchets durant leur traitement. Ces moyens de captage sont plus particulièrement visibles sur les figures 5 et 6, ainsi que sur la figure 3 où les moyens de circulation de la fraction liquide ne sont en revanche pas représentés, dans un but de clarté. Ils comprennent, dans chaque compartiment, au moins un ensemble tubulaire 30, dont chacun est formé par un tube principal 31 , s'étendant radialement, ainsi que par des tubes secondaires 32. Ces derniers s'étendent dans le plan horizontal de façon oblique, de part et d'autre du tube principal précité.
De façon avantageuse, on retrouve au moins deux ensembles tubulaires analogues, disposés l'un au-dessus de l'autre à l'intérieur du compartiment. La figure 5 illustre deux ensembles tubulaires 30 et 30', répartis régulièrement sur la hauteur de l'espace central 1 . Les tubes 31 et 32 sont avantageusement réalisés en un matériau résistant, en service, à la pression statique du massif de déchets. A titre indicatif, un tel matériau est par exemple le polyéthylène. Chaque tube, dont la section transversale est d'un diamètre compris entre 5 et 15 cm, est percé d'ouvertures de captage. Ces ouvertures, ménagées à intervalles réguliers, présentent typiquement une section comprise entre 1 et 3 cm2.
Les différents ensembles tubulaires, mis en place dans les compartiments de l'installation, débouchent radialement vers l'intérieur dans un collecteur commun 33, prévu dans l'espace commun central (voir notamment figures 5 et 6). De façon préférée, la liaison entre chaque tube 31 et ce collecteur est de type amovible, par exemple grâce à un manchon mobile. Ce collecteur 33, qui permet de centraliser les flux de gaz, est associé à une pompe 34, par exemple de type centrifuge. Cette dernière présente avantageusement une puissance réglable, afin de conférer un caractère modulable à la mise en dépression du réseau tubulaire de captage. De façon avantageuse, le collecteur 33 s'étend hors de l'espace commun central 1 et débouche dans un dispositif de production d'énergie non représenté, par exemple du type moteur (ou turbine) fonctionnant au biogaz, entraînant une génératrice électrique et fonctionnant avantageusement en cycle combiné.
Les moyens de circulation, équipant l'installation conforme à l'invention, permettent de recycler la fraction liquide, depuis le fond du compartiment où cette fraction s'accumule par gravité, vers le sommet de ce compartiment. Ces moyens de circulation sont plus particulièrement visibles sur les figures 5 et 6, ainsi que sur la figure 4 où les moyens de captage de la fraction gazeuse ne sont en revanche pas représentés, dans un but de clarté. Ils comprennent, dans chaque compartiment, un organe tubulaire de pompage 43, s'étendant sur sensiblement toute la hauteur de l'espace 1 , lequel est associé à une pompe 44 de mise en circulation.
Une première extrémité 43' de l'organe de pompage débouche au voisinage du fond du compartiment, en traversant le bas de la paroi de séparation 1A, alors que son autre extrémité 43" communique avec un ensemble tubulaire de distribution 40. Ce dernier est formé par un tube principal 41 , s'étendant radialement, ainsi que par des tubes secondaires 42 s'étendant transversalement, de part et d'autre de ce tube principal. De façon avantageuse, on retrouve un unique ensemble tubulaire 40 de distribution, placé au-dessus des ensembles tubulaires 30 de captage. L'organe de pompage 43 est avantageusement équipé de moyens non représentés, permettant le contrôle d'au moins un paramètre de la fraction liquide présente dans chaque compartiment.
