WO1994013361A1 - Procede et dispositif de traitement et de valorisation de dechets transformant ceux-ci en materiaux non polluants et reutilisables - Google Patents

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alkaline earth
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Gérard De Blangy
Jean Bommelaer
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Blangy Gerard De
Jean Bommelaer
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    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the subject of the present invention is a method and device for processing and recovering waste transforming it into non-polluting and reusable materials.
  • the technical sector of the invention is the field of production of waste treatment equipment to avoid their more or less controlled storage in landfills.
  • One of the main applications of the invention is thus the treatment of solid or liquid waste, whether of household, hospital, or industrial origin, with a view to obtaining particles usable in various construction and / or engineering materials. civil, and respecting all non-pollution criteria and standards for the protection of the environment and people.
  • the present invention which, however, falls within this same category of treatment, makes it possible to implement methods, on the one hand, well defined as explained, and therefore reliable and repetitive, and on the other hand, with steps and means specific not taught or mentioned previously, and which ensure a result in accordance with the standards requested, without it being necessary for example that the treated waste comprises a minimum quantity of cellulosic material.
  • the problem posed is to be able to produce solid or liquid waste treatment units, which are of inert household, industrial and / or hospital origin, and whatever their composition, and this by transformation without residue or secondary waste.
  • additional pollutants with a view to obtaining one or more products which are inert from the chemical and bacteriological point of view, so that the materials resulting from this treatment are no longer necessarily disposed of in a landfill, but are reusable; such a treatment must allow the recovery of waste without risk of future pollution and in particular with an analysis of the leaching water of the products obtained in accordance with the regulations in terms of heavy metal content essentially, and that even with a presence of these above normal in the initial waste.
  • Another objective of the present invention is to be able to drive and control the said processing units, in order to control the course of operations according to a technologically and chemically well defined process, which is industrializable and guarantees the above results, which processing units must be able to be moved and mobile on transportable platforms to enable treatment operations to be carried out at the place of production of the waste, and to avoid heavy and costly transport and handling which is a source of pollution.
  • One solution to the problem posed is a process for treating and recovering previously ground waste, and free of any possible ferrous metal parts, according to which the ground material obtained is reacted after checking and adjusting its water content within a given range, by addition of mineralizing elements including at least one alkaline earth oxide such as quicklime, and alkaline earth salt such as calcium carbonate, at a temperature below that of pyrolysis of the constituents most sensitive to degradation by heat, and greater than 130 ° C; according to the process of the invention:
  • the ground material is mixed continuously with the reagents, ensuring an intimate and homogeneous mixture between the components, and maintaining a particle size of these less than 1 mm; - Alumina and a derivative of silicic acid are added to the preceding mixture, in such a way that on-site and in it are created cage molecules of hexahydroxylated silicates which trap and sequester metal cations, such as than those of the heavy metals still present in the mixture.
  • the possible non-ferrous metal parts are eliminated by means of any equipment based on the use of eddy currents.
  • the earthy alkaline oxide is first introduced into the ground material, such as preferably quicklime which, on contact with the waste, hydrates to give hydrated lime: CaO + H2O Ca (0H) 2î
  • alkaline earth salt such as preferably, calcium carbonate
  • alkali hydroxide such as preferably, caustic soda
  • the silicic acid derivative which may have acidic properties such as silicic acid chloride, or basic properties such as sodium or potassium silicate.
  • the result is new methods and devices for treating and recovering waste transforming it into non-polluting and reusable materials.
  • the process implemented in fact makes it possible to treat all of the waste, whether it is inert household, industrial or hospital, without limitation of the percentage of materials which compose it, which is not the case. of most patent applications for this same treatment category: the invention makes it possible in particular to be able to take care of sludges considered to be very polluting, such as sludge from tanning, purification plants, the paper industry by example.
  • the object of the invention is in fact to treat waste of whatever origin whatsoever with the same industrial equipment that can adapt to the nature and quantity of the reagents used: it is known however that for a defined geographic sector , the overall composition of the waste can be considered relatively stable; the precise analysis of this composition then makes it possible to define beforehand the conditions of use of the device according to the invention, the quantities and the nature of the reagents to be used: there is according to the invention no possible limitation of use the process due to the proportions of the constituents; the rate of cellulosic materials present in the waste is thus for example indifferent.
  • processing units may have capacities corresponding for example to the production of waste of the order of 10,000 to 250,000 equivalent inhabitants, thanks to a treatment target of 3 to 10 tonnes / hour.
  • the products obtained at the end of the treatment can be used for the manufacture of bricks and concrete blocks with a hydraulic binder or organic synthetic binder, the preparation of a road floor, filling of quarry, lightening of structures etc.
  • the analysis of the leaching water that is to say of rinsing a powder of these products from the treated waste using the process and implementation in the present invention shows a quality of protection which has no comparison with that observed according to the other method.
  • a treatment in a large capacity tank, with a horizontal mobile static oven preferably, and which would allow a batch treatment according to successive reaction steps; this would lose the value of continuous processing, which makes it possible to reduce the size of the equipment, in order to have, among other things, transportable and mobile processing units; in addition, to have a perfectly homogeneous, intimate mixture with a small particle size, it is preferable to have equipment according to that described below.
  • Figure 2 is a simplified cross section of an example of a reactor according to Figure 3-
  • FIG. 3 is a cross section along an example of a reactor for continuous treatment.
