"Procédé continu pour le traitement biologique en lit fluidisé d'un effluent liquide organique et bioréacteur pour réaliser ce traitement".
PROCEDE CONTINU POUR LE TRAITEMENT BIOLOGIQUE EN LIT FLUIDISE D'UNEFFLUENT LIQUIDE ORGANIQUE ET BIOREACTEUR POUR REALISER CE TRAITEMENT.
L'invention concerne un procédé continu, pour le traitement biologique en lit fluidisé d'un effluent liquide organique en présence de microorganismes. De tels procédés biologiques comprennent essentiellement les processus de fermentation et notamment ceux de fermentation anaérobie d'effluents contenant des substances organiques en solution et/ou en suspension.
Ces processus de fermentation peuvent mettre en présence des microorganismes ou des communautés de micro-organismes, notamment bactériennes, immobilisés sur un support organique ou minéral.
Il est connu dans les procédés de traitement biologique en lit fluidisé d'effectuer un recyclage unique du lit fluidisé de haut en bas du réacteur.
Suivant les brevets belge 831247 et français 2189328, l'effluent traité est capté à la partie supérieure de la colonne cylindrique dans la zone inter-faciale du lit fluidisé et recyclé dans la conduite d'introduction de l'eau résiduaire, dans le but notamment de favoriser la croissance des micro-organismes sur les particules pendant les opérations d'ensemencement et de maintenir un écoulement uniforme lorsque le débit d'introduction diminue.
Le seul recyclage prévu s'applique au liquide clair situé au-dessus
du lit fluidisé et non au lit fluidisé.
Suivant la demande internationale de brevet WO 81/02308, le mélange fluidisé est extrait à la partie supérieure du réacteur biologique jusqu'à un dispositif de séparation pour en séparer le liquide et les boues actives qui sont ensuite recyclées à la base du réacteur. Par conséquent, seules les boues actives sont réintroduites à la base du réacteur.
Suivant le brevet des Etats-Unis 4.177.144, il est prévu de contrôler l'excès de croissance cellulaire par pompage du lit fluidisé en un point de la colonne situé à la partie inférieure et de la recycler en un point supérieur de la colonne. L'action du pompage fournit une agitation suffisante des particules avec effet de cisaillement. Ce recyclage est appelé recyclage principal. On prévoit également un recyclage auxiliaire entre la zone dite claire à la partie supérieure du lit fluidisé et la section du recyclage principal comprise entre la vanne et la pompe.
Ces deux recyclages ne sont pas simultanés et le recyclage auxiliaire ne se produit qu'après fermeture de la vanne agissant sur le recyclage principal. De plus, aucun de ces recyclages n'agit sur la fluidation. La présente invention a pour objet un procédé continu pour le traitement biologique en lit fluidisé d'un effluent liquide organique en présence de micro-organismes immobilisés sur un support solide, caractérisé par au moins deux recyclages internes du liquide biologique, dont un au moins participe à la fluidisation.
Elle a également pour objet un bioréacteur pour le traitement biologique en lit fluidisé d'un effluent liquide organique en présence de micro-organismes immobilisés sur un support solide, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'au moins deux conduites pour le recyclage interne du liquide biologique, dont un au moins participe à la fluidisation. Par traitement biologique en lit fluidisé d'un effluent liquide organique, on entend tout traitement de transformation biochimique de résidus organiques,.présents dans l'effluent à l'état dissous ou en suspension, sous l'action de micro-organismes. Suivant le but recherché, on met en jeu une seule espèce de micro-organismes ou des populations complexes de micro-organismes dont les interactions permettent d'assurer la dégradation des molécules organiques en molécules plus simples.
Les micro-organismes utilisés pour ces transformations biochimiques comprennent notamment les bactéries, les champigons, les algues, les virus et la protozoaires. Les communautés de micro-organismes sont choisies en fonction du processus biologique mis en oeuvre.
Les traitements bilogiques les plus courants comprennent notamment les procédés de fermentation par voie aérobie et anaérobie.
