FR2956657A1 - Procede et dispositif de desulfuration du biogaz d'un digesteur, et digesteur equipe d'un tel dispositif - Google Patents

Abstract

Procédé de désulfuration du biogaz produit dans un digesteur (1) d'effluents urbains et /ou agricoles et/ou industriels, en voie humide et/ou sèche, le digesteur étant constitué d'une enceinte (2) fermée, en partie haute, par un dôme (3), enceinte dans laquelle a lieu une digestion anaérobie d'une masse de produits à traiter formant un digestat (4), avec un volume gazeux (5) au-dessus du digestat d'où est prélevé le biogaz ; on effectue, au sein du digestat (4), une injection diffuse, non localisée, d'un oxydant, gazeux ou liquide, selon un dosage suffisamment élevé pour réduire la formation de H2S, mais suffisamment faible pour ne pas gêner la digestion anaérobie, la désulfuration ayant lieu sur le biogaz et sur le digestat, et le soufre produit restant sous forme de particules dispersées dans le digestat et évacuées avec ce dernier.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DESULFURATION DU BIOGAZ D'UN DIGESTEUR, ET DIGESTEUR EQUIPE D'UN TEL DISPOSITIF.

La présente invention concerne un procédé de désulfuration du biogaz produit dans un digesteur d'effluents urbains et/ou agricoles et/ou industriels, en voie humide et/ou sèche, le digesteur étant constitué d'une enceinte fermée en partie haute par un dôme, enceinte dans laquelle a lieu une digestion anaérobie d'une masse de produits à traiter formant un digestat, avec un volume gazeux au-dessus du digestat d'où est prélevé le biogaz.

Le domaine de l'invention est la digestion anaérobie, ou méthanisation ou fermentation, d'effluents (et/ou résidus et/ou substrats) urbains et/ou agricoles et/ou industriels en voie humide et/ou sèche. Cette invention peut s'appliquer sur les installations de traitement des eaux résiduaires municipales et/ou industrielles, les installations de traitement des ordures ménagères (fraction fermentescible des ordures ménagères et/ou ordures ménagères brutes), les installations de traitement de résidus agricoles (déjections animales, résidus végétaux, etc...), les installations de co-digestion (anaérobie) ou cofermentation ou co-méthanisation où un ou plusieurs substrats sont mélangés, enfin, toute installation produisant du biogaz.

Dans la suite du texte, il sera parfois utilisé le seul terme « digestion », pour simplifier, à la place de « digestion anaérobie » ou « méthanisation » ou « fermentation » ; il est entendu que le terme « digestion » englobe les termes méthanisation, digestion et/ou fermentation. De même, le digestat correspond à la masse ou au volume global du substrat digéré ou méthanisé ou fermenté.

A l'heure où les préoccupations environnementales deviennent de plus en plus importantes et où les alternatives à la consommation d'énergie fossile sont recherchées, la digestion anaérobie/méthanisation/fermentation d'effluents et/ou de résidus doit être considérée avec beaucoup d'intérêt. Elle permet en effet la production d'un biogaz riche en méthane valorisable en énergie thermique et/ou électrique.

Compte tenu de la composition des effluents et/ou résidus urbains, agricoles ou industriels, le biogaz produit lors de la digestion contient du sulfure d'hydrogène (H2S) dans des teneurs comprises entre 0 et 20 000 ppm (parties par million), selon le traitement appliqué préalablement à la digestion anaérobie/méthanisation/fermentation et selon les substrats/effluents.

Lors de la valorisation thermique et/ou électrique du biogaz û par co(ou tri) génération, chaudière, torchère, piles à combustible, ou indirectement par injection dans le réseau, ou transformation en biogaz carburant - ce sulfure d'hydrogène provoque une corrosion des appareils, et/ou produit par transformation chimique des oxydes de soufre toxiques (SOx) dont les rejets dans l'atmosphère sont réglementés.

On peut également noter que l'efficacité de la digestion peut se trouver limitée en présence d'une quantité très importante d'hydrogène sulfuré, celui-ci ayant un pouvoir toxique vis-à-vis des bactéries de la digestion.