  • the ground material of such hospital waste must be immersed in a tank containing a virucidal and bactericidal disinfectant effective by surfactant effect for example, which allows a destruction close to 100 # of the viral fungal microbial population, according to a formulation in accordance with standards such than those of Afnor, with antimicrobial, bactericidal (such as NFT 72 151 and NFT 72 171), fungicidal (such as that defined in standard NFT 72 201), virucidal (such as NFT 72 l ⁇ l) and active on the HIV1 virus;
  • the loading hopper for such waste is preferably provided with a shutter drawer placed in such a way that there is no possible projection on the operators.
  • the ground material After passing through the above disinfection tank, the ground material is then dried and can be injected like waste of other urban and / or industrial origin into the common processing circuit described below and which allows their treatment.
  • the device according to the invention comprises, before the reaction chamber 21, equipment 3 based on the use of the currents of Foucault, which generate hyper frequency fields, which make magnetic and therefore eliminable by attraction said metal parts which are precisely the most polluting elements.
  • the moisture content of the ground material Prior to entering the reaction chamber 21, the moisture content of the ground material is measured, and corrected if necessary, by means of the thermal drying device 4, associated with a humidifier, so as to obtain a water content of 10 to 40 . ., or for a quantity of waste of 1,000 kg introduced into reactor 21, a dry extract of 600 to 900 kg, which serves as a reference base for the percentage of mineralizing reagents added below.
  • the reactor or reaction chamber 21 used for implementing the process of the invention can be described as being the combination of a set of reaction chambers 22, as shown for example in FIG. 3. each of they have an essential role in the course of the mineralization process.
  • the ground material is homogenized and divided until a particle size as fine as possible is obtained, by any means 20 ensuring both the entrainment of the ground material and the grinding of that -this.
  • the ground material is introduced into reactor 21, with first an alkaline earth oxide, such as quicklime or reactive lime, in an amount adapted to the nature of the waste to be treated, ie in a percentage of 10 to 40% of the dry extract as defined above; lime then destroys organic cells by destructuring the biopolymer chains.
  • alkaline earth oxide such as quicklime or reactive lime
  • an alkaline earth salt such as calcium carbonate 6 or magnesium
  • chloride of the same alkaline earth preferably, and in such a way that the respective amount will be, for example, from 5 to 10%, of the dry extract, in calcium carbonate, and from 0.025% to 0.05% of this dry extract, for calcium chloride for example.
  • the two preceding reagents ensure good cohesion in addition to quicklime by participating in the decomposition of organic acids to create carbonic acids.
  • aluminate ion formed is at the origin of the formation of numerous complexes with the preceding by-products, the most important of which is calcium sulfo aluminate in the form mineral.
  • alumina complexes preferably represents between 0.1 and 0.2 % by weight of the dry extract defined above.
  • the ground material or mixture is subjected to a temperature of 150 to 300 ° C. in the hydrolysis chamber 224, while in the preceding chambers, the temperature is kept high by virtue of the exothermic reaction of the above chemical reactions, and which may even require having to cool the enclosures of said chambers.
  • At least one derivative of acidic or basic silicic acid 9, such as silicic acid chloride in proportion of 0.1 to 1% of the dry extract, or sodium silicate is added to the mixture. in proportion from 0.1 to 0.2% with hydrochloric acid in proportion from 1 to 2%: these compounds form, with the residual water and the alumina previously introduced and present in the reaction medium, slightly stable silico aluminates soluble in water.
  • This property is due to the fact that the alkali silicates generate ortho-silicic acid reacting in basic medium to give hexahydroxylated silicates in ionic form: Si (0H) -4 + 20H- ... [Si (0H) 6] _ _
  • This characteristic is essential and specific to the present invention because it makes it possible to trap the cations of small atomic radius, such as those of the heavy metals still present in the mixture, and which would not have been eliminated during the previous phases 2 and 3. while they are dangerous cations for the environment.
  • the dry powder thus obtained can be mixed 12 with a binder consisting of a non-flammable synthetic resin such as polyurethane, which impregnates it homogeneously: after this mixing, the resin mortar can be passed over a high-pressure press or a device of the extruder type which has the effect of compacting the mixture in the presence of binder, which ensures cohesion and waterproofing of the particles.
  • a binder consisting of a non-flammable synthetic resin such as polyurethane
  • FIGS. 2 and 3 represent an exemplary embodiment of a reactor. for a continuous treatment allowing, on the one hand, the treatment according to the method of the invention, and on the other hand, the production of a device according to FIG. 1.
  • Said reaction chamber 21 comprises at least one continuous chute 16 enclosing at least one Archimedes screw 15, which is rotated by any external means 19. which chute comprising several successive chambers 22, inside each of which is injected one of said mineralizing elements as defined above in 5. 6, 7, 8, 9- Said Archimedes screw 15 ensures on the one hand a continuous, intimate and homogeneous mixing of the ground material and these added mineralizing reagents, on the other hand maintaining a particle size of less than 1 mm, and finally driving the ground material from the upstream inlet 5 shown on the left in the figure, to the downstream outlet 10, after chemical treatment, and beyond into the dehydration 11 and addition of binder 12 as described in FIG. 1 until the reusable product is obtained.
  • said reaction chamber 21 comprises two co-rotating Archimedes screws 15. These said Archimedes screws consist of elements adapted to each chamber 22 , then 11 and 12, depending on the type of reaction and the type of mixing specific to the reagent introduced.
  • the duration of the treatment can be estimated at 10 minutes maximum and the operation of all the equipment used, the driving of the Archimedes screws, essentially the heating and / or cooling, can be insured in a manner using electrical energy only, or thermal or mechanical energy from any source, or a combination of different energies.