Les tubes 41 et 42 sont avantageusement réalisés en un matériau plastique. A titre indicatif, un tel matériau est par exemple le polyéthylène. Chaque tube 41 ou 42, dont la section transversale est par exemple comprise entre 6 et 20 cm2, est équipé d'injecteurs, de type connu en soi, permettant de distribuer la fraction liquide au-dessus du massif de déchets. Ces injecteurs sont prévus à intervalles réguliers, typiquement entre 1 et 3 m. Selon une caractéristique avantageuse, on peut prévoir d'ajouter une ou plusieurs vanne(s), en particulier de type deux voies ou analogue, sur le circuit de recirculation des liquides, en particulier de piquer cette vanne ou ces vannes sur l'un des tubes 42. Une telle vanne ou une pluralité de telles vannes, non représentée(s) sur les figures, permet(tent) de vider ce circuit et/ou de le remplir avec des liquides provenant de l'extérieur du compartiment, notamment en vue de réguler et/ou modifier l'ensemencement bactérien des liquides recirculés dans ce compartiment. Une telle vanne ou une pluralité de telles vannes peu(ven)t aussi permettre une mise en communication des liquides, entre les différents compartiments. On peut prévoir qu'une première vanne assure la fonction de vidage, alors qu'une autre vanne assure la fonction de remplissage. A titre de variante, on peut prévoir qu'une unique vanne assure à la fois ces fonctions de vidage et de remplissage.
Dans l'exemple décrit ci-dessus et représenté sur les figures annexées, l'espace fonctionnel commun est placé de façon centrale, alors que les compartiments de traitement sont placés de façon radiale, à la périphérie de cet espace central. A titre de variante non représentée, on peut prévoir que les compartiments sont disposés côte à côte, par exemple sur deux lignes parallèles. L'espace commun, équipé des éléments fonctionnels communs à ces compartiments, est alors prévu de façon médiane, entre les deux lignes précitées.
Dans l'exemple décrit ci-dessus et représenté sur les figures annexées, tous les compartiments sont des compartiments dits de traitement, à savoir qu'ils sont séparés de l'espace fonctionnel commun 1 par l'une des parois périphériques 1A à 1 F. A titre de variante non représentée, on peut prévoir qu'au moins un compartiment est un compartiment dit de service, à savoir qu'il débouche directement dans l'espace fonctionnel commun 1 , sans être séparé de ce dernier par une paroi, telle que celles 1A à
1 F. Un tel mode de réalisation est avantageux, car il autorise un accès particulièrement simple à l'espace fonctionnel commun. Dans un exemple de réalisation typique, on retrouve six compartiments de traitement, ainsi qu'un unique compartiment de service. De façon préférée, le ou chaque compartiment de service s'étend selon un secteur angulaire, qui est inférieur à celui des compartiments de traitement.
La mise en œuvre de l'installation de traitement de déchets, décrite ci-dessus, va maintenant être explicitée dans ce qui suit.
Le processus de traitement opéré dans l'installation comprend au moins les trois étapes suivantes, à savoir le remplissage de chaque compartiment, la digestion anaérobie de la fraction fermentescible, ainsi que le vidage de chaque compartiment. En vue du remplissage précité on vide tout d'abord, dans une trémie, les bennes à ordures dans lesquelles sont recueillis les déchets à traiter. Les sacs contenant les déchets sont éventrés, puis on procède à un tamisage de ces déchets. De façon avantageuse, avant le remplissage proprement dit, on broie ces déchets afin d'obtenir une granulométrie prédéfinie, typiquement de valeur médiane comprise entre 20 mm et 80 mm, ce qui permet d'améliorer le rendement de la phase de digestion anaérobie du traitement. Les déchets ainsi broyés sont ensuite convoyés au droit de chaque compartiment, notamment par des tapis roulants non représentés, puis sont admis par gravité dans le volume intérieur de chacun de ces compartiments. Cette étape de remplissage présente une durée typiquement comprise entre 1 et 15 mois, notamment entre 6 et 12 mois.
Entre les étapes respectives de remplissage et de digestion anaérobie, on réalise avantageusement un compactage du massif de déchets déposé dans chaque compartiment. Cette opération est mise en œuvre par tout moyen approprié, notamment grâce à des engins de chantier. A cet égard, les rampes d'accès décrites ci-dessus (affectées des références 15 sur les figures 1 , 2 et 5) sont avantageuses, car elles autorisent un accès aisé à ces engins. Le réseau 30, 30' de captage des gaz est ensuite mis en place. Cette étape de compactage présente une durée typiquement comprise entre 1 et 5 jours.
