Récupération des déchets organiques présents dans les effluents alimentaires et industriels

• 1. Introduction aux déchets organiques alimentaires et industriels
• 2. Caractéristiques des déchets organiques valorisables
• 3. Procédés de valorisation des déchets organiques
• 4. Résumé

1. Introduction aux déchets organiques alimentaires et industriels

Une part importante des matières premières utilisées par l'industrie agroalimentaire est perdue dans les effluents générés au cours des processus de production.

C'est le cas dans de nombreux secteurs, tels que les conserveries, les entreprises de transformation des fruits et légumes, l'industrie de la pêche, les abattoirs, les laiteries ou les fabricants de plats préparés.

Une station d'épuration bien conçue permet de récupérer ces sous-produits, qui peuvent être utilisés dans l'alimentation animale, la production d'ingrédients fonctionnels, la production de biogaz ou la fabrication d'engrais.

Par conséquent, la récupération de la pulpe, des fibres et des protéines contenues dans les effluents alimentaires peut être envisagée comme une avancée environnementale et une opportunité de réduire les coûts, d'optimiser les ressources et d'améliorer la durabilité du processus industriel.

Les déchets organiques sont principalement générés lors des opérations de lavage, d'épluchage, de pressage, de découpe, de cuisson, de blanchiment et de nettoyage des équipements. Ces eaux de process contiennent des particules de pulpe, des fibres végétales, des protéines, des graisses et des sucres solubles qui, s'ils ne sont pas récupérés, augmentent considérablement la charge polluante des effluents.

Les procédés dans lesquels la plus grande quantité de matières premières récupérables est emportée par l'eau sont ceux qui font appel au transport hydraulique, au broyage humide ou à des lavages intensifs. Dans ces cas-là, les effluents contiennent des quantités importantes de pulpe végétale, de fibres ou de protéines qui peuvent être récupérées par tamisage, flottation ou séparation mécanique.

Chaque secteur industriel rejette des quantités variables de matières premières dans ses effluents :

1. Entraînement très important :

• Industrie papetière. Contient de fines fibres de cellulose entraînées par l'eau de process.
• Industrie de l'amidon (pomme de terre, maïs, etc.). Riches en fibres végétales, en amidon et en protéines végétales.
• Transformation des fruits et légumes. Élimine la pulpe, les peaux et les fibres végétales.

2. Fort entraînement :

• Abattoirs. Protéines (sang, fragments musculaires, tissus).
• Industrie de la pêche. Protéines solubles et fibres musculaires.

3. Traînée moyenne :

Industrie laitière. Graisses, protéines solubles dans les eaux de lavage et les systèmes CIP.

La mise en place de systèmes de récupération des matières premières et des sous-produits améliore la durabilité du processus industriel, favorise le respect de la réglementation et renforce la compétitivité des entreprises dans le cadre d'un modèle d'économie circulaire.

2. Caractéristiques des déchets organiques valorisables

Les déchets contenus dans ces effluents présentent les caractéristiques suivantes :

• Concentrations élevées de matière organique et biodégradabilité élevée.
• Valeurs typiques de la DCO comprises entre 2 000 et 20 000 mg/L.
• DBO₅ comprise entre 1 500 et 12 000 mg/L.
• Matières en suspension comprises entre 500 et 8 000 mg/L, selon le secteur.
• Dans les industries de la viande et de la pêche, on observe également des concentrations élevées de graisses (200–3 000 mg/L) et d'azote organique.
• Les fruits et les jus contiennent principalement des sucres et des fibres, et leur pH est souvent acide. Dans le secteur laitier, on trouve principalement du lactose, des protéines solubles et des matières grasses émulsionnées.

Le tableau ci-dessous présente les analyses types des déchets valorisables, par secteur :

Industrie/procédés	Déchets	DQO (mg/l)	DBO (mg/l)	TSS (mg/l)	FOG (mg/l)
Transformation des fruits et légumes ( lavage, épluchage, blanchiment, broyage, découpe et nettoyage).	Pulpe. Fibres végétales, sucres solubles, amidons.	2 000-10 000	1 500–6 000	500-5 000
Ateliers de transformation de viande et abattoirs ( saignée, échaudage, découpe, cuisson, lavage et CIP).	Sang, graisses, protéines, tissus et collagène.	5 000-20 000	3 000-12 000	1 000-8 000	200-3 000
Produits laitiers ( égouttage du fromage, pertes de lait, laquage et nettoyage).	Lactose, protéines (caséine, lactosérum), matières grasses laitières. Matières sèches dissoutes.	2 000-15 000	1 500-10 000	200-1 000	100-1 500
Opérations de transformation du poisson ( éviscération, découpage en filets, cuisson, lavage).	Protéines, huiles, morceaux de poisson, écailles	4 000-15 000	2 500-10 000	200-1 500	300-2 500

Même si les concentrations de matières récupérables se situent généralement entre 0,1 % et 2 %, ces pourcentages représentent des quantités importantes de matières valorisables lorsqu'il s'agit de grands débits industriels.

Une caractérisation analytique adéquate (DQO, DBO₅, TSS, matières grasses, azote et phosphore) est essentielle pour concevoir des systèmes de récupération sélective permettant de réduire la charge polluante et de valoriser les ressources présentant un intérêt économique avant le traitement biologique.