Abstract

Suivant l'invention, un dispositif de traitement et de valorisation de déchets (1) préalablement broyés, débarrassés de toute partie métallique ferreuse éventuelle et ayant une teneur en eau comprise dans une plage donnée, comprend une chambre de réaction (21) permettant le rajout et la réaction d'éléments minéralisants dont au moins un hydroxyde alcalino-terreux comme la chaux vive et un sel d'alcalino-terreux tel que le carbonate de calcium, à une température supérieure à 130 °C et inférieure à celle de pyrolyse des constituants les plus sensibles à la décomposition par la chaleur. Ladite chambre de réaction (21) comprend au moins une goulotte continue (16) renfermant au moins une vis d'Archimède (15) qui y est entraînée en rotation, laquelle goulotte comprenant plusieurs chambres successives (22) à l'intérieur de chacune desquelles est injecté un desdits éléments minéralisants; ladite vis d'Archimède (15) assure d'une part, un mélange continu, intime et homogène du broyat et de ces réactifs minéralisants rajoutés, et d'autres part, le maintien d'une granulométrie inférieure à 1 mm.

Description

Procédé et dispositif de traitement et de valorisation de déchets transformant ceux-ci en matériaux non polluants et réutilisables.
La présente invention a pour objet un procédé et dispositif de traitement et de valorisation de déchets transformant ceux-ci en matériaux non polluants et réutilisables.
Le secteur technique de l'invention est le domaine de la réalisation d'équipements de traitements des déchets pour éviter leur stockage plus ou moins contrôlé dans des décharges. Une des applications principales de l'invention est ainsi le traitement de déchets solides ou liquides, qu'ils soient d'origine ménagère, hospitalière, ou industrielle, en vue d'obtenir des particules utilisables dans divers matériaux de construction et/ou de génie civil, et respectant tous les critères de non pollution et les normes de protection de l'environnement et des personnes.
On connaît en effet, de nombreux procédés et équipements qui tentent de résoudre le problème de traitement des déchets pour éviter le développement de décharges qui, outre la destruction visuelle des paysages, sont des sources de pollution très graves; les déchets sont en effet de plus en plus abondants et même leur stockage en décharge est coûteux.
Le coût sans cesse croissant de ce type "d'élimination" ainsi que de toutes façons l'engorgement des sites de décharge rendent nécessaire le choix d'une solution alternative. Dans un proche avenir, les pays industrialisés sont ainsi contraints de prendre des dispositions visant à protéger l'environnement; les décharges, telles que nous les connaissons et où s'accumulent résidus de toute nature, sont appelées à disparaître au profit de centres de traitement. A l'heure actuelle, 65- des rejets sont ainsi déposés sans transformation dans les décharges et les ^5% restants sont traités.
Il existe en fait trois catégories de familles de traitement, en dehors du compostage qui concerne cependant 10# environ des déchets, mais qui ne traite pas véritablement ceux-ci : - l'incinération qui est la seule méthode vraiment industrialisée à ce jour à une grande échelle, et qui traite 35% des déchets, mais qui ne permet pas une véritable valorisation, même si on peut récupérer les calories utilisables dans des chauffages urbains ou collectifs : de plus, ce procédé génère, d'une part une pollution atmosphérique par rejet de gaz toxiques, et d'autre part des sous- produits de la combustion qu'il faut de toutes façons stocker et qui, dans le temps, sont également dangereux;
- la fermentation anaérobie en phase liquide de matières organiques, notamment d'ordures ménagères, dont il existe seulement quelques unités en fonctionnement, et qui permet d'une part, de produire du gaz combustible riche en méthane, et d'autre part, de récupérer un broyât qui, une fois essoré fournit de la matière combustible et du digestat qui peut être utilisé comme engrais.
On peut citer dans cette catégorie de traitement les demandes de brevet FR. 2.577-940 publiée le 29.08.1986 et FR. 2.551-^ 7 publiée le 08.03.1985 déposées conjointement par les sociétés UIE et VALORGA et Messieurs DUCELLIER et PAVIA, et portant sur des procédés et installations pour la réalisation d'une dégradation en milieu anaérobie de produits, sous-produits et déchets organiques.
Cependant, cette famille de procédés nécessite une installation importante (digesteur ou fermenteur de 3.000 m3 environ au minimum) assez complexe, qui doit résister à la corrosion, et avec un apport énergétique et des additifs ainsi que des équipements de récupération et de stockage du gaz; de plus, on ne peut pas y traiter tout type de déchets; ce type de traitement a du reste du mal à se développer;
- la minéralisation accélérée par réaction chimique utilisant la chaux vive pour détruire essentiellement les matières organiques, et divers compléments de traitement, tels que par chauffage, rajout d'autres réactifs, broyage, compactage afin d'obtenir un résidu théoriquement réutilisable.
Plusieurs types de procédés ont été étudiés dans cette catégorie de traitement, dont certains ont fait l'objet de demandes de brevets, tels que celles FR. 2.472.421 publiée le 03.07.198l et déposée par Monsieur GER0NIM0, celle FR. 2.583-7 2 du 26.12.1986 par L0MA FINANCE et celle EP. 427.899 du 22.05.1981 par la société suisse G0MACRIS, ces trois demandes citant pour inventeur Monsieur BIEZ et celle FR. 2.612.427 du 23.09.1988 par la société suisse CATREL. Cependant aucune de ces demandes de brevets n'a fait l'objet de véritables réalisations industrielles significatives, car tous ces divers procédés de cette même famille de traitement sont en fait le résultat d'expériences empiriques, sans explication des étapes chimico-physiques ayant permis ce résultat, avec des descriptifs tenant plus de la manipulation d'alchimiste que de la rigueur industrielle; ainsi les produits obtenus n'ont pas d'une manière répétitive et pour de grandes échelles, les caractéristiques annoncées, parce que :
- d'une part, celles-ci dépendent de la composition des déchets traités, dont certains brevets imposent d'avoir par exemple au moins 0% de matière cellulosique, ce qui limite très fortement l'application de tels procédés, d'autre part, les traitements proposés n'éliminent en particulier ni les métaux non ferreux et/ou lourds, ni les métaux lourds sous forme de complexes organométalliques qui sont pourtant une source de pollution très importante, - et enfin pour des raisons de mise en oeuvre, liées à l'empirisme des conditions des expériences, et qui ne permettent donc pas de véritables applications à une échelle industrielle.
