EP2403810A1 - Procédé d'obtention de boues imputrescibles et d'énergie et installation correspondante - Google Patents
Procédé d'obtention de boues imputrescibles et d'énergie et installation correspondanteInfo
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- EP2403810A1 EP2403810A1 EP10709466A EP10709466A EP2403810A1 EP 2403810 A1 EP2403810 A1 EP 2403810A1 EP 10709466 A EP10709466 A EP 10709466A EP 10709466 A EP10709466 A EP 10709466A EP 2403810 A1 EP2403810 A1 EP 2403810A1
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'obtention de boues imputrescibles et d'énergie, ledit procédé comprenant les étapes suivantes: (i) obtention de boues digérées par digestion primaire de boues; (ii) obtention d'un premier effluent aqueux et de boues digérées au moins partiellement déshydratées par une première séparation liquide-solide des boues digérées obtenues à l'étape (i); (iii) obtention de boues digérées au moins partiellement déshydratées et hydrolysées par hydrolyse thermique des boues digérées au moins partiellement déshydratées obtenues à l'étape (ii); (iv) digestion des boues digérées au moins partiellement déshydratées et hydrolysées obtenues à l'étape (iii); ledit procédé comprenant en outre: une étape de récupération des biogaz formés au cours desdites digestion et digestion primaire et une étape de production d'énergie à partir dudit biogaz comprenant une sous-étape de production d'énergie nécessaire à la mise en oeuvre de ladite hydrolyse thermique et une sous-étape de production d'énergie excédentaire, la totalité dudit biogaz étant utilisée pour produire de l'électricité.
Description
Procédé d'obtention de boues imputrescibles et d'énergie et installation correspondante
1. Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui du traitement des déchets organiques, notamment ceux qui sont produits aux cours du traitement des eaux.
Plus précisément, l'invention concerne un procédé de traitement des boues issues du traitement des eaux municipales ou industrielles, notamment en vue de produire de l'énergie, par exemple de l'électricité.
2. Art antérieur Les eaux usées municipales ou industrielles contiennent une certaine proportion de pollution organique soluble et particulaire.
La portion particulaire de la pollution peut être en partie retirée par simple décantation. La décantation des eaux s'accompagne de la formation de boues, dites « boues primaires », constituées d'un mélange de particules et d'eau, qui constitue des déchets organiques.
La portion organique soluble de la pollution peut-être traitée, à tout le moins en grande partie, par la mise en œuvre de procédés de traitement biologique.
Le traitement biologique de l'eau consiste à mettre en contact les eaux à traiter avec des microorganismes qui consomment, pour assurer leur croissance, la pollution organique dissoute dans ces eaux.
Le traitement biologique des eaux s'accompagne de la formation de boues, dites « boues biologiques » ou « boues secondaires », qui constituent des déchets organiques. Le mélange des boues primaires et des boues secondaires constitue les
« boues mixtes ». Afin de traiter ces boues mixtes dans le but de les décomposer et de les rendre imputrescibles et inoffensives, il a été proposé différentes techniques.
La digestion, ou méthanisation, des déchets organiques est un procédé naturel qui consiste à décomposer bio logiquement des déchets organiques en leur faisant subir une fermentation anaérobie.
La digestion est particulièrement efficace en ce qu'elle conduit à la production combinée : de gaz (biogaz) convertible en énergie(s) ; de digestat utilisable par exemple comme agent fertilisant ou d'amendement (un digestat est un résidu de la digestion d'un composé organique), et - d'une quantité relativement réduite de composés organiques solubilisés peu ou pas biodégradable.
Toutefois, les digestats ainsi obtenus contiennent une fraction qui est difficilement fermentescible, c'est-à-dire qui est difficilement dégradable biologiquement. Afin de pallier cet inconvénient, la technique consistant à mettre en œuvre une hydrolyse thermique des boues préalablement à la mise en œuvre d'une digestion a été développée.
Cette technique est particulièrement avantageuse dans la mesure où l'hydrolyse thermique permet de dégrader, à tout le moins en grande partie, la fraction difficilement fermentescible des boues.
3. Inconvénients de l'art antérieur
Toutefois, si la mise en œuvre d'une hydrolyse thermique permet d'améliorer nettement l'élimination de la fraction difficilement fermentescible des boues, elle engendre en contrepartie la production plus importante de composés solubles peu ou pas biodégradable (telle que la DCO (Demande Chimique en Oxygène)) comparativement à une digestion classique. Ceci impose de limiter la quantité de boues à l'entrée du digesteur de manière à garantir une digestion efficace.
Par ailleurs, les conditions nécessaires à l'obtention d'une hydrolyse thermique performante requièrent une consommation énergétique importante.
La consommation énergétique est telle que plus de la moitié du biogaz provenant de la digestion est utilisée pour alimenter une chaudière classique en vue de produire la vapeur nécessaire à l'hydrolyse. Le reste du biogaz alimente un moteur de co-génération relié à un alternateur afin de produire de l'électricité. Il peut par exemple également servir à chauffer directement des locaux.
Ainsi, cette technique, qui permet certes de produire des digestats dont la concentration en fraction difficilement fermentescible est relativement réduite, engendre : la production de composés solubles peu ou pas biodégradable ; - nécessite un surdimensionnement du digesteur afin de garantir une digestion efficace ; requiert de consommer une partie importante du biogaz pour produire directement la vapeur nécessaire à l'hydrolyse, et ne permet en conséquence que de produire une faible quantité d'énergie excédentaire, par exemple sous forme d'électricité, de chaleur..., qui peut être utilisée à d'autres fins que celle de la mise en œuvre du procédé de traitement de boues en lui-même.
4. Objectifs de l'invention
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique dont la mise en œuvre nécessite une faible consommation en énergie.
Notamment, l'invention vise à procurer, dans au moins un mode de réalisation, une telle technique dont la mise en œuvre conduise à limiter la consommation en biogaz nécessaire à l'atteinte des conditions d'hydrolyse, et à augmenter la part de biogaz permettant de produire de l'énergie excédentaire susceptible d'être utilisée à d'autres fins que celle de la mise en œuvre du procédé de traitement de boues.
Un autre objectif de l'invention est de fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, une technique de traitement des boues issues du traitement de l'eau qui permette d'en éliminer la fraction difficilement fermentescible à tout le moins en grande partie. Notamment objectif de l'invention est de mettre en œuvre, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, une telle technique qui permette la production de déchets contenant une fraction résiduelle difficilement fermentescible réduite comparativement aux techniques de l'art antérieur.
L'invention vise également, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, à limiter la production de composés solubles peu ou pas biodégradable.
L'invention a encore pour objectif, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, de fournir une telle technique qui permette le traitement d'une grande quantité de boues. L'invention vise également, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, la fourniture d'une telle technique qui soit fiable, simple à mettre en œuvre et relativement économique.
5. Exposé de l'invention
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un procédé d'obtention de boues essentiellement imputrescibles et d'énergie, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : (i) obtention de boues digérées par digestion primaire de boues ; (ii) obtention d'un premier effluent aqueux et de boues digérées au moins partiellement déshydratées par une première séparation liquide-solide des boues digérées obtenues à l'étape (i) ;
(iii) obtention de boues digérées au moins partiellement déshydratées et hydrolysées par hydrolyse thermique des boues digérées au moins partiellement déshydratées obtenues à l'étape (ii) ; (iv) digestion des boues digérées au moins partiellement déshydratées et hydrolysées obtenues à l'étape (iii) ;
ledit procédé comprenant en outre : une étape de récupération des biogaz formés au cours desdites digestion et digestion primaire et une étape de production d'énergie à partir dudit biogaz comprenant une sous-étape de production d'énergie nécessaire à la mise en œuvre de ladite hydrolyse thermique et une sous-étape de production d'énergie excédentaire, la totalité dudit biogaz étant utilisé pour produire de l'électricité.