Immédiatement avant de procéder à la digestion anaérobie, on ferme le compartiment. A cet effet, on installe le réseau 40 de surface de circulation de la fraction liquide, puis on met en place la couverture 20 au-dessus du compartiment. Cette étape de fermeture présente une durée typiquement comprise entre 10 et 30 jours.
L'étape de digestion anaérobie, ou méthanogénèse, permet de façon connue en soi de dégrader les matériaux organiques présents dans les déchets, en l'absence d'oxygène.
Cette dégradation est assurée par des bactéries qui digèrent la paroi cellulosique de ces matériaux organiques. Ces bactéries sont présentes dans la matière organique proprement dite et, le cas échéant, peuvent être complétées par d'éventuelles bactéries supplémentaires qui sont ensemencées dans le massif de déchets. La dégradation précitée conduit essentiellement à la formation d'une fraction liquide, comprenant majoritairement de l'eau, et d'une fraction gazeuse, ou biogaz, comprenant une part substantielle de méthane.
Durant cette digestion, le biogaz ainsi produit est tout d'abord aspiré par les tubes de captage 31 et 32. Le flux de biogaz est ensuite regroupé dans le collecteur principal, puis est analysé en temps réel afin d'en mesurer notamment les paramètres de température, débit (en m3 par seconde), taux de méthane et taux d'oxygène, et à intervalle régulier pour déterminer la présence (ou non) de composés chimiques corrosifs. Le biogaz est ensuite refroidi et séché, puis filtré afin d'éliminer notamment les composés chimiques indésirables, tels que les composés chlorés, soufrés, et les siloxanes. Le biogaz ainsi filtré est enfin injecté dans un dispositif de production d'énergie, tel un moteur (ou une turbine) couplé à une génératrice électrique, fonctionnant avantageusement en cycle combiné. La fraction liquide produite durant la digestion anaérobie, est extraite hors de la zone d'accumulation, située au fond du compartiment, au voisinage de la paroi bordant l'espace 1 . Cette extraction est réalisée par tout moyen approprié, notamment par une pompe aspirante. Le débit de la pompe est mesuré en continu et la fraction liquide en circulation est également analysée à intervalles réguliers afin d'en mesurer notamment certains des paramètres suivants : bactéries présentes, pH, teneur en ammonium et sels divers. Dans le cas où au moins un paramètre n'est pas conforme, à savoir qu'il se situe en dehors d'une plage cible prédéterminée, on corrige le cas échéant la valeur de ce ou de ces paramètres. A titre d'exemple, les actions correctives peuvent être un réensemencement bactérien, une neutralisation, une dilution ou une réduction de la fraction liquide circulant dans chaque compartiment.
La fraction liquide extraite est alors recyclée ou re-circulée, à savoir qu'elle est introduite dans le massif de déchets. Cette opération est réalisée via les tubes 41 et 42, qui permettent une admission de liquide au-dessus du massif de déchets. Ceci permet notamment de maintenir ces déchets dans des conditions appropriées de taux d'humidité et de température.
On contrôle par ailleurs, en continu, le volume de cette fraction liquide mis en circulation. A cet égard, on note que la zone d'accumulation présente une géométrie parfaitement définie. Il est donc aisé de déterminer le volume de liquide accumulé contre le fond 10, en connaissant l'altitude de la surface supérieure de ce liquide. On peut prévoir de placer par exemple un capteur haut et un capteur bas, au niveau du fond de chaque compartiment. Cela permet de maintenir constamment le volume liquide accumulé dans une plage donnée, correspondant au taux d'humidité visé dans le compartiment.