La présente invention qui se situe cependant dans cette même catégorie de traitement, permet de mettre en oeuvre des procédés, d'une part, bien définis car expliqués, et donc fiables et répétitifs, et d'autre part, avec des étapes et des moyens spécifiques non enseignés ni évoqués antérieurement, et qui assurent un résultat conforme aux normes demandées, sans qu'il soit nécessaire par exemple que les déchets traités comportent une quantité minimum de matière cellulosique.
En effet, le problème posé est de pouvoir réaliser des unités de traitement de déchets solides ou liquides, qui soient d'origine ménagère, industrielle et/ou hospitalière inertée, et quelle que soit leur composition, et cela par transformation sans résidu ou déchets secondaires supplémentaires polluants, en vue d'obtenir un ou plusieurs produits inertes du point de vue chimique et bactériologique, de telle façon que les matériaux issus de ce traitement ne soient plus nécessairement disposés en décharge, mais soient réutilisables; un tel traitement doit permettre la valorisation des déchets sans risque de pollution future et avec en particulier une analyse des eaux de lixiviation des produits obtenus conformes à la réglementation en matière de teneur en métaux lourds essentiellement, et cela même avec une présence de ceux-ci au-dessus de la normale dans les déchets initiaux.
Un autre objectif de la présente invention est de pouvoir piloter et contrôler lesdi es unités de traitement, afin de maîtriser le déroulement des opérations suivant un procédé technologiquement et chimiquement bien défini, qui soit industrialisable et garantisse des résultats ci-dessus, lesquelles unités de traitement doivent pouvoir être déplaçables et mobiles sur plate-formes transportables pour permettre d'effectuer les opérations de traitement sur le lieu de production des déchets, et d'éviter des transports et des manutentions coûteuses lourdes et sources de pollution.
Une solution au problème posé est un procédé de traitement et de valorisation de déchets préalablement broyés, et débarrassés de toutes parties métalliques ferreuses éventuelles, selon lequel on fait réagir le broyât obtenu après contrôle et ajustement de sa teneur en eau dans une plage donnée, par rajout d'éléments minéralisants dont au moins un oxyde d'alcalino-terreux tel que la chaux vive, et de sel d'alcalino- terreux tel que le carbonate de calcium, sous une température inférieure à celle de pyrolyse des constituants les plus sensibles à la dégradation par la chaleur, et supérieure à 130°C; suivant le procédé de l'invention :
- on malaxe en continu le broyât avec les réactifs, en assurant un mélange intime et homogène entre les composants, et en maintenant une granulométrie de ceux-ci inférieure à 1 mm; - on rajoute de l'alumine et un dérivé d'acide silicique dans le mélange précédent, de telle façon que l'on crée sur place et dans celui-ci, des molécules cages de silicates hexahydroxylés qui piègent et séquestrent les cations métalliques, tels que ceux des métaux lourds encore présents dans le mélange. Dans un mode préférentiel de réalisation, après avoir débarrassé les déchets de toute partie métallique ferreuse éventuelle, et avant le rajout des réactifs, on élimine les parties métalliques non ferreuses éventuelles au moyen de tout équipement basé sur l'utilisation des courants de Foucault. Préférentiellement également, on rajoute dans le broyât un hydroxyde alcalin tel que la soude caustique pour obtenir une hydrolyse totale des produits. De même pour améliorer le rendement et augmenter l'efficacité des réactions de minéralisation, on fait réagir préfêrentiellement le broyât obtenu, après élimination des parties métalliques et ajustement de la teneur en eau, successivement sur les éléments minéralisants qui sont rajoutés l'un après l'autre, dans le mélange en respectant l'ordre suivant :
- on introduit en premier dans le broyât l'oxyde d'alcalino terreux, tel que de préférence, de la chaux vive qui, au contact des déchets s'hydrate pour donner de la chaux éteinte : CaO + H2O Ca (0H)2î
- on rajoute ensuite dans le mélange le sel alcalino-terreux, tel que de préférence, du carbonate de calcium;
- l'alumine;
- l'hydroxyde alcalin, tel que de préférence, de la soude caustique;
- le dérivé d'acide silicique, qui peut avoir des propriétés acides comme le chlorure d'acide silicique, ou des propriétés basiques comme le silicate de soude ou de potasse.
Pour répondre à l'objectif de valorisation, en fin de traitement chimique du broyât, on le déshydrate pour obtenir de la poudre et on mélange ladite poudre sèche obtenue avec un liant constitué par une résine synthétique ininflammable rendant les particules rigides imperméables.