Par ailleurs, la présence de sulfures dissous dans le digestat (en équilibre avec les teneurs en hydrogène sulfuré du biogaz), se traduit par un risque de dégazage ultérieur et des problèmes de sécurité pour les personnes amenées à manipuler/traiter/conditionner le digestat.

Quelle que soit la destination finale de valorisation du biogaz et le devenir du digestat, il s'avère indispensable d'éliminer au moins H2S dans le biogaz, et de préférence d'éliminer aussi les sulfures du digestat.

Le cycle du soufre est complexe. Dans des conditions anaérobiques, la production de sulfures est inévitable. Au pH habituel de fonctionnement des digesteurs (méthaniseurs), une majeure partie des sulfures est désorbée/strippée sous forme d'hydrogène sulfuré dans le biogaz.

Actuellement, l'élimination des sulfures dans le digestat et/ou de l'hydrogène 30 sulfuré dans le biogaz consiste à réaliser des traitements : - en amont du digesteur : par exemple par l'injection de sels de fer dans le/les substrat(s) et/ou effluents ; - en aval du digesteur : par un post-traitement du biogaz utilisant des réactions chimiques, physiques, biologiques ou une combinaison de ces procédés 35 élémentaires. Ce post-traitement consiste en un ou plusieurs réacteurs séparés du digesteur et traitant le biogaz après la digestion des effluents/substrats. - dans le digesteur : par injection de sels de fer ou par micro-aération.

Ces solutions sont généralement onéreuses en coûts d'investissement et en coûts d'exploitation.

Une autre voie utilise l'oxydation biologique des sulfures qui peut produire sélectivement du soufre natif S°, solide jaune amorphe ou non (selon son état de pureté et/ou de cristallisation). C'est le cas notamment lorsque l'accepteur d'électron est l'oxygène et que ce dernier est présent selon des teneurs faibles (inférieures à 0,1 mg/L). Les bactéries thio-oxydantes sont en particulier constituées de bactéries à Gram négatif des espèces Thiobacillus, Thiomicrospira et Thiosphaera. Certaines bactéries ch imiolithotrophes utilisant les sulfures comme donneurs d'électrons sont aussi capables d'utiliser les formes oxydées de l'azote (NO2 et NO3) comme accepteurs d'électrons. La mise en oeuvre de ce type de réaction, sans compromettre les conditions anaérobies favorables à la méthanogénèse est précisément le but de la micro- oxydation.

La micro-oxydation du digesteur est généralement réalisée en méthanisation agricole, avec des digesteurs de capacité réduite correspondant par exemple aux effluents d'une seule exploitation agricole. La micro-oxydation est alors assurée par injection d'air dans le volume gazeux supérieur, également appelé « ciel », du digesteur. La réaction biochimique produit du soufre S° formant des stalactites localisées sous le dôme du digesteur. Le risque principal lié à cette précipitation sous le dôme est de diminuer le volume disponible pour le biogaz induisant ainsi un risque de détérioration des systèmes de contrôle du digesteur si de lourdes stalactites tombent brusquement dans le digesteur, et un risque d'entraînement de ces éléments solides dans le biogaz détériorant alors les compresseurs et les unités de valorisation de ce biogaz. Dans le cadre de la méthanisation agricole, les dômes sont parfois constitués de bâches plastiques qui peuvent être dégradées par ces stalactites, par exemple par suite d'un déchirement sous le poids du soufre.

Ces digesteurs bâchés sont généralement nettoyés une fois par an afin de pallier cet inconvénient. Dans le cadre d'installations à plus grande échelle, il n'est pas envisageable économiquement de vidanger et de nettoyer un digesteur une fois par an. La recommandation classique est une vidange et un curage tous les dix ans.

Enfin, lorsque le digesteur n'est pas brassé au biogaz, le traitement préférentiel du biogaz ne garantit pas une réduction proportionnelle des sulfures du digestat et ne permet pas de prévenir un risque de dégazage ultérieur d'hydrogène sulfuré.