La présente invention s'applique plus particulièrement aux procédés de fermentation anaérobie et plus spécialement à la digestion anaérobie d'une grande variété de matières organiques en suspension ou en solution en vue d'obtenir du méthane. Le processus de méthanogénèse est basé sur la faculté qu'ont certaines communautés bactériennes d'utiliser en absence d'oxygène l'énergie potentielle contenu dans
la matière organique au moyen d'un ensemble complexe de réactions.
La mise en oeuvre du processus de méthanogénèse permet d'utiliser trois groupe de bactéries : les bactéries fermentatives, les bactéries acétogènes productrices obligées d'hydrogène, les bactéries méthanigènes. Ces communautés bactériennes sont immobilisées suivant un processus d'immobilisation par étapes successives. Une première étape voit la formation d'un film organique d'origine biologique sur le support solide.
Cette première étape est suivie d'une colonisation par plusieurs espèces morphologiquement différentes dont les bactéries méthanigènes. Au cours d'une troisième étape, la colonisation évolue vers un enrichissement du nombre d'espèces et un accroissement de la masse bactérienne immobilisée.
Suivant la présente invention, le traitement biologique d'un effluent liquide est appliqué en lit fluidisé suivant une technique bien connue appelée fluidisation.
Le terme lit fluidisé se réfère aux flux vertical d'un liquide à travers un lit de particules solides de diamètre quelconque. Le flux liquide doit être suffisant pour.assurer la suspension de particules. en suspension constituant le lit fluidisé et donc assurer la mise en mouvement des particules solides du lit fluidisé ainsi constitué. Dans ce cas, l'expansion du lit de particules amène celui-ci à avoir un volume plus important qu'au cas où le flux liquide est nul.
Le procédé s'applique à des substances organiques en solution, en suspension colloïdale ou non colloïdale.
Suivant la présente invention, on utilise au moins deux recyclages internes dont un au moins participe à la fluidisation.
Par recyclage interne, on entend le prélèvement d'un certain volume
de fluide par unité de temps en un point duiéacteur bilogique et sa réintroduction, par l'intermédiaire d'une pompe, en un autre endroit du réacteur.
Ces recyclages internes peuvent s'effectuer de bas en haut et/ou de haut en bas du réacteur biologique.
Toutes les combinaisons sont possibles à conditions qu'au moins un
des recyclages assure la fluidisation de tout ou partie des particules en suspension se trouvant dans le réacteur. Ceci implique donc qu'au moins un des recyclages prélève un certain volume de fluide par unité de temps en un point haut du réacteur, pouvant être quelconque, et sa réintroduction par l'intermédiaire d'une pompe en un point bas du réacteur, pouvant être quelconque mais inférieur au point haut de prélèvement dans le réacteur.
Les débits de prélèvements sont quelconques, mais de préférences, il seront choisis pour que la valeur de la vitesse superficielle fluide dans le réacteur puisse être comprise entre un millième de mètre par heure et cent mètres par heure.
Au moins un des deux recyclages internes participe à la fluidisation. En effet, au moins un des deux recyclages internes va provoquer dans le réacteur biologique une augmentation plus ou moins importante du débit fluide. Cette augmentation de débit fluide permettra de se trouver dans une plage de vitesse ascensionnelle correspondant aux caractéristiques de fluidisations propres aux particules à fluidiser. Suivant une variante du procédé, un au moins des recyclages internes participe à la fluidisation et un au moins participe à 1'. immobilisation des micro-organismes sur le support solide.
Au moins un des recyclages participe à la fluidisation comme décrit au paragraphe précédant et au moins un des recyclages crée en partie ou en totalité un chemin hydraulique assurant la mise en contact des communautés bactériennes avec le support solide. Cette mise en contact permet l'immobilisation des micro-organismes sur le support solide. Il est évident que le nombre de chemins hydrauliques créés par les différents recyclages internes n'est pas limitatif mais que pour des..raisons d'efficacité et d'économie, on se limite à moins de dix chemins hydrauliques. De préférence, le procédé continu biologique en lit fluidisé
<EMI ID=1.1>
nismes immobilisés sur un support solide est caractérisé par l'utilisation de deux à cinq recyclages internes dont un au moins participe
<EMI ID=2.1>
Ces recyclages internes peuvent être continus ou discontinus mais ils sont de préférence continus.