L'ensemble des différentes étapes de procédé ci-dessus peut être réalisé avec tout équipement connu et adapté pour cela, ou avec des équipements spécifiques, mais compte tenu de l'identification de chacune de ces étapes et la possibilité et même la recommandation de les effectuer successivement dans un ordre précis, permet d'utiliser des équipements modulaires, connectables les uns derrière les autres, assurant un traitement continu des déchets et sans nécessiter donc de grande capacité du réacteur : ceci peut permettre de réaliser des dispositifs assez compacts, mobiles et transportables facilement sur les sites de traitement, ce qui est un des objectifs de la présente invention, et dont un exemple de réalisation préférentiel est décrit ci-après, et répondant aux critères définis.
Le résultat est de nouveaux procédés et dispositifs de traitement et de valorisation de déchets transformant ceux-ci en matériaux non polluants et réutilisables.
En effet, ces procédés et dispositifs répondent, d'une part aux divers inconvénients des équipements actuels connus cités précédemment, et d'autre part aux problèmes et aux objectifs définis. Selon la présente invention, le procédé mise en oeuvre permet en effet de traiter l'ensemble des déchets, qu'ils soient ménagers, industriels ou hospitaliers inertes, sans limitation du pourcentage de matières qui le composent, ce qui n'est pas le cas de la plupart des demandes de brevets de cette même catégorie de traitement : l'invention permet notamment de pouvoir prendre en charge les boues considérées comme très polluantes, tel que les boues de tannerie, de stations d'épuration, de l'industrie papetière par exemple.
On peut qualifier le procédé, suivant la présente invention, de minéralisation, qui est une succession de réactions complexes avec divers réactifs : en effet, les composés qui participent à l'élaboration de toute matière polluante, quelle soit organique ou non, sont extrêmement variés, et les différentes réactions alors possibles entre ces composés et les éléments minéralisants réactifs rajoutés sont également très complexes et ne peuvent être décrites individuellement; il convient de traiter donc l'aspect réactionnel sous sa forme globale telle qu'indiquée ci-après.
L'objet de l'invention est en effet de traiter les déchets de quelques origines qu'ils soient avec le même équipement industriel pouvant s'adapter à la nature et la quantité des réactifs utilisés : il est connu cependant que pour un secteur géographique défini, la composition globale des déchets peut être considérée comme relativement stable; l'analyse précise de cette composition permet alors de définir préalablement les conditions d'utilisation du dispositif suivant l'invention, les quantités et la nature des réactifs à mettre en oeuvre : il n'existe selon l'invention aucune limitation possible d'utilisation du procédé en raison des proportions des constituants; le taux des matières cellulosiques présentes dans les déchets est ainsi par exemple indifférent.
Comme indiqué précédemment, le procédé et le dispositif suivant l'invention a la possibilité d'être monté sur des plate-formes autoportées pour permettre des traitement près des sources de pollution. Les unités de traitement peuvent avoir des capacités correspondant par exemple à des productions de déchets de l'ordre de 10.000 à 250.000 équivalents habitants, grâce à un objectif de traitement de 3 à 10 tonnes/heure.
Les produits obtenus à la fin du traitement peuvent être utilisés pour la fabrication de briques et de parpaings avec un liant hydraulique ou liant de synthèse organique, la préparation d'un sol routier, le comblement de carrière, l'allégement de structures etc..
Pour démontrer l'absence de risques sur l'environnement des produits obtenus, l'analyse des eaux de lixiviation c'est-à-dire de rinçage d'une poudre de ces produits issus des déchets traités grâce au procédé et mise en oeuvre dans la présente invention, montre une qualité de protection sans commune mesure avec celle observée selon l'autre procédé.
A titre d'information, les valeurs suivantes sont obtenues par traitement de déchets ménagers en provenance d'une décharge recevant des détritus issus d'un milieu urbain : Teneur totale en métaux lourds Cd Cu Ni
Pb Zn Hg Cr
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II est à noter que, bien que ces résultats aient été obtenus sans l'élimination préalable, pourtant considérée comme une étape préférentielle du procédé des parties métalliques non ferreuses éventuelles, au moyen de tout équipement basé sur l'utilisation des courants de Foucault, on observe un taux de dépollution qui varie de 60 à 90% par apport aux concentrations initiales en métaux lourds.
On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention, mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en démontrer la nouveauté et l'intérêt.
La description et les figures ci-après représentent un exemple de réalisation de l'invention, mais n'ont aucun caractère limitatif : d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de la présente invention, en particulier en utilisant d'autres moyens de malaxage et d'homogénéité du broyât.
En effet, il peut être envisagé par exemple sans sortir du cadre de l'invention un traitement en cuve de grande capacité, avec un four statique mobile horizontal de préférence, et qui permettrait un traitement par lots suivant des étapes réactionnelles successives; on perdrait alors l'intérêt d'un traitement continu, qui permet de réduire la taille des équipements, afin d'avoir entre autres des unités de traitement transportables et mobiles; de plus, pour avoir un mélange parfaitement homogène, intime et de faible granulométrie, il est préférable de disposer d'un équipement suivant celui décrit ci- après.
La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif complet suivant l'invention.
La figure 2 est une coupe transversale simplifiée d'un exemple de réacteur suivant la figure 3-
La figure 3 est une coupe en long d'un exemple de réacteur pour un traitement en continu.
En amont du dispositif de traitement et de valorisation de déchets 1, ceux-ci doivent être préalablement broyés dans tout équipement connu, telle qu'une déchiqueteuse, puis un broyeur à couteaux ou à marteaux pour ce qui concerne les déchets industriels et ménagers, et en ce qui concerne des déchets hospitaliers, ceux-ci doivent subir un traitement spécifique supplémentaire préalable pour les inerter avant leur introduction dans le dispositif suivant 1'invention.