Le circuit de circulation est en outre associé à une purge, qui permet d'éliminer une partie de cette fraction liquide. En particulier, on peut purger du liquide si globalement le massif de déchets est trop humide. On peut également purger une partie du liquide si les paramètres de ce dernier ne peuvent pas facilement être corrigés. Dans ce dernier cas on rajoute, à la fraction liquide recyclée, du liquide d'appoint au niveau des tubes 41 et 42. Les conditions opératoires au sein du compartiment, durant cette phase de digestion anaérobie, sont avantageusement les suivantes :
- température comprise entre 30°C et 65°C, en particulier entre 45°C et 55°C - taux d'humidité compris entre 20% et 80%, en particulier entre 40% et 60%.
pH compris entre 5 et 9, en particulier entre 6,5 et 7,5.
De façon avantageuse, on met en œuvre cette étape de digestion anaérobie, de façon à valoriser au moins 70%, de préférence au moins 90%, de la fraction organique dégradable des déchets. Cette étape de digestion anaérobie présente une durée typiquement comprise entre 12 et 72 mois, notamment entre 30 et 60 mois.
Immédiatement après avoir terminé la digestion anaérobie, on prépare le vidage du compartiment. A cet effet, on arrête tout d'abord la mise en circulation de la fraction liquide, ce qui conduit à l'assèchement du massif de déchets et à la fin définitive de la méthanogenèse. Ensuite, on retire la couverture supérieure et on démonte le réseau de circulation de la fraction liquide. Cette étape de séchage et d'ouverture présente une durée typiquement comprise entre 3 et 12 mois, notamment entre 6 et 9 mois.
Enfin on réalise le vidage du compartiment, notamment grâce aux engins de chantier utilisés pour l'opération de remplissage. Les différents éléments du réseau de captage des biogaz sont par ailleurs démontés. Les résidus évacués, issus de la digestion anaérobie, peuvent ensuite faire l'objet d'une valorisation thermique, compte tenu de leur taux de siccité et potentiel calorifique élevés. Compte tenu du démontage des moyens de captage présents dans le compartiment (qui sont ainsi réutilisables pour le cycle de traitement suivant), cette étape de vidage présente une durée typiquement comprise entre 1 et 12 mois, notamment entre 3 et 9 mois.
Le nombre de compartiments de l'installation est déterminé en fonction du flux de déchets à traiter et de la durée de traitement visée. Le nombre minimal de compartiments de l'installation peut être calculé par la formule suivante :
N= T*X/(V*dentrant), OÙ
X est le tonnage de déchets entrant dans l'installation (exprimé en tonnes par période de référence) ;
V est le volume moyen des compartiments de l'installation ;
dentrant est la densité moyenne des déchets entrant dans l'installation ;
T est la durée du cycle interne d'un compartiment, depuis le début de la phase de remplissage jusqu'à la fin de la phase de vidage, et incluant notamment la durée nécessaire pour aboutir au taux de digestion anaérobie visé par le traitement des déchets (exprimé en nombre de périodes de référence).
En cas de résultat non entier, le nombre N est arrondi à l'entier le plus proche, ou toute autre méthode d'arrondi pertinente en fonction des données prises en compte.
De manière avantageuse, on ajuste le volume des compartiments de sorte que le calcul de N aboutisse à une valeur la plus proche possible d'un chiffre entier. En effet, les arrondis de calcul de l'entier N traduisent une sous-optimisation de l'utilisation de l'installation :
En cas d'arrondi à la valeur supérieure, l'installation présente une capacité totale de traitement supérieur au flux de déchets à traiter, donc :
- soit le volume des compartiments n'est pas entièrement utilisé ;
soit la durée du cycle de traitement effectué est allongée par rapport à la durée théorique correspondant à l'objectif fixé.