On notera que l'on entend au sens de la présente invention, les termes
« hydrolyse thermique » comme visant une hydrolyse expressément non biologique.
Ainsi, l'invention repose sur une approche originale qui consiste à combiner la mise en œuvre successive d'une première digestion, d'une hydrolyse thermique (non biologique) et d'une deuxième digestion des boues.
La première digestion (ou digestion primaire) permet de dégrader la fraction facilement fermentescible des boues, à tout le moins en grande partie, et de produire un digestat difficilement fermentescible.
La mise en œuvre de l'étape de séparation permet l'évacuation d'un effluent contenant la matière organique peu ou pas biodégradable produite au cours de la digestion. La quantité de matière organique peu ou pas biodégradable à l'entrée de l'étape d'hydrolyse est ainsi réduite, ce qui tend au final à diminuer la quantité de matière organique peu ou pas biodégradable produite au cours de l'hydrolyse. Elle permet en outre de réduire la taille des équipements placés en aval, et de réduire la consommation énergétique nécessaire à la réalisation de l'hydrolyse thermique.
L'hydrolyse thermique n'est mise en œuvre que pour traiter la fraction difficilement fermentescible des boues. Il en résulte que l'énergie nécessaire à la mise en œuvre de l'hydrolyse thermique selon l'invention est inférieure à celle nécessaire pour la réalisation de l'hydrolyse thermique selon l'art antérieur. En
effet, selon l'art antérieur, l'hydrolyse thermique est menée pour traiter l'ensemble des boues, c'est-à-dire tant leur partie fermentescible que leur partie difficilement fermentescible, ce qui requiert un apport plus important en énergie.
L'hydrolyse thermique permet de dégrader le digestat difficilement fermentescible en un digestat hydrolyse facilement fermentescible.
Ces boues fermentescibles sont ensuite digérées au cours de la deuxième digestion qui conduit à la production d'un digestat exempt, à tout le moins en grande partie, de fraction fermentescible, le digestat contenant toutefois une portion très difficilement fermentescible encore appelée fraction réfractaire ou dure.
En outre, l'hydrolyse thermique étant réalisée seulement sur la fraction difficilement fermentescible des boues, sa mise en œuvre génère la production d'une quantité inférieure de composés solubles peu ou pas biodégradable comparativement à la technique selon l'art antérieur. Un procédé selon l'invention permet la production d'une quantité importante de biogaz. En outre, l'énergie nécessaire à la réalisation de l'hydrolyse est relativement faible compte tenu du fait qu'elle est réalisée seulement sur la partie difficilement fermentescible des boues. La mise en œuvre de la technique selon l'invention permet donc de produire d'une part l'énergie nécessaire à atteindre notamment les conditions de pression et de température de l'hydrolyse et d'autre part une part importante d'énergie excédentaire qui peut être utilisée à d'autres fins que celles de la mise en œuvre du procédé de traitement de boues en lui même (électricité destinée par exemple à alimenter une station ou bien à être revendue à EDF, chaleur (fluide (liquide, gaz) chaud) destinée au chauffage de locaux...
Selon une caractéristique avantageuse, un procédé selon l'invention comprend une étape de reconversion desdits biogaz, ladite étape de reconversion comprenant une étape d'alimentation en biogaz d'un système de cogénération en vue de produire de l'énergie nécessaire à la mise en œuvre de ladite étape d'hydrolyse et de l'énergie excédentaire.
L'alimentation en biogaz d'un système de cogénération permet en conséquence d'une part de produire l'énergie nécessaire à atteindre notamment les conditions de pression et de température de l'hydrolyse et d'autre part de produire une part importante d'énergie excédentaire qui peut être utilisée à d'autres fins que celles de la mise en œuvre du procédé de traitement de boues en lui même (électricité destinée par exemple à alimenter une station ou bien à être revendue à EDF, chaleur (fluide (liquide, gaz) chaud) destinée au chauffage de locaux...
Selon une autre caractéristique avantageuse, ladite étape de reconversion comprend une étape d'alimentation en biogaz d'un moteur relié à des moyens de production d'électricité, et une étape de récupération de la chaleur dégagée par ledit moteur en vue d'atteindre les conditions de température et de pression de ladite étape d'hydrolyse.
La totalité du biogaz formé au cours des digestions alimente le moteur de co-génération, lequel est relié à des moyens de production d'électricité comme un alternateur. La récupération de la chaleur dégagée par le moteur (par exemple récupérée sur les gaz d'échappement et/ou l'huile, et/ou le liquide de refroidissement) permet la production de l'ensemble du fluide thermique nécessaire à la réalisation de l'hydrolyse thermique. Ainsi, selon l'invention, la totalité du biogaz est utilisée pour produire de l'électricité contrairement à la technique selon l'art antérieur selon laquelle au moins 50% du biogaz est utilisé pour produire de l'électricité par la mise en œuvre d'un moteur de co-génération, le biogaz restant alimentant une chaudière classique pour produire en majeur partie le fluide thermique permettant d'obtenir les conditions de pression et de température nécessaire à la réalisation de l'hydrolyse. Préférentiellement, un procédé selon l'invention comprend une étape d'obtention d'un deuxième effluent aqueux et de boues traitées par une deuxième séparation liquide-solide des boues obtenues à ladite étape (iv).
La mise en œuvre de cette étape de séparation permet l'évacuation d'un effluent contenant la matière organique peu ou pas biodégradable produite au
cours de la digestion et de boues digérées déshydratées exemptes de matière organique facilement fermentescible.
Avantageusement, ladite hydrolyse thermique est réalisée à une pression comprise entre 1 et 20 bar, à une température comprise entre 50 0C et 200 0C, et de façon préférée entre toutes comprise entre 1200C et 1800C, pendant une durée comprise entre 20 et 120 minutes.
Des conditions d'hydrolyse thermique choisies dans ces intervalles permettent de réduire de façon efficace la portion difficilement fermentescible des boues. Selon une variante intéressante ladite hydrolyse thermique est préférentiellement réalisée à une pression égale à la pression de vapeur saturante, à une température égale à 165°C, pendant une durée égale à 30 minutes.
Ces conditions particulières d'hydrolyse thermique permettent de réduire de façon optimale la portion difficilement fermentescible des boues. Selon une caractéristique avantageuse, ladite digestion primaire et/ou ladite digestion sont de type anaérobie mésophile.
Dans ce cas, la ou les digestions sont réalisées à une température comprise entre 32 et 38°C pendant 5 à 15 jours.
Selon une autre caractéristique avantageuse, ladite digestion primaire et/ou ladite digestion sont de type anaérobie thermophile.
Dans ce cas, la ou les digestions sont réalisées à une température comprise entre 52 et 58°C pendant 5 à 15 jours.
La concentration en matière en suspension à l'entrée de la digestion primaire est comprise entre 25 et 65 grammes de MES/1 de boues. La concentration en matière en suspension à l'entrée de la digestion est comprise entre 100 et 150 grammes de MES/1 de boues.
Selon une caractéristique avantageuse, ladite étape de séparation liquide- solide est précédée d'une étape de défibrage desdites boues après digestion primaire. Dans une variante, l'étape de défibrage peut être réalisée avant l'étape de
digestion primaire.