Pour cela, le broyât de tels déchets hospitaliers doit être immergé dans un réservoir contenant un désinfectant virucide et bactéricide efficace par effet tensioactif par exemple, qui permet une destruction voisine de 100# de la population microbienne fongique virale, suivant une formulation conforme aux normes telles que celles de l'Afnor, avec une efficacité anti-microbienne, bactéricide (tel que NFT 72 151 et NFT 72 171), fongicide (telle que celle définie dans la norme NFT 72 201) , virucide (tel que NFT 72 lδl) et active sur le virus HIV1; la trémie de chargement pour de tels déchets est munie de préférence d'un tiroir obturateur placé de telle manière qu'il n'y a aucune projection possible sur les opérateurs.
Après le passage dans la cuve de désinfection ci-dessus, le broyât est alors séché et peut être injecté comme les déchets d'autre origine urbaine et/ou industrielle dans le circuit commun de transformation décrit ci-après et qui permet leur traitement.
La première phase de procédé et de traitement est de débarrasser les déchets 1, préalablement broyés de toute partie métallique ferreuse éventuelle tel que par action d'un champ magnétique suivant tout procédé connu 2.
De plus, de façon à éliminer les parties métalliques non ferreuses éventuelles et qui ne seraient pas éliminées par l'équipement précédent, le dispositif suivant l'invention comprend, avant la chambre de réaction 21, un équipement 3 basé sur l'utilisation des courants de Foucault, qui génèrent des champs d'hyper fréquences, qui rendent magnétiques et donc éliminables par attraction lesdites parties métalliques qui sont justement les éléments les plus polluants.
Préalablement à l'entrée dans la chambre de réaction 21, la teneur en humidité du broyât est mesurée, et corrigée si nécessaire, au moyen du dispositif 4 de séchage thermique, associé à un humidificateur, de façon à obtenir une teneur en eau de 10 à 40.., soit pour une quantité de déchets de 1.000 kg introduits dans le réacteur 21, un extrait sec de 600 à 900 kg, qui sert de base de référence au pourcentage des réactifs minéralisants rajoutés ci-après.
Le réacteur ou chambre de réaction 21 utilisé pour la mise en application du procédé de l'invention, peut être décrit comme étant la combinaison d'un ensemble de chambres réactionnelles 22, tel que représenté par exemple à la figure 3. chacune d'entre elles ayant un rôle indispensable dans le déroulement du processus de minéralisation.
Au cours de son cheminement dans ce réacteur 21, le broyât est homogénéisé et divisé jusqu'à l'obtention d'une granulométrie aussi fine que possible, grâce à tout moyen 20 assurant à la fois l'entraînement du broyât et le broyage de celui-ci.
La dimension des particules obtenues conditionne le temps de séjour dans le réacteur, car plus leur taille est petite, plus le temps de séjour est réduit, car la surface de réaction est alors plus importante, et le traitement à coeur des particules est plus efficace et plus rapide.
La taille maximum de granulométrie acceptable est de 1 mm, et de préférence, de 100 à 500 μ.
On introduit le broyât dans le réacteur 21, avec en premier un oxyde d'alcalino terreux, tel que la chaux vive ou réactive, en quantité adaptée à la nature des déchets à traiter, soit dans un pourcentage de 10 à 40% de l'extrait sec tel que défini précédemment; la chaux détruit alors les cellules organiques en déstructurant les chaînes biopolymères.
On rajoute ensuite, dans le mélange toujours en l'homogénéisant, un sel d'alcalino terreux tel que le carbonate de calcium 6 ou de magnésium, avec éventuellement une faible proportion de chlorure du même alcalino terreux, de préférence, et de telle façon que la quantité respective sera par exemple de 5 à 10%, de l'extrait sec, en carbonate de calcium, et de 0,025% à 0,05% de cet extrait sec, pour le chlorure de calcium par exemple. Les deux réactifs précédents assurent une bonne cohésion en complément de la chaux vive en participant à la décomposition des acides organiques pour créer des acides carboniques.
L'intérêt en effet de l'utilisation de ces réactifs est multiple, car on obtient : - la captation des émission de gaz carboniques :
C02 + H2θ ... H+, HCO-3 + Ca(0H)2 ... CaC03 + H2O quand on choisit comme alcalino terreux la chaux vive.
- la captation des émissions de produits azotés issus de la décomposition de matières organiques tels que par exemple : Ca(0H)2 + RNH3CI... CaCl2 + RNH3
- l'élimination des gaz polluants et malodorants avec formation de sulfate de calcium :
Ca (0H)2 + S02... CaS04, 2H20
- la neutralisation des bases présentes dans le milieu bien que cette neutralisation soit secondaire par rapport à celle obtenue ci- après par 1'acide silicique :
CaCl2 + H2O ... Ca(0H)2 + Mcl
- la neutralisation des acides et anhydrides car les oxydes et halogénures de métaux alcalino terreux tels que le calcium réagissement avec l'eau pour donner des hydroxydes qui sont des bases fortes :
CaCl2 + H2O ... Ca(0H)2 + AH ... H2O + CaA2 ces deux dernières réactions nécessitent de rajouter par exemple du chlorure de calcium quand celui produit par la réaction de captation des émissions des produits azotés ci-dessus n'est pas en quantité suffisante. On relève par ailleurs d'autres propriétés tel que la sulfurisation et la formation de polysulfure, et la déshydrohalogénation de certains composés qui peut être également intéressante.