En cas d'arrondi à la valeur inférieure, les compartiments doivent être vidés plus vite pour faire de la place aux déchets entrants en excès par rapport au volume total disponible dans l'installation. La durée du cycle de traitement s'en trouve réduite et donc le taux de digestion anaérobie atteint à l'issue du traitement est inférieur à l'objectif théorique fixé. Le traitement des déchets se fait dans un compartiment après l'autre, en respectant une durée de cycle (du remplissage au vidage) équivalente pour chacun, avec un décalage dans le temps At (exprimé en nombre de périodes de référence) entre chaque compartiment, déterminé par la formule :
M = inf((V*dentrant)/X; T/N), OÙ
X est le tonnage de déchets entrant dans l'installation (exprimé en tonnes par période de référence) ;
V est le volume moyen du volume de réception des déchets des compartiments de l'installation ;
dentrant est la densité moyenne des déchets entrant dans l'installation ;
T est la durée du cycle interne d'un compartiment, depuis le début de la phase de remplissage jusqu'à la fin de la phase de vidage, et incluant notamment la durée nécessaire pour aboutir au taux de digestion anaérobie visé par le traitement des déchets (exprimé en nombre de périodes de référence) ;
N est le nombre de compartiments constituant l'installation.
Comme cela ressort de ce qui précède, le traitement des déchets dans l'installation conforme à l'invention comprend, pour chaque compartiment, un cycle individuel commençant par la phase de remplissage, suivie de la phase de digestion anaérobie puis s'achevant par la phase de vidage. De manière plus globale, l'installation conforme à l'invention est pilotée selon une séquence composée par l'ensemble des cycles de traitement individuels, mis en oeuvre dans les différents compartiments, lesquels démarrent successivement avec le décalage de temps At explicité ci-dessus.
Exemple 1 : Pour le traitement de déchets organiques dont la vitesse de décomposition est élevée (ex : viande, poisson, graisses animales, etc.) la digestion anaérobie peut s'effectuer en 5 mois. Dans ce cas, une installation recevant 400 tonnes par mois de ces déchets (de densité 1 ,25) dans des compartiments offrant un volume de réception de déchets de 1000 m3 pouvant être vidés en 1 mois, pourrait être configurée en 2 compartiments.
L'installation structurée en 2 compartiments aurait une séquence optimum de traitement des déchets, basée sur décalage At = 3 mois entre les cycles de chaque compartiment. To : début du remplissage du compartiment 1
To + 3 mois : début du remplissage du compartiment 2
To + 5 mois : le vidage du compartiment 1 commence
To + 6 mois : début du remplissage du compartiment 1 (nouveau cycle)
On notera que l'installation structurée en 3 compartiments (arrondi supérieur du calcul de
N) aurait un At = 2 mois Exemple 2 :
Pour le traitement d'ordures ménagères contenant un mélange de déchets de nourriture, papiers, cartons, plastiques et textiles, dont la décomposition s'effectue à des vitesses très diverses, la digestion anaérobie quasi-complète de la fraction fermentescible peut prendre environ 4 ans.