3. Procédés de valorisation des déchets organiques

La récupération des pulpes, des fibres, des protéines et des graisses s'effectue à l'aide de technologies physiques, physico-chimiques et de séparation de pointe, qui sont généralement mises en œuvre avant le traitement biologique. Le choix dépend de la nature du résidu (particulaire, colloïdal ou dissous), de sa concentration et de l'utilisation prévue du sous-produit.

Un traitement classique comprend essentiellement les étapes suivantes :

3.1.Prétraitement

Des technologies telles que le tamisage (0,25–1 mm) et les grilles (grossières et fines) sont utilisées pour la récupération des pulpes végétales, des fibres, des résidus de viande et des solides grossiers. Il s'agit de procédés peu coûteux et simples à mettre en œuvre.

3.2. Traitement physico-chimique

• Clarification : Ce procédé est utilisé pour séparer les solides sédimentables et flottants, notamment dans l'industrie agroalimentaire végétale et dans certains secteurs de l'industrie de la viande, comme la récupération des graisses et des protéines dans les abattoirs, ainsi que la séparation des solides fins dans les industries laitières et de la pêche.
• Coagulation – floculation : on utilise très souvent des coagulants (sels ferriques, aluminium) et des polymères (polyélectrolytes) pour déstabiliser les colloïdes et former des flocs séparables.
• Flottation par air dissous (DAF) : Il s'agit de l'une des technologies les plus utilisées dans l'industrie agroalimentaire. Son rendement de séparation est bien supérieur à celui des décanteurs (90 à 95 %), et les boues produites présentent des concentrations bien plus élevées (3 à 4 %).

3.3. Concentration des résidus

Les déchets triés se présentent sous une forme semi-solide qui rend leur manipulation difficile et occupent des volumes importants ; un processus de concentration ou de déshydratation s'avère donc nécessaire. Les systèmes les plus couramment utilisés sont les suivants :

• Centrifugation : permet de séparer les solides grâce à la force centrifuge. Ces appareils présentent une consommation énergétique relativement élevée, mais offrent un rendement élevé et un encombrement réduit. Ils sont généralement utilisés pour la séparation des graisses, la concentration des protéines et la récupération des solides fins.
• Filtres-presses : il s'agit d'équipements composés de plaques munies de toiles filtrantes, qui soumettent les boues à des pressions élevées à l'aide de groupes électrohydrauliques et les déshydratent par filtration. Le taux de séchage est élevé (30 à 40 % de matière sèche), la consommation d'énergie est modérée et ces équipements sont largement utilisés pour la valorisation des déchets.

3.4. Technologies spécialisées

Lorsque les produits à récupérer se trouvent sous forme dissoute ou sont difficiles à séparer, on utilise des systèmes dotés d'une plus grande capacité de séparation.

• Séparation par membranes, qui peuvent être de microfiltration (MF) pour la rétention de très petits solides et de bactéries, d’ultrafiltration (UF) pour la récupération de protéines et de macromolécules (très utilisée dans le lactosérum), de nanofiltration (NF) ou d’osmose inverse (OI) pour la concentration des composés dissous et la réutilisation de l’eau. Elles sont utilisées en raison de leur grande sélectivité et de leur capacité à produire des flux concentrés à haute valeur ajoutée.
• Les procédés thermiques, tels que l'évaporation sous vide, la cristallisation ou le séchage thermique, sont utilisés lorsqu'on souhaite obtenir des sous-produits solides, comme des farines protéiques ou des concentrés. Ils sont très gourmands en énergie et sont généralement mis en œuvre après une étape préalable de concentration.

Les technologies de valorisation permettent de transformer un flux résiduel en une source de matière première secondaire.

La combinaison d'une séparation mécanique initiale, de la flottation par air dissous et, si nécessaire, de technologies membranaires, constitue généralement la solution la plus efficace pour optimiser la récupération et réduire au minimum la charge sur le traitement biologique.

4. Résumé

Les effluents générés par les industries agroalimentaires — fruits et légumes, viande, produits laitiers, produits de la pêche et boissons — contiennent des fractions organiques précieuses qui sont rejetées dans l'eau lors des opérations de lavage, d'épluchage, de pressage, de découpe, de cuisson et de nettoyage. Ces effluents présentent des concentrations élevées en matière organique (DCO généralement comprise entre 2 000 et 20 000 mg/L), en matières en suspension, en graisses et en protéines, et sont hautement biodégradables.

Bien que les concentrations en pourcentage de pulpes, de fibres, de protéines ou de graisses soient généralement relativement faibles (de l’ordre de quelques dixièmes à quelques points de pourcentage), les débits industriels élevés font que la quantité totale récupérable est significative. C’est pourquoi la caractérisation analytique (DCO, DBO₅, matières solides, matières grasses, azote, phosphore et fraction soluble/particulaire) est essentielle pour définir la stratégie de valorisation.

La mise en œuvre de technologies physiques (criblage, filtration, décantation, flottation à l'air dissous), physico-chimiques ou de séparation par membranes permet de récupérer des fractions valorisables avant le traitement biologique, ce qui réduit également de manière significative la taille du réacteur, la consommation d'énergie et la production de boues.

La récupération des déchets organiques présents dans les effluents est essentielle dans le cadre d'un modèle d'économie circulaire. Ces effluents contiennent des fractions précieuses telles que des pulpes, des fibres végétales, des graisses et des protéines, qui peuvent être séparées et réintégrées dans la chaîne de production ou valorisées en tant que sous-produits.

Bibliographie et consultations

Modèles européens de gestion et de valorisation des déchets alimentaires – Gestionnaires de déchets

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