Le défïbrage permet notamment : de rendre possible le traitement de boues que l'homme du métier considère être impossible par la mise en œuvre de la technique selon l'art antérieur ; - de réduire la taille du digesteur placé en amont ou en aval, ou d'augmenter le temps de séjours des autres fractions organiques de la boue.
L'invention couvre également une installation de traitement de boues pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention, ladite installation comprenant des moyens d'hydrolyse thermique présentant une entrée et une sortie et des moyens de digestion desdites boues.
Selon l'invention, lesdits moyens de digestion communiquent avec des moyens d'amenée de boues et ladite entrée et ladite sortie desdits moyens d'hydrolyse communiquent avec lesdits moyens de digestion, ladite installation comprenant également des premiers moyens de séparation liquide-solide disposés à la sortie desdits moyens de digestion et des moyens de récupération de biogaz provenant desdits moyens de digestion.
Toujours selon l'invention, lesdits moyens de digestion sont reliés à des moyens de récupération de biogaz qui comprennent un collecteur relié à des moyens de production de vapeur et d'électricité comprenant un moteur de co- génération relié à un alternateur produisant de l'électricité dont une ligne d'échappement débouche à l'entrée d'un échangeur de chaleur air-eau produisant de la vapeur d'eau et une canalisation permettant d'amener de la vapeur auxdits moyens d'hydrolyse thermique.
Une telle installation permet la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention dont le principe général repose sur la mise en œuvre combinée d'une première digestion, d'une hydrolyse thermique et d'une deuxième digestion des boues.
La mise en œuvre de ces moyens de séparation permet l'évacuation d'un effluent contenant la matière organique peu ou pas biodégradable produite au cours de la digestion. La quantité de matière organique so lubie peu ou pas biodégradable à l'entrée de l'étape d'hydrolyse est ainsi réduite, ce qui tend au final à diminuer la quantité de matière organique peu ou pas biodégradable produite au cours de cette hydrolyse.
Une installation selon l'invention comprend un système de cogénération, lesdits moyens de récupération de biogaz communiquant avec ledit système de cogénération. L'alimentation en biogaz d'un système de cogénération permet de produire l'énergie nécessaire à atteindre notamment les conditions de pression et de température de l'hydrolyse et de produire une part importante d'énergie excédentaire (par exemple sous forme d'électricité et/ou de chaleur (fluide chaud (air et/ou eau)) qui peut être utilisée à d'autres fins que celles de la mise en œuvre du procédé de traitement de boues en lui même.
Préférentiellement, ledit système de cogénération comprend un moteur de co-génération, lesdits moyens de récupération de biogaz débouchant dans ledit moteur, ledit moteur de co-génération étant relié à des moyens de production d'électricité et présentant des moyens de transfert de la chaleur dégagée par ledit moteur à de l'eau en vue de produire de la vapeur.
La totalité du biogaz formé au cours des digestions alimente le moteur de co-génération, lequel est relié à des moyens de production d'électricité comme un alternateur. La récupération de la chaleur dégagée par le moteur (par exemple récupérée sur les gaz d'échappement et/ou l'huile, et/ou le liquide de refroidissement) permet la production de l'ensemble du fluide thermique (par exemple de la vapeur) nécessaire à la réalisation de l'hydrolyse thermique. Ainsi, selon l'invention, la totalité du biogaz est utilisée pour produire de l'électricité contrairement à la technique selon l'art antérieur selon laquelle au moins 50% du biogaz est utilisé pour produire de l'électricité par la mise en œuvre d'un moteur de co-génération, le biogaz restant alimentant une chaudière classique pour
produire en majeure partie le fluide thermique permettant d'obtenir les conditions de pression et de température nécessaires à la réalisation de l'hydrolyse.
Selon une caractéristique avantageuse, lesdits moyens de digestion comprennent un digesteur présentant au moins une entrée et une sortie, ladite sortie communiquant avec ladite entrée desdits moyens d'hydrolyse et ladite entrée communiquant avec ladite sortie desdits moyens d'hydrolyse.
Selon une autre caractéristique avantageuse, lesdits moyens de digestion comprennent un digesteur primaire et un digesteur secondaire, lesdits digesteurs primaire et secondaire présentant chacun une entrée et une sortie, l'entrée dudit digesteur primaire communiquant avec lesdits moyens d'amenée de boues, la sortie dudit digesteur primaire communiquant avec l'entrée desdits moyens d'hydrolyse, l'entrée dudit digesteur secondaire communiquant avec la sortie desdits moyens d'hydrolyse.
Préférentiellement, lesdits moyens de séparation liquide-solide sont configurés pour permettre d'atteindre une siccité supérieure ou égale à 12%. De manière avantageuse, une installation selon l'invention comprend des deuxièmes moyens de séparation liquide-solide disposés à la sortie dudit digesteur secondaire.
La mise en œuvre de ces deuxièmes moyens de séparation permet l'évacuation d'un effluent contenant la matière organique soluble peu ou pas biodégradable produite au cours de la digestion et de boues digérées déshydratées exemptes de matière organique facilement fermentescible.
Selon une caractéristique préférée, une installation selon l'invention comprend des moyens de défibrage disposés entre ledit digesteur et lesdits moyens de séparation ou entre ledit digesteur primaire et lesdits premiers moyens de séparation.
Dans une variante, les moyens de défibrage sont placés en amont dudit digesteur ou digesteur primaire.
La mise en œuvre de tels moyens de défibrage permet notamment : - de rendre possible le traitement de boues que l'homme du métier considère
être impossible par la mise en œuvre de la technique selon l'art antérieur ; de réduire la taille du digesteur placé en amont ou en aval, ou d'augmenter le temps de séjours des autres fractions organiques de la boue. Avantageusement, ledit moteur de co-génération présente une ligne d'échappement débouchant dans un échangeur de chaleur air-eau présentant une sortie d'évacuation de vapeur reliée auxdits moyens d'hydrolyse thermique.
Cette mise en œuvre permet de produire de manière simple et efficace la vapeur nécessaire à la réalisation de l'hydrolyse thermique. 6. Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de modes de réalisation préférentiels, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 illustre un schéma d'un premier mode de réalisation d'une installation selon l'invention ; la figure 2 illustre un schéma d'un deuxième mode de réalisation d'une installation selon l'invention ; les figures 3 et 4 sont des graphiques représentant la teneur en sucres de boues respectivement avant et après la première digestion ;
7. Description d'un mode de réalisation de l'invention
7.1. Rappel du principe de l'invention
L'invention porte sur un procédé de traitement de boues. Au sens de l'invention le terme boues comprend les boues primaires, les boues secondaires et en particulier les boues mixtes.
Le principe général de l'invention repose sur la mise en œuvre combinée d'une première digestion, d'une hydrolyse thermique et d'une deuxième digestion des boues.
La première digestion permet de dégrader, à tout le moins en grande partie, la fraction facilement fermentescible des boues et de produire un digestat difficilement fermentescible.
L'hydrolyse thermique n'est alors mise en œuvre que pour traiter la fraction difficilement fermentescible des boues.
Par opposition, selon l'art antérieur, l'hydrolyse thermique est menée pour traiter l'ensemble des boues, c'est-à-dire tant la partie fermentescible que la partie difficilement fermentescible.
Il en résulte que l'énergie nécessaire à la mise en œuvre de l'hydrolyse thermique selon l'invention est inférieure à celle nécessaire pour la réalisation de l'hydrolyse thermique selon l'art antérieur.
