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Influence des pré-traitements mécaniques et biologiques des ordures ménagères résiduelles(OMR) sur leur comportement bio-physico-chimiqueen installation de stockage de déchets (ISD).Auteur : DE ARAUJO MORAIS Joácio JuniorLAEPSI - Laboratoire d’analyse environnementale des procédés et des systèmes industriels (INSA de Lyon)Directeurs de thèse : GOURDON Rémy et BAYARD Rémyprésentée devant L’Institut national des sciences appliquées de Lyon pour obtenir le grade de docteurEcole doctorale de chimie de Lyon (chimie, procédés, environnement)Formation doctorale : sciences et techniques du déchetLa directive européenne 99/31/CE du 26 avril 1999 sur le L’étude bibliographique réalisée pour cette thèse montre questockage des déchets solides fixe des règles de gestion intégrée le pré-traitement biologique a été développé pour le traitementdes déchets avec la nécessité de mise en œuvre de traitements de la fraction résiduelle des ordures ménagères, riche en matièredes ordures ménagères avant leur enfouissement dans les organique biodégradable, issue des opérations mécaniquesinstallations de stockage. Le pré-traitement des ordures pour la valorisation-recyclage des métaux, plastiques, papiers etménagères doit d’une part permettre de réduire les quantités cartons. Intégré dans les opérations mécaniques de tri /de déchets stockés et, d’autre part, réduire la fraction séparation et de broyage du résidu, le pré-traitement biologiquebiodégradable contenue dans les ...
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La directive européenne 99/31/CE du 26 avril 1999 sur le
stockage des déchets solides fixe des règles de gestion intégrée
des déchets avec la nécessité de mise en œuvre de traitements
des ordures ménagères avant leur enfouissement dans les
installations de stockage. Le pré-traitement des ordures
ménagères doit d’une part permettre de réduire les quantités
de déchets stockés et, d’autre part, réduire la fraction
biodégradable contenue dans les déchets. En effet, la réduction
de la fraction dite « biodégradable » permettra la minimisation
de l’activité biologique anaérobie dans les installations de
stockage responsable de la production de dioxyde de carbone
et de méthane. Les Etats membres de l’Union européenne
sont donc sollicités pour la mise en place d’une politique de
gestion des ordures ménagères visant à atteindre en 2016 une
réduction de 65 % de la quantité de la fraction biodégradable
des déchets stockés en installations de stockage de déchets
(ISD), pourcentage déterminé sur la base des déchets produits
en 1995.
Les problèmes qui sont apparus sur les incinérateurs (dioxines
notamment) ont rendu l’incinération particulièrement
impopulaire aux yeux des usagers. De manière générale, les
projets d’incinérateurs soulèvent souvent l’opposition des
associations écologistes ou de riverains. Cela a entraîné un
regain d’intérêt pour des techniques alternatives, dont font
partie les pré-traitements mécaniques et biologiques (PTMB).
De fait, un pré-traitement biologique avant stockage est plutôt
mieux perçu des populations et des associations
environnementales. De même, l’échec d’une partie des usines
de compostage sur des ordures ménagères brutes, dû
principalement à la difficulté d’obtenir des produits de qualité,
favorise le développement des PTMB.
L’étude bibliographique réalisée pour cette thèse montre que
le pré-traitement biologique a été développé pour le traitement
de la fraction résiduelle des ordures ménagères,riche en matière
organique biodégradable, issue des opérations mécaniques
pour la valorisation-recyclage des métaux,plastiques,papiers et
cartons. Intégré dans les opérations mécaniques de tri /
séparation et de broyage du résidu,le pré-traitement biologique
consiste à minéraliser et transformer la matière organique
fermentescible.
Partant des nouvelles exigences de la réglementation
européenne et des considérations de l’étude bibliographique,
l’objectif fixé pour cette thèse a été d’évaluer l’influence des
PTMB des ordures ménagères résiduelles sur leur
comportement en ISD. Pour atteindre cet objectif, le travail a
été basé d’une part sur l’étude de l’efficacité des opérations de
deux procédés industriels de PTMB à partir de critères qualitatifs
et quantitatifs et, d’autre part sur l’évaluation au laboratoire du
comportement des déchets pré-traités en bioréacteurs de
simulation de stockage.