Pour remédier à cette précipitation dans le dôme, une injection d'air dans une conduite d'une boucle de re-circulation de la boue a été envisagée. Le risque d'obturation de la conduite par précipitation du soufre est élevé et les transferts thermiques sont alors réduits diminuant ainsi l'efficacité de la digestion et donc la production de biogaz.

Enfin, des digesteurs ont été réalisés avec un brassage au biogaz spécifique afin de permettre la micro-aération au niveau de cannes de brassage. Le risque est alors une obturation des cannes de brassage par la précipitation de ce soufre S° avec une diminution de l'efficacité de la digestion à la suite d'une mauvaise homogénéisation.

L'inconvénient principal des procédés de désulfuration décrits précédemment, notamment les procédés de micro-oxydation par injection d'air, provient d'une accumulation de soufre natif dans des zones très localisées. Cette accumulation a pour effet secondaire une dégradation du matériel du digesteur et/ou de l'efficacité de digestion.

L'invention a pour but, surtout, de fournir un procédé de désulfuration qui ne présente plus cet inconvénient, et qui soit d'une exploitation simple et économique. Il est souhaitable en outre que le procédé puisse être mis en oeuvre aisément sur un digesteur existant.

Selon l'invention, le procédé de désulfuration du biogaz produit dans un digesteur d'effluents urbains et /ou agricoles et/ou industriels, en voie humide et/ou sèche, le digesteur étant constitué d'une enceinte fermée en partie haute par un dôme, enceinte dans laquelle a lieu une digestion anaérobie d'une masse de produits à traiter formant un digestat, avec un volume gazeux au- dessus du digestat d'où est prélevé le biogaz, est caractérisé en ce que l'on effectue, au sein du digestat, une injection diffuse, non localisée, d'un oxydant, gazeux ou liquide, selon un dosage suffisamment élevé pour réduire la formation de H2S, mais suffisamment faible pour ne pas gêner la digestion anaérobie, la désulfuration ayant lieu sur le biogaz et sur le digestat, et le soufre produit restant sous forme de particules dispersées dans le digestat et évacuées avec ce dernier.

De préférence, on effectue l'injection d'oxydant par une augmentation 5 progressive du débit, notamment par paliers, jusqu'à une diminution, puis une stabilisation de la teneur en hydrogène sulfuré dans le biogaz.

L'oxydant injecté est avantageusement gazeux et constitué par de l'air ou de l'oxygène. Le rapport du débit d'oxydant gazeux au débit de biogaz produit est 10 de préférence inférieur à une valeur limite de 15% pour l'air, et de 3% pour l'oxygène, au-dessus de laquelle la digestion anaérobie serait dégradée.

Lorsqu'un oxydant autre que l'air ou l'oxygène est utilisé, le débit d'oxydant injecté est compris entre 1 et 5 fois la stoechiométrie nécessaire à la réaction 15 chimique avec la teneur en sulfure .

Ainsi, le procédé de désulfuration du biogaz par micro-oxydation, selon l'invention, consiste en une injection diffuse d'air (ou d'oxygène) ou tout autre oxydant, sous forme gazeuse ou liquide dans un digesteur (ou méthaniseur ou 20 fermenteur). Cette injection d'oxydant n'est pas localisée ; elle permet d'éviter l'accumulation de soufre natif (ou soufre solide sous la forme S°). L'injection d'oxydant peut être réalisée en tout point du digesteur, au sein de la masse du digestat en un seul point d'injection ou en plusieurs. Les points d'injection sont mobiles. 25 La technologie proposée est ainsi une micro-oxydation diffuse des substrats à digérer. Le soufre formé se trouve alors sous forme particulaire dans la phase liquide ou semi-liquide et est homogénéisé avec le digestat/substrat grâce au système de brassage du digesteur : il ne peut pas s'accumuler et former des 30 agglomérats nocifs à la digestion. Ce soufre est ensuite évacué avec le digestat/substrat par fournées ( batch), ou en continu ou semi-continu, selon le fonctionnement de la digestion.

L'invention permet d'obtenir non seulement l'élimination de l'hydrogène sulfuré 35 ou sulfure d'hydrogène du biogaz, mais aussi l'élimination des sulfures du digestat ou substrat.