A ce stade, il peut être utile d'ajouter également une faible proportion d'alumine. Cet ajout a pour effet de régulariser partiellement le pH du broyât s'il est trop élevé, mais cette caractéristique n'est pas essentielle à ce stade de la minéralisation, car la diminution du pH est obtenue par le rajout de l'acide ci-après. Cependant dans les conditions ci-dessus, grâce au rajout d'alumine, l'ion aluminate formé est à l'origine de la formation de nombreux complexes avec les sous-produits précédents, dont le plus important est le sulfo aluminate de calcium sous forme minérale.
D'autres anions tel que le chlore, le brome, les nitrates, les manganates, les chromâtes sont piégés pour former des complexes alumines : la proportion d'alumine incorporée pour cela 7 représente, de préférence, entre 0,1 et 0,2% en poids de l'extrait sec défini précédemment.
Selon l'invention, on rajoute alors dans le broyât de l'hydroxyde alcalin, tel que de la soude caustique ou de la potasse, de façon à obtenir une hydrolyse totale des produits.
Pour cela, le broyât ou mélange est soumis à une température de 150 à 300°C dans la chambre d'hydrolyse 224, alors que dans les chambres précédentes, la température est maintenue élevée grâce à la réaction exothermiques des réactions chimiques ci-dessus, et qui peuvent nécessiter même d'avoir à refroidir les enceintes desdites chambres.
Cette hydrolyse basique constitue la phase finale de la minéralisation par hydrolyse de toute matière organique telle que protéines, ADN, ARN, glucides, lipides etc.. déjà partiellement décomposée précédemment par la chaux dans le processus réactionnel précédent.
La proportion d'hydroxyde alcalin, tel que la soude, pour cela rajoutée 8 est de 3 à 20% en poids de l'extrait sec précédemment défini.
Après cette minéralisation, on rajoute dans le mélange au moins un dérivé d'acide silicique 9 acide ou basique, tel que le chlorure d'acide silicique en proportion de 0,1 à 1% de l'extrait sec, ou le silicate de soude en proportion de 0,1 à 0,2% avec de l'acide chlorhydrique en proportion de 1 à 2% : ces composés forment avec l'eau résiduelle et l'alumine précédemment introduite et présente dans le milieu réactionnel des silico aluminates stables peu solubles dans l'eau. Cette propriété est due au fait que les silicates alcalins génèrent de l'acide ortho-silicique réagissant en milieu basique pour donner des silicates hexahydroxylés sous forme ionique : Si(0H)-4 + 20H- ... [Si(0H)6]_ _
Cette structure hydrique permet l'emprisonnement de cations métalliques de faible rayon atomique tel que Mg++, A1+++, Fé+++ ou de cations de métaux lourds
Cette caractéristique est essentielle et spécifique de la présente invention car elle permet de piéger les cations de faible rayon atomique, tels que ceux des métaux lourds encore présents dans le mélange, et qui n'auraient pas été éliminés lors des phases préalables 2 et 3. alors qu'ils constituent des cations dangereux pour 1'environnement.
Par ailleurs l'intérêt de l'acide silicique est qu'il permet de ramener le taux de pH en général élevé comme indiqué précédemment, à une valeur inférieure à 10 et peut être même en dessous suivant le type d'utilisation envisagée pour les produits issus du procédé; de plus cet acide n'est pas dangereux car on en trouve partout, et il peut donc être rajouté en toute quantité : son ajustement par rapport à la composition des déchets et au pH voulu, peut être effectué ainsi sans problème, même en excédent pour être sûr de piéger tous les métaux lourds.
A la sortie de la chambre réactionnelle ou réacteur 21 tel que défini ci-dessus, le dispositif suivant l'invention peut comprendre un équipement de déshydratation 11, dans lequel le produit 10 en fin de traitement chimique est introduit, pour y être séché, par exemple sous vide à une température de l'ordre de 100°.
La poudre sèche ainsi obtenue peut être mélangée 12 avec un liant constitué par une résine de synthèse ininflammable tel que du polyuréthanne, qui l'imprègne de façon homogène : après ce mélange, le mortier de résine peut être passé sur une presse haute pression ou un dispositif de type boudineuse qui a pour effet de compacter le mélange en présence de liant, qui assure la cohésion et l'imperméabilisation des particules.
Les conditions d'utilisation des produits issus des déchets ainsi valorisés dictent le choix de la résine la plus économique, la plus résistante à l'hydrolyse, la moins polluante etc.. Les figures 2 et 3 représentent un exemple de réalisation d'un réacteur pour un traitement en continu permettant, d 'une part, le traitement suivant le procédé de l'invention, et d'autre part, la réalisation d'un dispositif suivant la figure 1.
Ladite chambre de réaction 21 comprend au moins une goulotte continue 16 enfermant au moins une vis d'Archimède 15, qui est entraînée en rotation par tout moyen externe 19. laquelle goulotte comprenant plusieurs chambres successives 22, à 1'intérieur de chacune desquelles est injecté un desdits éléments minéralisant tels que définis précédemment en 5. 6, 7, 8, 9- Ladite vis d'Archimède 15 assure d'une part un malaxage continu, intime et homogène du broyât et de ces réactifs minéralisants rajoutés, d'autre part le maintien d'une granulométrie inférieure à 1 mm, et enfin l'entraînement du broyât depuis l'entrée 5 amont représentée à gauche sur la figure, jusqu'à la sortie 10 aval, après traitement chimique, et au delà dans les chambres de déshydratation 11 et de rajout de liant 12 tel que décrit dans la figure 1 jusqu'à l'obtention du produit réutilisable.