L’étude et la comparaison des deux procédés industriel ou
semi-industriel de PTMB, l’installation de Mende et les pilotes
du CREED, se sont révélées difficiles à cause de la différence
d’échelle, mais aussi compte tenu de la non-évaluation des
systèmes d’aération des deux procédés.
L’unité de Mende diffère de celle du CREED ; d’une part parce
que dans l’usine de Mende, les déchets subissent plusieurs
étapes mécaniques tandis que le procédé CREED utilise un
simple broyage pour tous les déchets entrants ; d’autre part,
l’étape de traitement biologique à Mende est fractionnée en
3 opérations (biodégradation accélérée,stabilisation en andains
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DÉCHETS - REVUE FRANCOPHONE D’ÉCOLOGIE INDUSTRIELLE - CAHIER SPÉCIAL DU NUMÉRO 44 - DÉCEMBRE 2006 - REPRODUCTION INTERDITE
Influence des pré-traitements mécaniques et
biologiques des ordures ménagères résiduelles
(OMR) sur leur
comportement bio-physico-chimique
en installation de stockage de
déchets (ISD).
Auteur : DE ARAUJO MORAIS Joácio Junior
LAEPSI - Laboratoire d’analyse
environnementale des procédés et des systèmes industriels (INSA de Lyon)
Directeurs de thèse : GOURDON Rémy et BAYARD Rémy
présentée devant L’Institut national des sciences appliquées de Lyon pour obtenir le grade de docteur
Ecole doctorale de chimie de Lyon (chimie, procédés, environnement)
Formation doctorale : sciences et techniques du déchet
aérés et maturation en plateforme) alors que le traitement
biologique du CREED est réalisé entièrement dans des andains
aérés.Ainsi, les déchets issus des pré-traitements mécaniques
et biologiques des 2 sites ne subissent pas le même type de
pré-traitement. En effet, les opérations de PTMB du projet
pilote du CREED sont beaucoup plus simples que celles de
Mende.
Concernant les procédés réalisés à Mende et au CREED, la
première remarque qui doit être faite est la dissemblance entre
les gisements initiaux à traiter : des ordures ménagères
résiduelles à Mende et des OM brutes au CREED. Le choix du
procédé est directement lié au type de gisement.A Mende, le
procédé est assez complexe comparativement à celui du
CREED, mais la présence d’un déferrailleur contribue à la
valorisation matière. Un autre problème touche le criblage
numéro 1, car une quantité non négligeable de matière
organique potentiellement biodégradable est écartée du PTMB
est par conséquent enfouie sans pré-traitement biologique.
Ce dysfonctionnement peut être résolu en envoyant la totalité
des déchets entrants directement dans le tube rotatif. La
simplicité et l’échelle du procédé étudié par le CREED rendent
la maîtrise du pré-traitement plus facile avec une meilleure
efficacité.
La réduction de la biodégradabilité des déchets et la perte de
masse sont des paramètres capitaux pour l’évaluation d’un
procédé de PTMB. En écartant du pré-traitement biologique
une quantité importante de déchet, les taux de réduction de
la matière à Mende ont tendance à être plus faibles que ceux
rencontrés au CREED. Les résultats présentés montrent bien
l’effet positif du PTMB réalisé au CREED, principalement
concernant la masse de déchets stockée suite au pré-traitement.
Un autre indice de la meilleure efficacité des PTMB sur les
pilotes du CREED par rapport à l’installation industrielle de
Mende est l’analyse du potentiel de bio-méthanisation. Les
analyses montrent une diminution importante pour les déchets
de Mende, mais ils ne s’approchent pas du niveau de stabilité
des déchets du CREED.
Néanmoins, concernant la production de gaz à effet de serre,
on peut penser que la cause des impacts environnementaux
produits par les deux procédés est pratiquement la même :
réalisation d’une aération forcée dans des casiers ouverts (sans
récupération ni traitement du gaz produit).