L'invention est également relative à un dispositif de désulfuration du biogaz produit dans un digesteur d'effluents urbains et/ou agricoles et/ou industriels, en voie humide et/ou sèche, le digesteur étant constitué par une enceinte fermée par un dôme, dans laquelle a lieu une digestion anaérobie d'une masse de produits à traiter constituant un digestat , avec un volume gazeux au-dessus du digestat, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une canne d'injection mobile dans le digestat pour effectuer une injection diffuse non localisée d'un oxydant, gazeux ou liquide, au sein du digestat.

De préférence, la canne d'injection comporte un tuyau flexible dont l'extrémité se déplace librement dans la masse liquide ou semi-liquide du digestat en fonction du brassage et de l'effet d'éjection de l'oxydant.

En variante, la canne d'injection peut comporter une canalisation rigide montée 15 mobile et entraînée mécaniquement en déplacement dans le digestat.

Avantageusement, la canne d'injection traverse le dôme du digesteur, en particulier une plaque de fermeture démontable d'un trou d'homme prévu sur ce dôme. Lorsque l'oxydant est de l'air, le dispositif comporte avantageusement un compresseur qui délivre l'air sous pression.

L'invention est également relative à un digesteur d'effluents urbains et /ou 25 agricoles et/ou industriels, en voie humide et/ou sèche, constitué par une enceinte fermée par un dôme, dans laquelle a lieu une digestion anaérobie d'une masse de produits à traiter constituant un digestat, avec un volume gazeux au-dessus du digestat, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif de désulfuration tel que défini précédemment.. 30 L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins : Fig. 1 est une coupe axiale verticale schématique d'un digesteur équipé d'un dispositif de désulfuration selon l'invention. 20 35 Fig. 2 montre, à plus grande échelle, le détail Il de Fig.1.

Fig. 3 est une coupe verticale, à plus grande échelle que Fig.1, d'un digesteur avec dispositif de désulfuration selon l'invention. Fig. 4 est une coupe, semblable à Fig. 3, d'une variante de réalisation du digesteur avec dispositif de désulfuration selon l'invention, et

Fig. 5 est une coupe schématique semblable à Fig. 1 d'un digesteur avec 10 brassage mécanique.

En se reportant à Fig.1 des dessins, on peut voir un digesteur 1 d'effluents urbains et /ou agricoles et/ou industriels, en voie humide et/ou sèche. Le digesteur 1 est constitué d'une enceinte 2 fermée, en partie haute, par un dôme 15 3. Le terme « dôme » est à comprendre dans un sens très général comme désignant un toit de fermeture, sans limitation à une forme particulière. Dans l'enceinte a lieu une digestion anaérobie d'une masse de produits à traiter formant un digestat 4, liquide ou semi-liquide, avec un volume gazeux 5, ou « ciel », au-dessus du niveau supérieur 4a du digestat. Le biogaz est prélevé 20 par au moins une conduite 6 branchée sur un piquage du dôme, et munie d'une vanne 7. Une conduite 8 de dérivation, munie d'une vanne 8a, est reliée à la conduite 6 pour alimenter en biogaz au moins une canne de brassage 9 verticale. La canne 9 traverse le dôme 3 de manière étanche et débouche en partie inférieure du digestat, par exemple suivant plusieurs tubulures formant un 25 "v" renversé. Le brassage du digestat 4 est assuré par la montée des bulles de biogaz ; la circulation du fluide dans le digestat est illustrée par une courbe 10. Le dôme du digesteur est muni d'un trou d'homme fermé de manière étanche par une, plaque, en général un disque Il, démontable.

30 Un dispositif de désulfuration D, selon l'invention, équipe le digesteur. Ce dispositif D comporte au moins un dispositif d'injection A avec une canne d'injection 12 mobile dans la partie liquide ou semi-liquide du digesteur pour effectuer une injection diffuse, non localisée, d'un oxydant, gazeux ou liquide, au sein du digestat 4. 35 Comme visible sur Fig. 1 et Fig. 2, le dispositif d'injection A proprement dit est implanté sur le dôme 3 du digesteur, et comporte une conduite tubulaire rigide 13 logée dans un tube de guidage 14, lequel traverse, de manière étanche, le5 disque 11 de fermeture. Le passage de la conduite 13 dans le tube 14 est rendu étanche par un joint 15 disposé à l'intérieur du tube 14 autour de la conduite 13. Un clapet anti-retour 16 est disposé sur le tuyau 17 d'alimentation de la conduite 13.