Suivant une réalisation préférentielle de l'invention, le procédé s'applique à la production de méthane par digestion anaérobie de liquide biodégradables.
/ Par liquides biodégradables, on entend des liquides ou effluents liquides de substances organiques les plus diverses en solution, en suspension colloïdale ou non colloïdale.
Les liquides biodégradables utilisés pour la production de méthane proviennent notamment de résidus organiques de l'agriculture, des industries agricoles ou des résidus urbains.
Dans la digestion anaérobie ou biométhanisation de liquides biodégradables, le procédé met en oeuvre plusieurs communautés bactériennes anaérobies.
La présente invention a également pour objet un bioréacteur pour le traitement biologique en lit fluidisé d'un effluent liquide organique en présence de micro-organismes immobilisés sur un support solide, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'au moins deux conduits pour le recyclage interne du liquide biologique dont un au moins participe
à la fluidisation.
Ces conduits pour le recyclage interne du liquide biologique peuvent être quelconques. Ils comprennent de préférence une tuyauterie d'aspiration pour le prélèvement amenant le liquide à une pompe et une tuyauterie de refoulement pour l'injection du liquide en un point du réacteur. L'ensemble formé des conduits d'aspiration, de refoulement et de la pompe constitue selon la présente invention le conduit pour le recyclage interne du liquide biologique.
Suivant une variante de l'invention, le bioréacteur comprend au moins deux conduits pour le recyclage interne dont un au moins participe à la fluidisation et un au moins participe à l'immobilisation des microorganismes sur le support solide.
En effet, au moins un des conduits pour le recyclage interne participe à la fluidisation et au moins un autre conduit crée en partie ou en
<EMI ID=3.1>
nautés bactériennes avec le support solide. Cette mise en contact permet l'immobilisation des micro-organismes sur le support solide.
Il est évident que le nombre de conduits pour la recirculation interne du liquide biologique n'est pas limitatif mais, pour des raisons d'efficacité et d'économie on se limite à moins de dix conduits différents et de préférence de 2 à 5 conduits pour le recyclage interne.
Les conduits de recyclage interne du liquide biologique peuvent effectuer des recyclages internes continus ou discontinus mais de préférence, les recyclages internes sont continus.
Les conduits de recyclage interne du liquide biologique peuvent effectuer des recyclages internes allant de bas en haut et/ou de haut en bas du réacteur biologique.
La quantité de liquide à recycler par unité de temps peut varier dans de grandes limites en fonction des effets recherchés.
Le type de bioréacteur utilisé peut être un bioréacteur à section constante ou non. La géométrie du bioréacteur correspond à une hauteur au moins égale au double de la plus grande largeur du bioréacteur. La section perpendiculaire à la hauteur peut être de forme quelconque, par exemple : circulaire, carrée, rectangulaire, polygonale ou une combinaison de ces diverses formes.
A titre d'exemples, non limitatifs, citons un réacteur cylindrique à section constante, un réacteur constitué d'une série de cylindres de diamètre décroissant du haut vers le bas ou un réacteur à forme inversée de forme quelconque, par exemple tron pyramidal inversé.
Plus particulièrement, le bioréacteur faisant l'objet de la présente invention s'applique à la production de méthane par digestion anaérobie de liquides biodégradables.
Le bioréacteur correspondant à la présente invention a pour principal avantage de pouvoir dégrader dans un même volume la fraction soluble et la fraction solide du substrat organique biodégradable. L'utilisation d'au moins deux recyclages internes permet de distinguer la ou les zone(s) de dégradation de la fraction solide organique biodégradable de la ou des zone(s) de dégradation de la fraction soluble organique biodégradable.
La présente invention sera mieux comprise à l'aide des figures 1 et
4 donnant quelques réalisations non limitatives du bioréacteur faisant l'objet de la présente invention. La figure 1 représente un bioréacteur de type cylindrique comportant deux recyclages internes du liquide biologique assurés par deux conduits de recyclages internes allant de haut en bas du bioréacteur.