Dans ce cas, une installation recevant 10 200 tonnes par an de ces déchets (de densité 0,8) dans des compartiments d'une taille moyenne de 1 1 500 m3, vidables en 3 mois, pourrait être configurée en 6 compartiments (ou 5 si l'arrondi inférieur est pratiqué). L'installation structurée en 6 compartiments aurait une séquence optimum de traitement des déchets, basée sur décalage At = 10 mois entre les cycles de chaque compartiment. To : début du remplissage du compartiment 1
To + 10 mois : début du remplissage du compartiment 2
To + 20 mois : début du remplissage du compartiment 3
To + 30 mois : début du remplissage du compartiment 4
To + 40 mois : début du remplissage du compartiment 5
To + 50 mois : début du remplissage du compartiment 6
To + 57 mois : le vidage du compartiment 1 commence
To + 60 mois : début du remplissage du compartiment 1 (nouveau cycle)
To + 67 mois : le vidage du compartiment 2 commence
To + 70 mois : début du remplissage du compartiment 2 (nouveau cycle)
To + 77 mois : le vidage du compartiment 3 commence
To + 80 mois : début du remplissage du compartiment 3 (nouveau cycle) On notera que l'installation structurée en 5 compartiments (arrondi inférieur du calcul de N) aurait un At = 12 mois.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Installation de traitement de déchets solides contenant des matières organiques, notamment de déchets ménagers et/ou de déchets végétaux, pour produire du biogaz et récupérer le biogaz produit, cette installation comprenant au moins deux compartiments (4A-4F), le volume de chaque compartiment étant supérieur à 1000 (mille) mètres cube, ainsi que des moyens (3A-3F) de séparation entre ces compartiments, ces moyens (3A- 3F) de séparation étant étanches à la fois aux gaz et aux liquides, chaque compartiment comportant :
- un volume intérieur (V) de réception des déchets à traiter, présentant une ouverture d'admission des déchets ;
des parois périphériques (1A-1 F, 3A-3F, 12) bordant ce volume intérieur ; l'installation comprenant en outre au moins une couverture (20) étanche à la fois aux gaz et aux liquides, propre à recouvrir au moins un compartiment ;
caractérisée en ce que cette installation comprend des moyens de captage (30, 30') d'une fraction gazeuse, provenant au moins en partie de la décomposition des déchets, en ce que chaque compartiment définit une zone (Z) d'accumulation d'une fraction liquide, provenant au moins en partie de la décomposition des déchets, et en ce que l'installation comprend des moyens de circulation (40), propres à faire circuler cette fraction liquide depuis la zone d'accumulation vers le volume intérieur de réception.
2. Installation selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le volume de chaque compartiment est supérieur à 2000 (deux mille) mètres cube, en particulier supérieur à 8000 (huit mille) mètres cube, de manière préférée supérieur à 12000 (douze mille) mètres cube.
3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le volume de chaque compartiment est inférieur à 50000 (cinquante mille) mètres cube, en particulier inférieur à 40000 (quarante mille) mètres cube, de manière préférée inférieur à 25000 (vingt-cinq mille) mètres cube.
4. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au minimum trois (3) compartiments, en particulier au minimum quatre (4) compartiments.
5. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au maximum seize (16) compartiments, en particulier au maximum douze (12) compartiments, de manière préférée au maximum huit (8) compartiments.
6. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la zone d'accumulation de la fraction liquide est une zone d'accumulation par gravité.
7. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de circulation sont propres à faire circuler cette fraction liquide depuis la zone d'accumulation vers la partie supérieure du volume intérieur de réception.
8. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'installation comprend un espace fonctionnel commun (1 ), prévu au voisinage de l'ensemble des compartiments.
9. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'espace fonctionnel commun (1 ) est central et les compartiments s'étendent à la périphérie de cet espace fonctionnel, lequel définit une partie (1 A-1 F) des parois périphériques (1A-1 F, 3A- 3F, 12) d'au moins une partie des compartiments.
10. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les moyens de séparation comprennent des parois de séparation (3A-3F) s'étendant radialement à partir de l'espace fonctionnel commun central (1 ).
1 1 . Installation selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisée en ce qu'au moins un compartiment est un compartiment dit de service, qui débouche directement dans l'espace fonctionnel commun.
12. Procédé de mise en œuvre d'une installation de traitement de déchets contenant des matières organiques, notamment de déchets ménagers et/ou de déchets végétaux, pour produire du biogaz et récupérer le biogaz produit, selon l'une des revendications précédentes, ce procédé comprenant, pour chaque compartiment, les étapes suivantes :
- on remplit le volume intérieur du compartiment avec les déchets à traiter, de façon à former un massif de déchets ;
on dispose la couverture (20), étanche à la fois aux gaz et aux liquides, au- dessus du massif de déchets, de manière à rendre sensiblement étanche le volume intérieur ;
- on réalise une digestion anaérobie au moins partielle de la part fermentescible des déchets de manière à produire une fraction gazeuse ainsi qu'une fraction liquide ; pendant au moins une partie de l'étape de digestion anaérobie, on extrait au moins une partie de la fraction liquide hors de la zone d'accumulation et on introduit au moins une partie de la fraction liquide ainsi extraite dans le massif de déchets ;
- au terme de l'étape de digestion, on évacue le résidu du massif de déchets hors du volume intérieur.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel les débuts de chaque étape de digestion anaérobie, dans les différents compartiments, sont décalés les uns par rapport aux autres selon un temps de décalage (At), de manière à répartir dans le temps la production de biogaz.