La canne d'injection mobile 12, selon Fig. 1 et 2, est formée par un tuyau souple 18 prolongeant la conduite rigide 13 au sein du digestat, pour permettre une injection diffuse au sein de la boue. La longueur du tuyau souple 18 est déterminée pour éviter tout risque de collision entre l'extrémité inférieure de ce tuyau souple 18 et un élément du digesteur. Le tuyau souple 18 peut être réalisé sous forme d'un tube en polytétrafluoroéthylène PTFE (âme de PTFE, tresse en soie de verre revêtue de PTFE, recouvrement en tresse inox). La longueur du tuyau souple 18 peut atteindre 3 mètres et plus. Le diamètre interne du tube 18 peut être de 8 mm. L'extrémité inférieure du tuyau 18 est avantageusement équipée d'un dispositif 19 pour former des bulles de gaz, limitant la possibilité de remontée de boues dans le tuyau souple 18 (dispositif de type VIBRAIR® décrit dans le - Mémento Technique de l'Eau - Degrémont Suez, 10ème édition Tome 2, page 892).

En variante, la canne d'injection 12 peut comporter, au lieu du tuyau souple 18, une canalisation rigide mobile (non représentée) entraînée mécaniquement en déplacement dans le digestat, notamment en rotation autour d'un axe vertical.

La profondeur d'immersion de l'extrémité munie du dispositif 19 est au moins égale à 1,5 m au-dessous du niveau 4a. Le tuyau souple 18 d'injection d'oxydant reste mobile dans le digesteur et effectue un mouvement désorganisé de balancier sous l'effet du brassage du digestat dans ce digesteur.

Le dispositif d'injection A est alimenté en air sous pression par un compresseur 20 disposé à proximité du digesteur, avec un ballon 20a d'air comprimé. La sortie d'air sous pression est reliée à la canalisation 17.

Sur Fig. 1, les bulles d'air sont schématisées par des points 21. La profondeur d'immersion de l'extrémité 19 et la dimension des bulles sortant du tuyau 18 sont choisies pour que les bulles d'air 21 disparaissent avant d'atteindre la surface 4a, et pour éviter que de l'oxygène arrive dans le ciel 5.

En se reportant à Fig. 3, on peut voir une représentation plus détaillée d'un digesteur conforme au schéma de Fig. 1. Les éléments identiques ou analogues à des éléments déjà décrits à propos de Fig. 1 et 2 sont désignés par les mêmes références numériques sans que leur description soit reprise. La canne de brassage 9 est constituée par un tube axial vertical à l'extrémité inférieure duquel le biogaz de brassage est libéré dans le digestat. Le tuyau 17 reliant la sortie du compresseur au dispositif d'injection A est réalisé de préférence en tube inoxydable, relié par un raccord souple au clapet anti-retour 16. La conduite rigide comprend un tuyau en inox 13a vertical traversant un piquage existant dans le dôme 3. La canne d'injection 12 formée par le tuyau 18 est raccordée à l'extrémité inférieure du tuyau inox 13a qui plonge dans le digestat. Le dôme 3 est équipé de soupapes 21. Le circuit de recyclage d'une partie du biogaz vers la canne de brassage 9 n'a pas été représenté sur Fig. 3.