L'hydrolyse thermique permet de dégrader le digestat issu de la digestion primaire qui est constitué par la fraction difficilement fermentescible des boues et de produire un digestat hydrolyse constitué de boues facilement fermentescibles. La deuxième digestion permet alors de digérer ces boues fermentescibles et de produire un digestat exempt, à tout le moins en grande partie, de fraction fermentescible et ne contenant qu'une petite portion non fermentescible réfractaire.
7.2. Exemple d'un premier mode de réalisation d'une installation selon l'invention
On présente, en relation avec la figure 1, un mode de réalisation d'une installation de traitement de boues selon l'invention.
Ainsi que cela est représenté sur cette figure 1 , une telle installation comprend des moyens de digestion comprenant un digesteur primaire 10 et un digesteur secondaire 11.
Le digesteur primaire 10 présente une entrée et une sortie. L'entrée est reliée à des moyens d'amenée de boues à traiter constitués par une canalisation 12. La sortie débouche dans des premiers moyens de séparation liquide-solide 13 et permet d'y déverser un premier digestat.
Les premiers moyens de séparation liquide-solide 13 comprennent une centrifugeuse permettant d'atteindre une siccité supérieure ou égale à 12%. Dans une variante, tout autre moyen équivalent pourra être mis en œuvre à cet effet comme par exemple des membranes. Ces premiers moyens de séparation 13 présentent des moyens d'évacuation d'un premier effluent comprenant une canalisation 14 et des moyens d'évacuation du premier digestat déshydraté comprenant une canalisation 15. Cette canalisation 15 débouche dans des moyens d'hydrolyse thermique 16.
Les moyens d'hydrolyse thermique 16 comprennent un réacteur fonctionnant sous conditions de pression et de température contrôlées de manière à atteindre les conditions de réalisation d'une hydrolyse thermique. Les moyens d'hydrolyse thermique mis en œuvre peuvent être ceux qui sont décrits dans la demande internationale de brevet portant le numéro WO-Al -02064516 déposée au nom de la Demanderesse. Les moyens d'hydrolyse thermique 16 présentent une sortie d'évacuation d'un digestat hydrolyse qui débouche dans le digesteur secondaire 11.
Le digesteur secondaire 11 présente une entrée et une sortie. L'entrée est reliée à la sortie des moyens d'hydrolyse thermique 16. La sortie débouche dans des deuxièmes moyens de séparation liquide-solide 17 et permet d'y déverser le digestat hydrolyse.
Les deuxièmes moyens de séparation 17 sont avantageusement similaires aux premiers moyens de séparation 13. Ils présentent des moyens d'évacuation d'un deuxième effluent comprenant une canalisation 18 et des moyens d'évacuation d'un digestat déshydraté comprenant une canalisation 19. Dans une variante, ces deuxièmes moyens de séparation pourront être remplacés par des moyens de traitement des boues par exemple par oxydation par voie humide.
Dans d'autres variantes, les premier et deuxième moyens de séparation pourront être constitués par des filtres à bande, des membranes de fîltration, des moyens d' électro-osmose... sans être nécessairement identiques.
Les digesteurs primaire 10 et secondaire 11 sont reliés à des moyens de récupération de biogaz. Ces moyens de récupération de biogaz comprennent un collecteur 20. Le collecteur 20 est relié à des moyens de production de vapeur et d'électricité. Les moyens de production de vapeur comprennent un moteur de co- génération 21. Ce moteur est relié à un alternateur qu'il est susceptible d'animer afin de produire de l'électricité.
Ce moteur présente une ligne d'échappement 22 qui débouche à l'entrée d'un échangeur de chaleur air-eau 23. L 'échangeur de chaleur 23 présente deux entrées : une entrée par laquelle arrive de la chaleur produite par le cogénérateur 21 via la canalisation 22 ; une entrée dans laquelle débouche une canalisation d'arrivée d'eau 24.
Il présente également deux sorties : - une sortie 25 permettant l'évacuation de vapeur d'eau ; une sortie 26 permettant l'évacuation de fumées.
La sortie 25 d'évacuation de vapeur est reliée, via une canalisation 27, aux moyens d'hydrolyse thermique 16.
Dans une variante, cette installation comprend des moyens de défibrage 28 qui sont disposés entre le digesteur primaire 10 et les premiers moyens de séparation liquide-solide 13. Ces moyens de défibrage 28 comprennent un broyeur mécanique. Dans une variante, des moyens de défibrage 28 peuvent comprendre tout autre moyen équivalent permettant de dégrader mécaniquement le premier digestat provenant du premier digesteur 10, c'est-à-dire d'en retirer la fraction fibreuse non biodégradable. Des moyens de défibrage connus de l'homme du métier sont décrits dans la demande internationale de brevet portant le numéro
US2007/0051677. Dans une autre variante, les moyens de défibrage 28 pourront être disposés en amont du digesteur primaire.
Dans une variante, un échangeur sera prévu entre les moyens d'hydrolyse 16 et le digesteur secondaire 11 de manière à refroidir les boues qui sortent des
moyens d'hydrolyse afin d'atteindre les conditions de température nécessaires à la digestion secondaire.
7.3. Exemple d'un deuxième mode de réalisation d'une installation selon l'invention On présente en relation avec la figure 2 un deuxième mode de réalisation d'une installation de traitement de boues selon l'invention.
Ainsi que cela est représenté sur cette figure 2, une telle installation comprend un unique digesteur 30. Ce digesteur 30 présente une première entrée qui est relié à une canalisation d'amenée de boues à traiter 31. Il présente également une sortie d'évacuation d'un digestat qui est reliée à une canalisation
32. La canalisation 32 débouche dans des moyens de séparation liquide-solide 33.
Les moyens de séparation liquide-solide 33 présentent une structure identique à celle des moyens de séparation liquide-solide mis en œuvre dans le premier mode de réalisation. Ces moyens de séparation 33 présentent des moyens d'évacuation d'un effluent qui comprennent une canalisation 34 et des moyens d'évacuation d'un digestat déshydraté qui comprennent une canalisation 35. Cette canalisation 35 débouche dans des moyens d'hydrolyse thermique 36.
Les moyens d'hydrolyse thermique 36 sont similaires aux moyens d'hydrolyse mis en œuvre dans le premier mode de réalisation. Ils présentent une sortie d'évacuation du digestat hydrolyse qui est reliée par une canalisation 37 à une deuxième entrée du digesteur 30.
Le digesteur 30 est relié à des moyens de récupération de biogaz. Ces moyens de récupération de biogaz comprennent une canalisation 38. Cette canalisation 38 est reliée à des moyens de production de vapeur et d'électricité. La canalisation 35 communique avec une canalisation d'évacuation de boues traitées 47.
Les moyens de production de vapeur comprennent un moteur de co- génération 39. Ce moteur est relié à un alternateur qu'il est susceptible d'animer afin de produire de l'électricité.
Ce moteur présente une ligne d'échappement 40 qui débouche à l'entrée d'un échangeur de chaleur air-eau 41.
L'échangeur de chaleur 41 présente deux entrées : une entrée par laquelle arrive de la chaleur produite par le cogénérateur 39 via la canalisation 40; une entrée dans laquelle débouche une canalisation d'arrivée d'eau 42. Il présente également deux sorties : une sortie 43 permettant l'évacuation de vapeur d'eau ; une sortie 44 permettant l'évacuation de fumées. La sortie 43 d'évacuation de vapeur est reliée, via une canalisation 45, aux moyens d'hydrolyse thermique 36.