Le comportement des déchets pré-traités a été évalué au
laboratoire par des essais en bioréacteurs de simulation de
stockage sur les échantillons issus des opérations de PTMB de
Mende et du CREED.Le suivi des essais en bioréacteurs est basé
notamment sur l’analyse du biogaz et des lixiviats (volume et
composition). Concernant le biogaz, un suivi quantitatif a été
réalisé dans tous les bioréacteurs par mesure des débits de
biogaz produits, accompagné d’un suivi qualitatif de la
composition du biogaz.Par ailleurs,l’influence de la recirculation
des lixiviats sur l’activité microbienne a également été évaluée.
En fin d’incubation, les bioréacteurs ont été ouverts et les
déchets ont été analysés pour être comparés aux déchets
initiaux.
L’influence des pré-traitements mécaniques et biologiques a été
remarquée dans les analyses du pH, car une forte hydrolyse de
la matière organique dans le cas des déchets initiaux « frais »
se traduit par une baisse de pH (accumulation d’AGV) et induit
le ralentissement de la mise en place de la méthanogenèse.Au
contraire, les déchets moyennement stabilisés (6 semaines à
Mende et 12 semaines au CREED) ont eu une démarrage de
la méthanisation plus rapide dû à la présence de matière
organique résiduelle encore partiellement biodégradable. En
confrontant les résultats de l’évolution de la charge des lixiviats
des différents déchets, une nette réduction des concentrations
a été observée entre les échantillons initiaux et les échantillons
pré-traités. Par ailleurs, les concentrations de l’échantillon
stabilisé du CREED (25 semaines de pré-traitement par aération
forcée) sont inférieures aux concentrations du déchet maturé
de Mende (6 semaines de pré-traitement par aération forcée
+ 22 semaines de maturation en andain). Les productions
volumiques cumulées de biogaz issus des déchets frais du
CREED, sont proches des résultats obtenus pour les déchets
bruts de Mende.Une forte baisse de l’activité biométhanogène
en fonction de la durée du traitement de stabilisation aérobie
a été remarquée. Cependant, la production cumulée de biogaz
des déchets maturés de Mende dans les bioréacteurs est
d’environ 110 NL.kg
-1
MS, contre seulement 8 NL.kg
-1
MS dans
le cas du déchet frais du CREED. Donc, pour les déchets
« CREED », le traitement aérobie a eu un meilleur effet en
termes de réduction de la production de biogaz que pour les
déchets de Mende.
L’influence positive de la recirculation est observée sur tous les
bioréacteurs. D’après les résultats obtenus au cours de l’essai
de simulation de stockage,une plus forte production volumique
de biogaz concernant les bioréacteurs qui ont subi la
recirculation a été observée, en particulier dans le cas des
déchets initiaux (non pré-traités). Le bilan matière réalisé après
autopsie des bioréacteurs en tenant compte des variations de
masse confirme les résultats de la production de biogaz et
montre que les échantillons qui ont subi la recirculation ont des
taux de biodégradation plus importants. Donc, la recirculation
des lixiviats a eu un effet positif.
L’ensemble des résultats de ce travail montre que les objectifs
initialement fixés ont été atteints. Cependant, postérieurement,
il serait particulièrement intéressant de comparer les résultats
in situ de la production de biogaz avec les résultats des
expérimentations réalisées en laboratoire et présentés dans ce
mémoire.
Concernant l’instalation industrielle de Mende, des alvéoles
conçues spécialement pour stocker les déchets pré-traités sont
en activité depuis 2004 et une première étude a déjà été
réalisée pour évaluer le volume et la composition du biogaz
produit par les déchets pré-traités. Une autre étude avec les
déchets pré-traités du CREED qui a démarré en 2003 est en
phase finale d’évaluation et d’interprétation des résultats relatifs
au comportement de ces déchets stockés dans des cellules
expérimentales. Alors, une étude pour confronter toutes ces
données me semble importante et complémentaire.
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DÉCHETS - REVUE FRANCOPHONE D’ÉCOLOGIE INDUSTRIELLE - CAHIER SPÉCIAL DU NUMÉRO 44 - DÉCEMBRE 2006 - REPRODUCTION INTERDITE