14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, dans lequel le temps de décalage (At) est calculé selon la formule suivante : At = inf((V*dentrant)/X; TVN), où
X est le tonnage de déchets entrant dans l'installation (exprimé en tonnes par période de référence) ;
V est le volume moyen du volume intérieur de réception des déchets des compartiments de l'installation ;
dentrant est la densité moyenne des déchets entrant dans l'installation ;
T est la durée du cycle interne d'un compartiment, depuis le début de la phase de remplissage jusqu'à la fin de la phase de vidage (exprimé en nombre de périodes de référence) ;
N est le nombre de compartiments constituant l'installation.
15. Procédé selon l'une des revendications 12 à 14, dans lequel on pilote l'étape de digestion anaérobie, de manière à atteindre un taux prédéterminé de digestion de la fraction organique dégradable, initialement présente dans le massif de déchets, ce taux étant compris entre 50 et 95%, de préférence entre 70 et 90%.
16. Procédé selon la revendication précédente dans lequel, en vue de piloter l'étape de digestion anaérobie, on extrait la fraction gazeuse produite dans chaque compartiment et on mesure en temps réel le taux de méthane contenu dans cette fraction gazeuse.
17. Procédé selon l'une des revendications 12 à 16, dans lequel la durée de l'étape de digestion anaérobie est comprise entre 12 et 72 mois, notamment entre 30 et 60 mois.
18. Procédé selon l'une des revendications 12 à 17, dans lequel on réalise l'étape de digestion anaérobie, de manière à décomposer au moins 70%, de préférence au moins 90%, de la fraction organique dégradable du massif de déchets.
19. Procédé selon l'une des revendications 12 à 18, dans lequel on introduit au moins une partie de la fraction liquide extraite dans le massif de déchets, de manière à maintenir l'humidité relative de ce massif de déchets à une valeur comprise entre 20% et 70%, de préférence entre 40% et 60%.
20. Procédé selon l'une des revendications 12 à 19, dans lequel on envoie au moins une partie du biogaz généré vers un dispositif de production d'énergie, notamment d'énergie mécanique, tel un moteur ou une turbine.
21 . Procédé selon l'une des revendications 12 à 20, dans lequel, avant de vider le résidu, on réalise une étape de séchage du massif des déchets, de manière à abaisser l'humidité relative de ce massif de déchets au-dessous de 20%, de préférence au-dessous de 10%.
22. Procédé selon l'une des revendications 12 à 21 , dans lequel on obtient un résidu sec au terme de l'étape de séchage et on valorise thermiquement au moins une partie de ce résidu, notamment dans une chaudière à combustible solide ou autre dispositif de combustion.
23. Procédé selon l'une des revendications 12 à 22, dans lequel, avant d'admettre les déchets à traiter dans le volume intérieur du compartiment, on réalise un mouillage préalable des déchets afin de porter leur fraction fermentescible à son état de saturation en humidité.
24. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, avant de réaliser ce mouillage préalable, on lacère les déchets à traiter de façon à transformer une majeure partie de ces déchets en lanières, dont la plus grande dimension est avantageusement supérieure à 5 centimètres, notamment à 10 centimètres, et dont la plus petite dimension est avantageusement comprise entre 2 et 5 centimètres.
25. Procédé selon la revendication 23 ou 24, dans lequel on élimine une fraction d'eau excédentaire des déchets préalablement mouillés, avant d'admettre ces déchets dans le volume intérieur du compartiment.
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