Dans une variante, l'installation selon ce deuxième mode de réalisation comprend des moyens de défîbrage 46 qui sont disposés entre le digesteur 30 et les moyens de séparation liquide-solide 33. Ces moyens de défîbrage 46 comprennent un broyeur mécanique ou tout autre moyen équivalent permettant de dégrader mécaniquement le digestat. Dans une autre variante, ils pourront être placés en amont du digesteur.
Dans une variante, un échangeur sera prévu entre les moyens d'hydrolyse
36 et le digesteur 30 de manière à refroidir les boues qui sorte des moyens d'hydrolyse afin d'atteindre les conditions de température nécessaires à la digestion secondaire. Il est ainsi possible de récupérer de l'eau chaude en refroidissant les boues.
7.4. Exemple d'un premier mode de réalisation d'un procédé selon l'invention On présente en référence à la figure 1 un premier mode de réalisation d'un procédé de traitement de boues selon l'invention.
Selon ce procédé, des boues à traiter sont acheminées dans un digesteur primaire 10 de façon telle qu'elles subissent une étape de digestion primaire. Dans ce mode de réalisation, la durée de cette digestion est d'environ 10 jours. Dans des variantes, elle pourra être comprise entre 5 et 15 jours.
Au cours de cette digestion, il se produit : une réduction de la fraction fermentescible des boues et par conséquent une réduction de la matière sèche à traiter ; une hydrolyse biologique d'une partie des minéraux non fermentescible (comme l'azote et le phosphore) ; une élimination d'une grande quantité de sucres contenus dans les boues
(cet aspect apparaît clairement sur les figures 3 et 4 qui illustrent la teneur en sucres des boues respectivement avant et après la mise en œuvre de la première digestion) ; - la génération de matières organiques so lubies pas ou peu biodégradables telles que la DCO et l'azote réfractaire ; la solubilisation d'acides gras volatils.
À l'issue de cette digestion, la fraction fermentescible des boues a été digérée en sorte que le premier digestat évacué en sortie du digesteur primaire 10 est essentiellement constitué de la fraction non fermentescible des boues.
Ce premier digestat est acheminé vers les premiers moyens de séparation liquide-solide 13. L'activation de ces moyens de séparation permet la mise en œuvre d'une étape de séparation liquide-solide qui conduit à la production : d'un premier effluent qui s'écoule à travers la canalisation 14 ; - d'un premier digestat déshydratée présentant une siccité supérieure à 12%.
La siccité de la boue correspond à sa teneur en matière sèche calculée en retranchant à 100% le pourcentage d'humidité de la boue.
Le premier effluent est riche en composés solubles peu ou pas biodégradables formés au cours de la digestion primaire. Ces composés peuvent être : minéraux et issus de la solubilisation de l'azote ou du phosphore ; créés par des composés organiques tels que la DCO et l'azote organique
(en effet, dans une digestion classique, entre 20 et 50% de l'azote entrant dans le digesteur en ressort sous forme de NH3) ; - contenir les acides gras volatils formés au cours de la digestion primaire.
Compte tenu de la siccité atteinte au cours de la séparation liquide-solide, le digestat déshydraté est plus concentré en sorte que son traitement ultérieur nécessite la mise en œuvre d'équipement de taille plus réduite et engendre une plus faible consommation en énergie. Tout ceci tend à réduire le coût du traitement des boues.
Le premier digestat déshydraté est acheminé à l'intérieur des moyens d'hydrolyse thermique 16 en vue d'y subir une étape d'hydrolyse thermique à la vapeur d'eau. L'hydrolyse thermique est réalisée à une température de 165°C, à la pression de vapeur saturante, pendant 30 minutes. Dans des variantes, l'hydrolyse sera réalisée à une pression comprise entre 1 et 20 bar, à une température comprise entre 1200C et 1800C, pendant entre 20 et 120 minutes.
Compte tenu du fait que le premier digestat déshydraté comprend essentiellement la fraction non fermentescible des boues, la fraction fermentescible ayant été digérée préalablement au sein du digesteur primaire 10, le volume des moyens d'hydrolyse est réduit d'environ 20 à 50% et le plus souvent d'environ 40% par rapport à celui des moyens d'hydrolyse mis en œuvre dans la technique de l'art antérieur.
En outre, seule la partie non fermentescible subit le traitement d'hydrolyse thermique. Il en résulte que la quantité d'énergie nécessaire à sa réalisation est également réduite de manière importante.
De plus, compte tenu que la séparation liquide- solide subie par le premier digestat permet l'évacuation au sein du premier effluent des produits peu ou pas bio logiquement dégradables solubilisés bio logiquement au cours de la digestion primaire, la quantité de ces produits qui est traitée au cours de l'hydrolyse thermique est réduite.
La diminution de la quantité de sucre dans les boues hydrolysées grâce à la première étape de digestion permet de diminuer la production de composés de Maillard, contribuant à la production de DCO dure, dans l'étape d'hydrolyse thermique. En effet, la réaction de Maillard met enjeu des sucres réducteurs et des
protéines à une température supérieure à 1200C impliquant la formation, entre autres, de composés solubles difficilement biodégradables.
Ainsi, bien que l'hydrolyse thermique conduise à la production de composés organiques solubles peu ou pas biodégradables, ceux-ci sont produits dans des quantités relativement faibles. La mise en œuvre successive de la digestion primaire, de la séparation et de l'hydrolyse thermique conduit donc à la production d'une quantité plus faible de composés organiques solubles peu ou pas biodégradables que celle qui est produite au cours de la mise en œuvre successive d'une hydrolyse thermique et d'une digestion selon la technique de l'art antérieur. Le premier digestat déshydraté, rendu fermentescible par le traitement d'hydrolyse thermique, est acheminé vers le digesteur secondaire 11 en vue de subir une seconde étape de digestion pendant 10 jours. Dans des variantes, cette durée pourra varier de 7 à 15 jours.
Les composés solubles peu ou pas biodégradables produits au cours de la digestion primaire tendent à défavoriser la deuxième digestion. Ainsi, l'élimination préalable de ces produits, qui permet de limiter la quantité de composés solubles peu ou pas biodégradables produite au cours de l'hydrolyse, permet encore d'augmenter le rendement de la deuxième digestion.
La deuxième digestion conduit à la production d'un deuxième digestat exempt, à tout le moins en grande partie, de fraction fermentescible et contenant une partie difficilement biodégradable réfractaire, ainsi que d'une faible quantité de composés organiques solubles peu ou pas biodégradables.
Ce mélange est acheminé vers les seconds moyens de séparation en vue de subir une étape de séparation liquide-solide 17 de manière à produire : - un deuxième effluent qui s'écoule à travers la canalisation 18 ; un deuxième digestat déshydraté.
Le deuxième digestat, exempt de fraction fermentescible, à tout le moins en grande partie, peut être revalorisé.
Les boues digérées constituées par ce deuxième digestat peuvent par exemple être déshydratées puis évacuées ou envoyées vers une autre étape de traitement telle qu'une étape d'oxydation par voie humide.
Les procédés d'hydrolyse thermique ont été mis en œuvre pour améliorer la déshydratabilité des boues par un prétraitement thermique. L'hydrolyse thermique du digestat provenant de la première étape de digestion permet d'améliorer également la déshydratabilité des boues. La mise en œuvre d'une digestion supplémentaire permet d'améliorer de 1 à 2% la déshydratabilité des boues digérées par rapport aux boues brutes. Ainsi, le niveau de déshydration pouvant être atteint : sur des boues brutes varie de 19 à 25 % ; sur des boues digérées varie de 21 à 30 % ; sur des boues hydrolysées varie de 29 à 40 %.