La figure 2 représente un bioréacteur, constitué d'une partie troncpyramidale inversée surmontée d'une partie parallélépipédique, comportant deux recyclages internes assurés par deux conduits de recylcage interne allant de bas en haut du bioréacteur. La figure 3 représente un bioréacteur du type représenté à la figure 2 mais comportant une zone de décantation au sommet du bioréacteur, trois recyclages internes assurés par deux conduits de recyclage interne allant de haut en bas du bioréacteur et un conduit de recyclage interne allant de bas en haut du bioréacteur. La figure 4 représente un bioréacteur du type représenté à la figure 3 mais comportant cinq recyclages internes assurés par quatre conduits de recyclage interne allant de bas en haut du bioréacteur.
Suivant la figure 1, le bioréacteur 1 du type cylindrique comporte :
- un conduit 2 assurant l'alimentation en substrat à la base du bioréacteur 1 dans le sens 3,
- un conduit de recyclage interne 4 constitué d'une pompe 5 débitant dans le sens 6, le point de prélèvement 7 est situé juste en-dessous de l'interface liquide-gaz 8 dans la partie haute du digesteur, le point d'injection 9 est situé à la base du bioréacteur 1.
- un conduit de recyclage interne 10 constitué d'une pompe 11 débitant dans le sens 12, le point de prélèvement 13 est situé à mi-hauteur du réacteur,
le point d'injection 14 est situé à la base du bioréacteur 1.
-l'évacuation du gaz produit dans le bioréacteur 1 s'effectue par le conduit 15 situé au sommet du bioréacteur 1.
- l'évacuation de l'effluent du bioréacteur 1 s'effectue par le conduit
16 situé au niveau de l'interface liquide-gaz 8 dans la partie haute du bioréacteur 1.
Suivant la figure 2, le bioréacteur 17 du type tronc pyramidal inversé surmonté d'une partie parallélépipédique ne diffère du bioréacteur 1
-que par ses caractéristiques géométriques.
Suivant la figure 3, le bioréacteur 18 du type pyramidal inversé surmanté d'une partie parallélépipédique comporte :
- un conduit 2 amenant l'alimentation. en substrat à la base du bioréac-
-teur 18 dans le sens 3,
- un conduit de recyclage interne 10 constitué d'une pompe 11 débitant dans le sens 12, le point de prélèvement 13 est situé à mi-hauteur du réacteur à l'intersection des parties tronc-pyramidales et parallélépipédique, le point d'injection 14 est situé à la base du bioréacteur
18.
- un conduit de recyclage interne 29 constitué d'une ponpe 30 débitant dans le sens 31, le point prélèvement 32 est situé aux trois-quarts de la hauteur du bioréacteur 18, le point d'injection 33 est situé au niveau de l'interface liquide-gaz 8 dans la partie haute du bioréacteur 18,
- l'évacuation de l'effluent du bioréacteur 18 s'effectue par le conduit 16 situé au niveau de l'interface liquide-gaz 8 dans la partie <EMI ID=4.1>
Suivant la figure 4, le bioréacteur 19 du type tronc pyramidal inversé surmonté d'une partie parallélépipédique pyramidal inversé surmonté d'une partie parallélépipédique comporte :
- un conduit 2 assurant l'alimentation en substrat à la base du bioréacteur 19 dans le sens 3,
- un conduit de recyclage interne 10 constitué d'une pompe 11 débitant dans le sens 12, le point prélèvement 13 est situé à mi-hauteur du réacteur à l'intersection des parties tronc-pyramidales et parallélépipédique, le point d'injection 14 est situé à la base du bioréacteur 19,
- un conduit de recyclage interne 4 constitué d'une ponpe 5 débitant dans le sens 6, le point de prélèvement 7 est situé juste en dessous de l'interface liquide-gaz 8 dans la partie haute du digesteur, le point d'injection 9 est situé à la base du bioréacteur 19,
- un conduit de recyclage interne 20 constitué d'une pompe 21 débitant dans le sens 22, le point de prélèvement 23 est situé aux trois-quarts de la hauteur du bioréacteur 19, le point d'injection 14 est situé à la base du bioréacteur 19,
- un conduit de recyclage interne 24 constitué d'une pompe 25 débitant dans le sens 26, le point de prélèvement 27 est situé aux trois quarts de la hauteur du bioréacteur 19, le point d'injection 28 est situé à la moitié de la hauteur du bioréacteur 19,
- un conduit de recyclage interne 29 constitué d'une pompe débitant dans le sens 31, le point de prélèvement 32 est situé aux trois quarts de la hauteur du bioréacteur 19, le point d'injection 33 est situé au niveau de l'interface liquide-gaz 8 dans la partie haute du bioréacteur 19,
- l'évacuation du gaz produit dans le bioréacteur 19 s'effectue par /
le conduit 15 situé au sonnet du bioréacteur 19,
- l'évacuation de l'effluent du bioréacteur 19 s'effectue par le conduit 16 situé au niveau de l'interface liquide gaz 8 dans la partie haute du bioréacteur 19.