Sur la figure 2, qui est une vue en coupe du dispositif suivant la figure 3. ladite chambre de réaction 21 comprend deux vis d'Archimède co-rotatives 15. Ces dites vis d'Archimède sont constituées d'éléments adaptés à chaque chambre 22, puis 11 et 12, suivant le type de réaction et le type de malaxage particulier au réactif introduit.
Chacune de ces chambres peut être équipée d'un chauffage adapté aux différents besoins, tel que par système thermique externe 14, ou circulation interne 18 d'un fluide caloporteur permettant, par tout moyen d'instrumentation 17 et de contrôle desdites températures, d'ajuster celle-ci aux besoins de la réaction optimisée dans chacune des chambres.
Dans la phase préalable de mise en route d'un tel dispositif, et ensuite en cours d'exploitation, il peut être prélevé dans différentes chambres les produits des réactions obtenues en amont et en aval de celles-ci pour vérifier la complète réaction des éléments tels que définis précédemment, et permettant de rajuster éventuellement leurs proportions dans les conditions précisées ci-dessus, de façon à obtenir le résidu voulu dépollué, stable, solide et imperméable.
Avec un dispositif tel que décrit ci-dessus, la durée du traitement peut être estimée à 10 mn maximum et le fonctionnement de l'ensemble des équipements utilisés, l'entraînement des vis d'Archimède, le chauffage et/ou refroidissement essentiellement, peut être assuré d'une manière utilisant l'énergie électrique uniquement, ou l'énergie thermique ou mécanique de toute source, ou une combinaison de différentes énergies.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement et de valorisation de déchets (1) préalablement broyés, et débarrassés (2) de toutes parties métalliques ferreuses éventuelles, selon lequel on fait réagir le broyât obtenu après contrôle et ajustement (4) de sa teneur en eau dans une plage donnée, par rajout d'éléments (5. 6) minéralisants, dont au moins un oxyde d'alcalino-terreux tel que la chaux vive et un sel d'alcalino- terreux tel que le carbonate de calcium, sous une température inférieure à celle de pyrolyse des constituants les plus sensibles à la dégradation par la chaleur, et supérieure à 130°C, caractérisé en ce que :
- on malaxe (20) en continu le broyât avec les réactifs, en assurant un mélange intime et homogène entre les composants, et en maintenant une granulométrie de ceux-ci inférieure à 1 mm; - on rajoute (7) de l'alumine et (9) un dérivé d'acide silicique dans le mélange précédent, de telle façon que l'on crée sur place et dans celui-ci, des molécules cages de silicates hexahydroxylés qui emprisonnent et piègent en leur sein les cations de faible rayon atomique, tel que ceux des métaux lourds encore présents dans le mélange.
2. Procédé de traitement suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'après avoir débarrassé (2) les déchets (1) de toute partie métallique ferreuse éventuelle, on élimine (3) les parties métalliques non ferreuses éventuelles au moyen de tout équipement basé sur l'utilisation des courants de Foucault.
3- Procédé de traitement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'on rajoute (8) dans le broyât un hydroxyde alcalin tel que la soude caustique pour obtenir une hydrolyse totale des produits.
4. Procédé de traitement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3. caractérisé en ce qu'on fait réagir le broyât obtenu, après élimination des parties métalliques et ajustement de la teneur en eau, successivement sur les éléments minéralisants qui sont rajoutés l'un après l'autre dans le mélange, en respectant l'ordre suivant :
- on introduit (5) en premier dans le broyât l'oxyde d'alcalino terreux; - on rajoute ensuite (6) dans le mélange le sel d'alcalino- terreux, puis
- l'alumine (7)
- l'hydroxyde alcalin (8) - le dérivé d'acide silicique (9).
5. Procédé de traitement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'en fin de traitement chimique du broyât, on le déshydrate (11) pour obtenir de la poudre.
6. Procédé de traitement suivant la revendication 5. caractérisé en ce qu'on mélange (12) la poudre sèche obtenue avec un liant constitué par une résine synthétique ininflammable rendant les particules rigides et imperméables.
7. Dispositif de traitement et de valorisation de déchets (1) préalablement broyés, débarrassés de toute partie métallique ferreuse éventuelle et ayant une teneur en eau comprise dans une plage donnée, comprenant une chambre de réaction (21) permettant le rajout et la réaction d'éléments minéralisants dont au moins un hydroxyde alcalino- terreux comme la chaux vive et un sel d'alcalino-terreux tel que le carbonate de calcium, à une température supérieure à 130°C et inférieure à celle de pyrolyse des constituants les plus sensibles à la décomposition par la chaleur, caractérisé en ce que ladite chambre de réaction (21) comprend au moins une goulotte continue (16) renfermant au moins une vis d'Archimède (15) qui y est entraînée en rotation, laquelle goulotte comprenant plusieurs chambres successives (22) à l'intérieur de chacune desquelles est injecté un desdits éléments minéralisants, et ladite vis d'Archimède (15) assurant d'une part, un mélange continu, intime et homogène du broyât et de ces réactifs minéralisants rajoutés, et d'autre part, le maintien d'une granulométrie inférieure à 1 mm.
8. Dispositif de traitement suivant la revendication 7. caractérisé en ce que ladite chambre de réaction (21) comprend deux vis d'Archimède co-rotatives (15).
9- Dispositif de traitement suivant l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il comprend avant la chambre de réaction (21) un équipement (3) basée sur l'utilisation des courants de Foucault qui élimine les parties métalliques non ferreuses éventuelles. 10. Dispositif de traitement suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9. caractérisé en ce qu'il comprend après la chambre de réaction (21) un équipement de déshydratation (11).
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