Le deuxième effluent est riche en composés organiques solubles peu ou pas biodégradables produits au cours de la digestion secondaire.
Les premier et deuxième effluents peuvent également être revalorisés ou recirculés en tête d'une installation de traitement d'eau dont la mise en œuvre conduit à la production des boues qui sont traitées par le procédé selon l'invention. Compte tenu que les composés solubles difficilement biodégradables sont produits au cours de la mise en œuvre du procédé en faible quantité comparativement à la technique selon l'art antérieur, ce recyclage à un impact réduit sur l'eau traitée produite.
La mise en œuvre des première et deuxième étapes de digestion s'accompagne de la production de biogaz. Une étape de récupération permet de collecter ces biogaz en vue de leur faire subir une étape de conversion dans le but de produire la vapeur nécessaire à la réalisation de l'étape d'hydrolyse et de l'électricité. Pour cela, les biogaz sont acheminés dans le moteur de co-génération
21. La mise en œuvre de ce moteur permet d'animer l'alternateur auquel il est relié de manière à produire de l'électricité. Les gaz d'échappement de ce moteur sont acheminés dans l'échangeur 23 à l'intérieur duquel de l'eau circule en vue de
produire de la vapeur. La vapeur ainsi produite est acheminée vers les moyens d'hydrolyse thermique 16 via la canalisation 27 de manière à permettre la réalisation de l'étape d'hydrolyse thermique du premier digestat déshydraté.
Les fumées produites dans l'échangeur 23 sont évacuées via la canalisation 26.
7.5. Exemple d'un deuxième mode de réalisation d'un procédé selon l'invention
On présente en référence à la figure 2 un deuxième mode de réalisation d'un procédé de traitement de boues selon l'invention. Selon ce procédé, des boues à traiter sont acheminées dans un digesteur 30 de façon telle qu'elles subissent une étape de digestion primaire pendant environ 10 jours. Dans des variantes, elle pourra être comprise entre 5 et 15 jours. Au cours de cette digestion primaire, il se produit : une réduction de la fraction fermentescible des boues et par conséquent une réduction de la matière sèche à traiter ; une hydrolyse biologique d'une partie des minéraux non fermentescible (comme l'azote et le phosphore) ; une élimination d'une grande quantité de sucres contenus dans les boues ; la génération de matière organique soluble pas ou peu biodégradable telles que la DCO et l'azote réfractaire ; la solubilisation d'acides gras volatils.
À l'issue de cette digestion, la fraction fermentescible des boues a été digérée en sorte que le digestat évacué en sortie du digesteur 30 est essentiellement constitué de la fraction non fermentescible des boues. Ce digestat est ensuite acheminé vers les moyens de séparation 33 en vue de subir une étape de séparation liquide-solide. La mise en œuvre de ces moyens de séparation permet la production : d'un effluent qui s'écoule à travers la canalisation 34 ; d'un digestat déshydraté.
L'effluent est riche en composés organiques solubles peu ou pas bio logiquement produits au cours de la digestion primaire. Ces composés peuvent être : minéraux et issus de la solubilisation de l'azote ou du phosphore ; - créés par des composés organiques tels que la DCO et l'azote organique
(en effet, dans une digestion classique, entre 20 et 50% de l'azote entrant dans le digesteur en ressort sous forme de NH3) ; contenir les acides gras volatils formés au cours de la digestion primaire.
Compte tenu de la siccité atteinte au cours de la séparation liquide-solide, le digestat déshydraté est plus concentré en sorte que son traitement ultérieur nécessite la mise en œuvre d'équipement de taille plus réduite et engendre une plus faible consommation en énergie. Tout ceci tend à réduire le coût du traitement des boues.
Le digestat déshydraté est acheminé à l'intérieur des moyens d'hydrolyse thermique 36 en vue d'y subir une étape d'hydrolyse thermique à la vapeur d'eau. L'hydrolyse thermique est réalisée à une température de 165°C, à la pression de vapeur saturante, pendant 30 minutes. Dans des variantes, l'hydrolyse sera réalisée à une pression comprise entre 1 et 20 bar, à une température comprise entre 1200C et 1800C, pendant entre 20 et 120 minutes. Compte tenu du fait que le digestat déshydraté comprend essentiellement la fraction non fermentescible des boues, la fraction fermentescible ayant été digérée préalablement au sein du digesteur 30, le volume des moyens d'hydrolyse est réduit d'environ 20 à 50% et le plus souvent d'environ 40% par rapport à celui des moyens d'hydrolyse mis en œuvre dans la technique de l'art antérieur. En outre, seule la partie non fermentescible des boues initiales subit le traitement d'hydrolyse thermique. Il en résulte que la quantité d'énergie nécessaire à sa réalisation est également réduite de manière importante.
De plus, compte tenu que la séparation liquide-solide subie par le digestat permet l'évacuation au sein de l'effluent des composés solubles peu ou pas
bio logiquement dégradables formés au cours de la digestion primaire, la quantité de ces produits qui est traitée au cours de l'hydrolyse thermique est réduite.
La diminution de la quantité de sucre dans les boues hydrolysées grâce à la première étape de digestion permet de diminuer la production de composés de Maillard, contribuant à la production de DCO dure, dans l'étape de d'hydrolyse thermique. En effet, la réaction de Maillard met enjeu des sucres réducteurs et des protéines à une température supérieure à 1200C impliquant la formation, entre autres, de composés so lubies difficilement biodégradables.
Ainsi, bien que l'hydrolyse thermique conduise à la production de composés organiques solubles peu ou pas biodégradables, ceux-ci sont produits dans des quantités relativement faibles. La mise en œuvre successive de la digestion primaire, de la séparation et de l'hydrolyse thermique conduit donc à la production d'une quantité plus faible de composés organiques solubles peu ou pas biodégradables que celle qui est produite au cours de la mise en œuvre successive d'une hydrolyse thermique et d'une digestion selon la technique de l'art antérieur.
Le digestat déshydraté, rendu fermentescible par le traitement d'hydrolyse thermique, est recirculé dans le digesteur 30 dans lequel il est mélangé avec de la boue fraîche en vue de subir une autre étape de digestion.
La digestion qui se produit alors est en fait la combinaison d'une première digestion des boues fraîches et d'une deuxième digestion des boues préalablement digérées et hydrolysées, cette combinaison permettant de réduire la partie fermentescible du mélange de boues et de boues digérées et conduisant à la production d'un mélange de digestats exempt, à tout le moins en grande partie, de fraction fermentescible, et contenant une partie difficilement fermentescible réfractaire ainsi que d'une faible quantité de composés organiques solubles peu ou pas biodégradable.
Il est noté que la portion de digestat introduite dans les moyens d'hydrolyse est de 100%. En d'autre terme, l'ensemble du digestat obtenu en sortie du digesteur subi le traitement d'hydrolyse. Dans des variantes, le taux de
recirculation du digestat dans les moyens d'hydrolyse pourra varier entre 30% et 300%.
Ce mélange de digestats est acheminé vers les moyens de séparation 33 en vue de subir une étape de séparation liquide-solide de manière à produire, tel que cela a été décrit plus haut : un effluent qui s'écoule à travers la canalisation 34 ; un digestat déshydraté.