L'exemple suivant donne une réalisation du procédé faisant l'objet
de la présente invention appliquée à la biométhanisation d'un substrat organique du type semi-soluble.
Ce substrat est composé de résidus de fosse septique. La figure 5 donne les dimensions du bioréacteur. Ce bioréacteur est du type troncpyramidal surmonté d'une partie parallélépipédique. La composition détaillée de ce bioréacteur est donnée dans la figure 2. Nous avons chargé le bioréacteur avec une quantité de biomasse substrat équivalente à 1,7 grammes de demande chimique en oxygène par litre de bioréacteur et par jour. Le temps moyen de séjour hydraulique est de trois jours. La conversion du substrat semi-soluble "résidus de fosse septique" est de 60 % avec une production de biogaz de 0,34 litre
par jour et par litre de volume utile du réacteur.
"Continuous process for the biological treatment in a fluidized bed of an organic liquid effluent and bioreactor to carry out this treatment".
CONTINUOUS PROCESS FOR THE BIOLOGICAL TREATMENT IN A FLUIDIZED BED OF AN ORGANIC LIQUID EFFLUENT AND BIOREACTOR FOR CARRYING OUT THIS TREATMENT.
The invention relates to a continuous process for the biological treatment in a fluidized bed of an organic liquid effluent in the presence of microorganisms. Such biological processes essentially include the fermentation processes and in particular those of anaerobic fermentation of effluents containing organic substances in solution and / or in suspension.
These fermentation processes can bring into contact microorganisms or communities of microorganisms, in particular bacteria, immobilized on an organic or mineral support.
It is known in biological treatment processes in a fluidized bed to carry out a single recycling of the fluidized bed from top to bottom of the reactor.
According to Belgian patents 831247 and French 2189328, the treated effluent is collected at the upper part of the cylindrical column in the inter-facial zone of the fluidized bed and recycled in the waste water introduction pipe, for the particular purpose to promote the growth of microorganisms on the particles during the seeding operations and to maintain a uniform flow when the rate of introduction decreases.
The only recycling provided applies to the clear liquid above
from the fluidized bed and not from the fluidized bed.
According to international patent application WO 81/02308, the fluidized mixture is extracted at the upper part of the biological reactor to a separation device to separate the liquid and the active sludge which are then recycled to the base of the reactor. Consequently, only the active sludge is reintroduced at the base of the reactor.
According to United States patent 4,177,144, it is planned to control the excess cell growth by pumping the fluidized bed at a point in the column located at the bottom and to recycle it at an upper point of the column. The pumping action provides sufficient agitation of the particles with shearing effect. This recycling is called main recycling. An auxiliary recycling is also provided between the so-called clear zone at the top of the fluidized bed and the main recycling section between the valve and the pump.
These two recycling operations are not simultaneous and the auxiliary recycling takes place only after closing of the valve acting on the main recycling operation. In addition, none of these recycling acts on fluidization. The present invention relates to a continuous process for the biological treatment in a fluidized bed of an organic liquid effluent in the presence of microorganisms immobilized on a solid support, characterized by at least two internal recycling of the biological liquid, of which at least one participates fluidization.