Le procédé est accompli par la réalisation d'au moins une boucle, c'est à dire la réalisation d'une digestion de boues préalablement digérées et hydrolysées. Une portion du digestat obtenu après traitement, c'est-à-dire après la réalisation d'au moins une boucle est évacué via la canalisation 47 en vue d'être revalorisé.
Ce digestat peut par exemple être déshydraté puis évacué ou envoyé vers une autre étape de traitement telle qu'une étape d'oxydation par voie humide. Les procédés d'hydrolyse thermique ont été mis en œuvre pour améliorer la déshydratabilité des boues par un prétraitement thermique. L'hydrolyse thermique du digestat provenant de la première étape de digestion permet d'améliorer également la déshydratabilité des boues. La mise en œuvre d'une digestion supplémentaire permet d'améliorer de 1 à 2% la déshydratabilité des boues digérées par rapport aux boues brutes. Ainsi, le niveau de déshydration pouvant être atteint : sur des boues brutes varie de 19 à 25 % ; sur des boues digérées varie de 21 à 30 % ; sur des boues hydrolysées varie de 29 à 40 %. L 'effluent recueilli est riche en composés organiques solubles peu ou pas biodégradables produits au cours de la digestion secondaire. Il peut également être revalorisé ou recirculé en tête d'une installation de traitement d'eau dont la mise en œuvre conduit à la production des boues qui sont traitées par le procédé selon l'invention. Compte tenu que les composés solubles difficilement biodégradables sont produits au cours de la mise en œuvre du procédé en faible quantité
comparativement à la technique selon l'art antérieur, ce recyclage à un impact réduit sur l'eau traitée produite.
La mise en œuvre des première et deuxième étapes de digestion s'accompagne de la production de biogaz. Une étape de récupération permet de collecter ces biogaz en vue de leur faire subir une étape de conversion dans le but de produire la vapeur nécessaire à la réalisation de l'étape d'hydrolyse et de l'électricité. Pour cela, les biogaz sont acheminés dans le moteur de co-génération 39. La mise en œuvre de ce moteur permet d'animer l'alternateur auquel il est relié de manière à produire de l'électricité. Les gaz d'échappement de ce moteur sont acheminés dans l'échangeur 41 à l'intérieur duquel de l'eau circule en vue de produire de la vapeur. La vapeur ainsi produite est acheminée vers les moyens d'hydrolyse thermique 36 via la canalisation 45 de manière à permettre la réalisation de l'étape d'hydrolyse thermique du premier digestat déshydraté.
Les fumées produites dans l'échangeur 41 sont évacuées via la canalisation 44.
7.6. Autres caractéristiques
Les digestions mises en œuvre dans la technique selon l'invention sont des digestions anaérobies. Selon les caractéristiques des boues à traiter, les digestions anaérobies pourront être de types mésophile ou thermophile. La température à laquelle est réalisée une digestion mésophile est comprise entre 32 et 38°C. La température à laquelle est réalisée une digestion thermophile est comprise entre 52 et 58°C. La concentration en entrée d'un premier digesteur est avantageusement comprise entre 25 et 65 grammes de matière en pension (MES) par litre de boue. La concentration en entrée d'un deuxième digesteur est avantageusement comprise entre 100 et 150 grammes de matière en pension (MES) par litre de boue. Dans le cas où les deux digestions sont mises en œuvre dans des digesteurs différents, les caractéristiques de chacune des digestions peuvent être différentes. Dans des variantes, il pourra être prévu qu'une ou plusieurs des digestions mises en œuvre soient de type aérobie. Dans des variantes, les digestions mises en œuvre pourront être de type aérobie.
Dans des variantes, les procédés selon l'invention décrits précédemment peuvent inclure une étape consistant à faire subir aux boues avant leur première entrée dans un digesteur (premier ou unique) ou au premier digestat une étape de défïbrage par la mise en œuvre du défïbreur 28 ou 46. Les boues comportent une fraction fibreuse très difficilement biodégradable dans des conditions de digestion anaérobie classique. En sortie du digesteur, cette fraction peut représenter entre 30 et 60% de la matière organique présente dans le digestat. Cette fraction n'est quasiment pas attaquée par l'hydrolyse thermique. La mise en œuvre du défibrage permet notamment de diminuer la viscosité des boues lesquelles présentent avantageusement une siccité supérieure à 30% après défibrage. Le défibrage permet donc : de rendre possible le traitement de boues que l'homme du métier considère être impossible par la mise en œuvre de la technique selon l'art antérieur ; - de réduire la taille du digesteur placé en amont ou en aval, ou d'augmenter le temps de séjours des autres fractions organiques de la boue (en effet, à taille de digesteur identique, le défibrage permet de réduire la fraction fibreuse et donc la quantité de matière sèche entrant dans le digesteur, ce qui conduit à y augmenter le temps de séjour). Dans une variante des premier et deuxième modes de réalisation, la première séparation liquide-solide pourra être mise en œuvre entre l'hydrolyse thermique et la deuxième digestion. 7.7. Gains énergétiques
Dans une technique selon l'art antérieur, le biogaz produit au cours de la digestion qui suit l'hydrolyse thermique est utilisé de la manière suivante : au moins 50% du biogaz produit alimente une chaudière en vue de produire la vapeur nécessaire à l'hydrolyse ; le biogaz restant alimente un moteur de co-génération, lequel est associé à un alternateur de manière à produire de l'électricité susceptible d'être utilisée à une autre fin que celle de la mise en œuvre du procédé.
La chaleur des gaz d'échappement du moteur de co-génération peut être récupérée afin de produire une partie de la vapeur nécessaire à l'hydrolyse thermique. Ceci permet de réduire à entre 35 à 40% la part de biogaz utilisée pour produire la vapeur par la mise en œuvre d'une chaudière classique. La chaleur dégagée par le moteur de co-génération peut également être récupérée pour préchauffer l'eau nécessaire à la production de vapeur. Ceci permet de réduire à entre 30 à 35% la part de biogaz utilisée pour produire la vapeur par la mise en œuvre d'une chaudière classique.
Ainsi, une mise en œuvre optimale de la technique selon l'art antérieur permet d'utiliser entre 65 et 70% du biogaz produit par la digestion pour produire de l'énergie susceptible d'être utilisée à d'autres fins que celle de la mise en œuvre du procédé de traitement de boues.
Selon l'invention, le digestat provenant de la digestion primaire contient seulement entre 60 et 80% de la matière sèche contenue dans la boue initiale. En outre, les boues digérées ont une viscosité inférieure à celle des boues brutes, à teneur égale en matière sèche. Ceci facilite l'augmentation de la siccité du digestat obtenue après la première étape de séparation liquide-solide. Il en résulte que la quantité de boues traitées par hydrolyse thermique selon l'invention est nettement inférieure à celle traitée par hydrolyse thermique selon l'art antérieur. Les besoins thermiques pour l'hydrolyse étant proportionnels à la quantité de matière sèche à hydrolyser, la mise en œuvre de l'invention permet de réduire ces besoins thermiques de 30 à 40%.
De plus, la mise en œuvre de l'invention permet d'augmenter jusqu'à 20% la quantité de biogaz formée au cours des deux digestions selon les types de boues admises et leur temps de séjour dans les digesteurs.
En outre, la température du digestat alimentant les moyens d'hydrolyse est environ égale à 35°C ou 55°C selon que la digestion dont il est issu est mésophile ou thermophile.
Au final, la mise en œuvre de l'invention permet de réduire d'environ 40 à 55% le besoin en vapeur nécessaire à l'hydrolyse thermique comparativement à la
technique selon l'art antérieur. Ce besoin peut en conséquence être entièrement couvert par la vapeur obtenue à partir de la chaleur récupérée sur les gaz d'échappement du moteur du co-générateur. Dans ces conditions, la quasi-totalité du biogaz produit au cours des digestions peut permettre la production d'énergie électrique susceptible d'être employée à d'autres fins que celle de la simple mise en œuvre du procédé de traitement des boues. Une faible quantité du biogaz produit peut toutefois être utilisée pour produire de la vapeur au démarrage du traitement.
Si toutefois le besoin en vapeur n'était pas entièrement couvert de cette manière dans le premier mode de réalisation : le digestat alimentant le réacteur d'hydrolyse pourra être réchauffé en le mélangeant, en sortie des moyens de séparation, avec de l'eau chaude produite à partir de la récupération de la chaleur soit sur les boues hydrolysées en sortie du réacteur d'hydrolyse, soit sur le liquide de refroidissement et les huiles du moteur du co-générateur, soit sur les deux ; les boues alimentant le premier digesteur pourront être réchauffées en les mélangeant avec de l'eau chaude produite à partir de la récupération de la chaleur sur les boues hydrolysées en sortie du réacteur d'hydrolyse.
Par ailleurs, les boues alimentant le deuxième digesteur pourront être mélangées avec de l'eau afin d'obtenir une siccité optimale en vue d'améliorer les performances de la deuxième digestion.
Selon l'art antérieur, la concentration en MES des boues à l'entrée du digesteur est limitée à 100 à 130 g/1. En effet, l'azote présent dans les boues se transforme en NH3 au cours de la digestion, NH3 constituant un composé inhibiteur pour la digestion. Il est donc nécessaire de limiter la concentration en
MES des boues à l'entrée du digesteur de façon à optimiser la digestion. La première digestion selon l'invention permet de réduire de manière importante la quantité d'azote contenue dans les boues. L'hydrolyse thermique des boues tendant à réduire leur viscosité, il est possible d'augmenter la concentration en MES des boues en entrée du digesteur secondaire jusqu'à des valeurs comprises
entre 110 et 160 g/1. Ces boues pourront donc être mélangées avec de l'eau afin d'atteindre une pareille concentration en MES.
Si toutefois le besoin en vapeur n'était pas entièrement couvert de cette manière dans le deuxième mode de réalisation : - le digestat alimentant le réacteur d'hydrolyse pourra être réchauffé en le mélangeant, en sortie des moyens de séparation, avec de l'eau chaude produite à partir de la récupération de la chaleur soit sur les boues hydrolysées en sortie du réacteur d'hydrolyse, soit sur le liquide de refroidissement et les huiles du moteur du co-générateur, soit sur les deux ; - les boues alimentant le premier digesteur pourront être réchauffées en les mélangeant avec de l'eau chaude produite à partir de la récupération de la chaleur soit sur les boues hydrolysées en sortie du réacteur d'hydrolyse, soit sur le liquide de refroidissement et les huiles du moteur du co- générateur, soit sur les deux.
Claims
1. Procédé d'obtention de boues imputrescibles et d'énergie, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
(i) obtention de boues digérées par digestion primaire de boues ; (ii) obtention d'un premier effluent aqueux et de boues digérées au moins partiellement déshydratées par une première séparation liquide-solide des boues digérées obtenues à l'étape (i) ;
(iii) obtention de boues digérées au moins partiellement déshydratées et hydrolysées par hydrolyse thermique des boues digérées au moins partiellement déshydratées obtenues à l'étape (ii) ;
(iv) digestion des boues digérées au moins partiellement déshydratées et hydrolysées obtenues à l'étape (iii) ; ledit procédé comprenant en outre : une étape de récupération des biogaz formés au cours desdites digestion et digestion primaire et une étape de production d'énergie à partir dudit biogaz comprenant une sous-étape de production d'énergie nécessaire à la mise en œuvre de ladite hydrolyse thermique et une sous-étape de production d'énergie excédentaire, la totalité dudit biogaz étant utilisée pour produire de l'électricité.
2. Procédé selon la revendications 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'obtention d'un deuxième effluent aqueux et de boues traitées par une deuxième séparation liquide-solide des boues obtenues à ladite étape (iv).
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite hydrolyse thermique est réalisée à une pression comprise entre 1 et
20 bar, à une température comprise entre 1200C et 1800C, pendant une durée comprise entre 20 et 120 minutes.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite hydrolyse thermique est réalisée à une pression égale à la pression de vapeur saturante, à une température égale à 165°C, pendant une durée comprise égale à 30 minutes.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite digestion primaire et/ou ladite digestion sont de type anaérobie mésophile.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite digestion primaire et/ou ladite digestion sont de type anaérobie thermophile.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite étape de digestion primaire est précédée d'une étape de défïbrage desdites boues.
8. Installation de traitement de boues pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, ladite installation comprenant des moyens d'hydrolyse thermique (16, 36) présentant une entrée et une sortie et des moyens de digestion (10, 11, 30) desdites boues, caractérisée en ce que lesdits moyens de digestion (10, 11, 30) communiquent avec des moyens d'amenée de boues (12, 31), ladite entrée et ladite sortie desdits moyens d'hydrolyse (16, 36) communiquant avec lesdits moyens de digestion ((10, 11, 30) et en ce qu'elle comprend des premiers moyens de séparation liquide-solide (13, 33) disposés à la sortie desdits moyens de digestion (10, 11, 30) et des moyens de récupération de biogaz (20, 38) provenant desdits moyens de digestion (10, 11, 30), lesdits moyens de digestion étant reliés à des moyens de récupération de biogaz qui comprennent un collecteur (20,38) relié à des moyens de production de vapeur et d'électricité comprenant un moteur de co-génération (21,39) relié à un alternateur produisant de l'électricité dont une ligne d'échappement (22,40) débouche à l'entrée d'un échangeur de chaleur air-eau (23,41) produisant de la vapeur d'eau et une canalisation (27,45) permettant d'amener de la vapeur auxdits moyens d'hydrolyse thermique (16,36).
9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdits moyens de digestion comprennent un digesteur (30) présentant au moins une entrée et une sortie, ladite sortie communiquant avec ladite entrée desdits moyens d'hydrolyse (36) et ladite entrée communiquant avec ladite sortie desdits moyens d'hydrolyse (36).
10. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdits moyens de digestion comprennent un digesteur primaire (10) et un digesteur secondaire (11), lesdits digesteurs primaire (10) et secondaire (11) présentant chacun une entrée et une sortie, l'entrée dudit digesteur primaire (10) communiquant avec lesdits moyens d'amenée de boues (12), la sortie dudit digesteur primaire (10) communiquant avec l'entrée desdits moyens d'hydrolyse (16), l'entrée dudit digesteur secondaire (1 1) communiquant avec la sortie desdits moyens d'hydrolyse (16).
11. Installation selon l'une quelconques des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que lesdits premiers moyens de séparation liquide-solide (13) sont configurés pour permettre d'atteindre une siccité supérieure ou égale à 12%.
12. Installation selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce qu'elle comprend des deuxièmes moyens de séparation liquide-solide (17) disposés à la sortie dudit digesteur secondaire (11).
13. Installation selon les revendications 11 ou 12, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de défibrages (28, 46) placés en amont dudit digesteur (30) ou digesteur primaire (10).
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