It also relates to a bioreactor for the biological treatment in a fluidized bed of an organic liquid effluent in the presence of microorganisms immobilized on a solid support, characterized in that it is provided with at least two pipes for internal recycling biological fluid, at least one of which participates in fluidization. The term “biological treatment in a fluidized bed” of an organic liquid effluent is understood to mean any treatment for the biochemical transformation of organic residues, present in the effluent in the dissolved state or in suspension, under the action of microorganisms. According to the desired goal, a single species of microorganisms or complex populations of microorganisms are involved, the interactions of which make it possible to degrade organic molecules into simpler molecules.
The microorganisms used for these biochemical transformations include bacteria, fungi, algae, viruses and protozoa. The communities of microorganisms are chosen according to the biological process used.
The most common biologic treatments include aerobic and anaerobic fermentation processes.
The present invention applies more particularly to anaerobic fermentation processes and more particularly to the anaerobic digestion of a wide variety of organic materials in suspension or in solution in order to obtain methane. The methanogenesis process is based on the ability of certain bacterial communities to use the potential energy contained in oxygen in the absence of oxygen.
organic matter through a complex set of reactions.
The implementation of the methanogenesis process makes it possible to use three groups of bacteria: fermentative bacteria, acetogenic bacteria which produce hydrogen, methanogenic bacteria. These bacterial communities are immobilized according to an immobilization process in successive stages. A first step sees the formation of an organic film of biological origin on the solid support.
This first stage is followed by colonization by several morphologically different species, including methanogenic bacteria. During a third stage, colonization evolves towards an enrichment of the number of species and an increase in the immobilized bacterial mass.
According to the present invention, the biological treatment of a liquid effluent is applied in a fluidized bed according to a well-known technique called fluidization.
The term fluidized bed refers to the vertical flow of a liquid through a bed of solid particles of any diameter. The liquid flow must be sufficient to ensure the suspension of particles. in suspension constituting the fluidized bed and therefore ensuring the setting in motion of the solid particles of the fluidized bed thus formed. In this case, the expansion of the bed of particles causes it to have a larger volume than in the case where the liquid flow is zero.
The process applies to organic substances in solution, in colloidal or non-colloidal suspension.
According to the present invention, at least two internal recycles are used, at least one of which contributes to the fluidization.
By internal recycling is meant the removal of a certain volume
of fluid per unit of time at a point of the biologic reactor and its reintroduction, by means of a pump, in another place of the reactor.
These internal recycling can be carried out from bottom to top and / or from top to bottom of the biological reactor.
All combinations are possible provided that at least one
recycling ensures the fluidization of all or part of the suspended particles in the reactor. This therefore implies that at least one of the recycles takes a certain volume of fluid per unit of time at a high point of the reactor, which can be any, and its reintroduction by means of a pump at a low point of the reactor, which can be arbitrary but lower than the high point of sampling in the reactor.
The sampling rates are arbitrary, but preferably, they will be chosen so that the value of the fluid surface speed in the reactor can be between one thousandth of a meter per hour and one hundred meters per hour.
At least one of the two internal recycling participates in fluidization. In fact, at least one of the two internal recycles will cause a more or less significant increase in the fluid flow rate in the biological reactor. This increase in fluid flow will make it possible to be in an ascending speed range corresponding to the characteristics of fluidizations specific to the particles to be fluidized. According to a variant of the process, at least one of the internal recycles participates in the fluidization and at least one participates in 1 ′. immobilization of microorganisms on the solid support.
At least one of the recycles participates in the fluidization as described in the preceding paragraph and at least one of the recycles creates in part or in whole a hydraulic path ensuring the contacting of the bacterial communities with the solid support. This contacting allows the immobilization of microorganisms on the solid support. It is obvious that the number of hydraulic paths created by the various internal recycling operations is not limiting but that for reasons of efficiency and economy, we are limited to less than ten hydraulic paths. Preferably, the continuous biological process in a fluidized bed
<EMI ID = 1.1>
nisms immobilized on a solid support is characterized by the use of two to five internal recycles of which at least one participates
<EMI ID = 2.1>
These internal recycling can be continuous or discontinuous, but they are preferably continuous.
According to a preferred embodiment of the invention, the method applies to the production of methane by anaerobic digestion of biodegradable liquids.
/ By biodegradable liquids is meant liquids or liquid effluents of the most diverse organic substances in solution, in colloidal or non-colloidal suspension.
Biodegradable liquids used for the production of methane come in particular from organic residues from agriculture, agricultural industries or urban residues.
In anaerobic digestion or biomethanization of biodegradable liquids, the process uses several anaerobic bacterial communities.
The present invention also relates to a bioreactor for the biological treatment in a fluidized bed of an organic liquid effluent in the presence of microorganisms immobilized on a solid support, characterized in that it is provided with at least two conduits for the internal recycling of biological fluid, at least one of which participates
fluidization.
These conduits for the internal recycling of the biological liquid can be any. They preferably include a suction pipe for the withdrawal bringing the liquid to a pump and a discharge pipe for the injection of the liquid at a point in the reactor. The assembly formed by the suction, discharge and pump conduits constitutes, according to the present invention, the conduit for the internal recycling of the biological liquid.
According to a variant of the invention, the bioreactor comprises at least two conduits for internal recycling, at least one of which participates in the fluidization and at least one of which participates in the immobilization of the microorganisms on the solid support.
Indeed, at least one of the conduits for internal recycling participates in the fluidization and at least one other conduit created in part or in
<EMI ID = 3.1>
bacterial puddings with solid support. This contacting allows the immobilization of microorganisms on the solid support.
It is obvious that the number of conduits for the internal recirculation of the biological liquid is not limiting but, for reasons of efficiency and economy, one is limited to less than ten different conduits and preferably from 2 to 5 conduits for internal recycling.
The internal recycling conduits for the biological liquid can carry out continuous or discontinuous internal recycling but preferably, the internal recycling is continuous.
The internal recycling conduits for the biological liquid can carry out internal recycling going from bottom to top and / or from top to bottom of the biological reactor.
The amount of liquid to be recycled per unit of time can vary within wide limits depending on the desired effects.
The type of bioreactor used can be a bioreactor with constant section or not. The geometry of the bioreactor corresponds to a height at least equal to twice the largest width of the bioreactor. The section perpendicular to the height can be of any shape, for example: circular, square, rectangular, polygonal or a combination of these various shapes.
By way of nonlimiting examples, let us cite a cylindrical reactor with a constant section, a reactor made up of a series of cylinders of decreasing diameter from top to bottom or an inverted reactor of any shape, for example inverted pyramidal section.
More particularly, the bioreactor which is the subject of the present invention applies to the production of methane by anaerobic digestion of biodegradable liquids.
The main advantage of the bioreactor corresponding to the present invention is that it is able to degrade in the same volume the soluble fraction and the solid fraction of the biodegradable organic substrate. The use of at least two internal recyclings makes it possible to distinguish the zone (s) of degradation of the biodegradable organic solid fraction from the zone (s) of degradation of the biodegradable organic soluble fraction.
The present invention will be better understood using FIGS. 1 and
4 giving some non-limiting embodiments of the bioreactor which is the subject of the present invention. FIG. 1 represents a cylindrical type bioreactor comprising two internal recycling of the biological liquid provided by two internal recycling pipes going from top to bottom of the bioreactor.
FIG. 2 represents a bioreactor, consisting of an inverted truncpyramidal part surmounted by a parallelepipedic part, comprising two internal recycles provided by two internal recylcage conduits going from bottom to top of the bioreactor. FIG. 3 represents a bioreactor of the type represented in FIG. 2 but comprising a settling zone at the top of the bioreactor, three internal recycling operations ensured by two internal recycling conduits going from top to bottom of the bioreactor and an internal recycling conduit going from bottom at the top of the bioreactor. FIG. 4 represents a bioreactor of the type shown in FIG. 3 but comprising five internal recycling operations provided by four internal recycling conduits going from the bottom to the top of the bioreactor.
According to FIG. 1, the bioreactor 1 of the cylindrical type comprises:
a conduit 2 supplying the substrate at the base of the bioreactor 1 in the direction 3,
- an internal recycling duct 4 consisting of a pump 5 delivering in the direction 6, the sampling point 7 is located just below the liquid-gas interface 8 in the upper part of the digester, the injection point 9 is located at the base of bioreactor 1.
an internal recycling conduit 10 consisting of a pump 11 delivering in the direction 12, the sampling point 13 is located halfway up the reactor,
the injection point 14 is located at the base of the bioreactor 1.
the evacuation of the gas produced in the bioreactor 1 is carried out by the conduit 15 situated at the top of the bioreactor 1.
- the effluent from the bioreactor 1 is evacuated through the conduit
16 located at the liquid-gas interface 8 in the upper part of the bioreactor 1.
According to FIG. 2, the bioreactor 17 of the inverted pyramidal trunk type surmounted by a parallelepipedal part does not differ from bioreactor 1
-than by its geometric characteristics.
According to FIG. 3, the bioreactor 18 of the inverted pyramidal type overcrowded with a parallelepipedic part comprises:
- a conduit 2 supplying power. as a substrate at the base of the bioreac-
-tor 18 in direction 3,
an internal recycling conduit 10 consisting of a pump 11 delivering in the direction 12, the sampling point 13 is located at mid-height of the reactor at the intersection of the truncated-pyramidal and parallelepiped parts, the injection point 14 is located at the base of the bioreactor
18.
an internal recycling duct 29 consisting of a ponp 30 delivering in the direction 31, the sampling point 32 is located at three-quarters of the height of the bioreactor 18, the injection point 33 is located at the interface liquid-gas 8 in the upper part of the bioreactor 18,
- the effluent from the bioreactor 18 is evacuated through the conduit 16 located at the liquid-gas interface 8 in the <EMI ID = 4.1> part
According to FIG. 4, the bioreactor 19 of the inverted pyramidal trunk type surmounted by an inverted pyramidal parallelepipedal part surmounted by a parallelepipedic part comprises:
a conduit 2 supplying the substrate at the base of the bioreactor 19 in the direction 3,
an internal recycling conduit 10 consisting of a pump 11 delivering in the direction 12, the sampling point 13 is located at mid-height of the reactor at the intersection of the truncated-pyramidal and parallelepiped parts, the injection point 14 is located at the base of the bioreactor 19,
an internal recycling conduit 4 consisting of a ponp 5 delivering in the direction 6, the sampling point 7 is located just below the liquid-gas interface 8 in the upper part of the digester, the injection point 9 is located at the base of the bioreactor 19,
an internal recycling conduit 20 consisting of a pump 21 delivering in the direction 22, the sampling point 23 is located three-quarters of the height of the bioreactor 19, the injection point 14 is located at the base of the bioreactor 19,
an internal recycling conduit 24 consisting of a pump 25 delivering in the direction 26, the sampling point 27 is located at three quarters of the height of the bioreactor 19, the injection point 28 is located at half the height of the bioreactor 19,
an internal recycling duct 29 consisting of a pump delivering in the direction 31, the sampling point 32 is located at three quarters of the height of the bioreactor 19, the injection point 33 is located at the liquid interface gas 8 in the upper part of the bioreactor 19,
the gas produced in the bioreactor 19 is evacuated by /
the conduit 15 located at the sonnet of the bioreactor 19,
the effluent from the bioreactor 19 is discharged through the conduit 16 located at the level of the liquid gas interface 8 in the upper part of the bioreactor 19.
The following example gives an embodiment of the process which is the subject
of the present invention applied to the biomethanization of an organic substrate of the semi-soluble type.
This substrate is made up of septic tank residues. Figure 5 gives the dimensions of the bioreactor. This bioreactor is of the troncpyramidal type surmounted by a parallelepiped part. The detailed composition of this bioreactor is given in Figure 2. We loaded the bioreactor with an amount of substrate biomass equivalent to 1.7 grams of chemical oxygen demand per liter of bioreactor per day. The average hydraulic residence time is three days. The conversion of the semi-soluble substrate "septic tank residues" is 60% with a biogas production of 0.34 liters
per day and per liter of useful volume of the reactor.