Fig. 4 illustre, de manière semblable à Fig. 3, un digesteur équipé d'un dispositif d'injection selon l'invention. Trois cannes de brassage verticales (connues sous la dénomination « cannon mixer » et décrites dans le - Mémento Technique de l'Eau - Degrémont Suez, 10ème édition Tome 2, pages 1223-1225) sont prévues. Une canne centrale 9a est située entre deux cannes 9b, 9c symétriques par rapport à la canne centrale. Les cannes de brassage sont montées sur des supports à leur partie inférieure, avec un passage libre pour que le digestat puisse circuler de bas en haut dans les cannes. Une alimentation en biogaz est prévue en partie basse de chacune des cannes de brassage à l'aide d'une soufflante 22 dont l'entrée reçoit le biogaz prélevé par la conduite 8 et dont la sortie refoule le biogaz dans une conduite 8b reliée aux parties basses des cannes 9a-9c. Les bulles de biogaz montent à l'intérieur des cannes de brassage entraînant le digestat selon un mouvement de convection de bas en haut dans les cannes de brassage, avec retour de haut en bas comme illustré par des flèches 23.

Les autres éléments du digesteur de Fig. 4 identiques à des éléments déjà décrits à propos des figures précédentes sont désignés par les mêmes références numériques sans que leur description soit reprise. Le tuyau souple 18 est déterminé de manière à ne pas heurter les cannes de brassage 9a, 9b, 9c au cours de son mouvement désorganisé provoqué par les courants du digestat.

Fig. 5 illustre, semblablement à Fig. 1, une variante de réalisation de digesteur avec dispositif d'injection selon l'invention. Le brassage du digestat est assuré par des moyens mécaniques à hélices 24a, 24b décalées verticalement et entraînées en rotation par un arbre vertical central 25, lui-même entraîné par un moteur non représenté. Le tuyau souple d'injection 18 est déterminé et disposé de manière à ne pas heurter les hélices 24a, 24b.

Quel que soit le mode de réalisation, l'injection d'oxydant par le tuyau souple 18, agité de manière désordonnée par les courants de circulation dans le digestat, permet d'obtenir une injection non localisée, évitant une concentration de soufre résultant de la désulfuration. Le soufre est présent sous forme de particules dispersées de manière homogène dans le digestat et qui sont évacuées avec ce dernier. Dans le volume gazeux 5, la teneur en hydrogène sulfuré est réduite, voisine de zéro.

L'invention s'adapte sur tout digesteur produisant du biogaz à partir d'un ou plusieurs substrats. La teneur en hydrogène sulfuré du biogaz peut être analysée en continu par un analyseur adéquat ou par des prélèvements réguliers envoyés à un laboratoire d'analyse (par poche spéciale par exemple).

Lorsque l'oxydant utilisé est de l'air comprimé, on parle de micro-aération. Les débits d'oxydant injecté et de biogaz sont préférentiellement mesurés en continu, mais cela n'est pas obligatoire. Une mesure de la pression partielle en oxygène dans le biogaz peut également être prévue pour le suivi d'un éventuel dysfonctionnement.

Une mesure en continu de la teneur en sulfure du digestat et/ou de la teneur en oxygène dissous du digestat et/ou du potentiel d'oxydoréduction du digestat peut aussi être utilisée pour prévenir tout dysfonctionnement ou à des fins de régulation de l'injection d'air ou d'oxydant.

On considère maintenant un exemple de réalisation.

Le dispositif de désulfuration D a été mis en place sur une installation de digestion de boues résiduaires d'une station d'épuration urbaine. La production de boue de la station est en moyenne de 12 tonnes de matières sèches par jour. L'installation de digestion comporte deux digesteurs de 2000 m3 chacun et un gazomètre de 500 m3. Le suivi du fonctionnement de l'installation avant la mise en place de la micro-oxydation montre que : - la teneur moyenne en matière volatile (MV) des boues en entrée de digesteurs est de 72 %, - le rendement moyen d'élimination de la MV est 48 %, - la production de biogaz est de 3900 Nm3/jour.

Les digesteurs de l'installation sont munis à l'origine d'un piquage au diamètre nominal de 200 mm sur le dôme 3, muni d'un tube de guidage 14 (Fig.2). Le dispositif D est initialement mis en place pour permettre un prélèvement d'échantillon. Le tube de guidage 14 atteint la surface 4a du digestat. Deux dispositifs de micro-aération D indépendants ont été installés, un dispositif par digesteur.

Chaque dispositif de micro-aération D installé comporte un compresseur 20 à piston d'une puissance de 2 kW. Cet appareil correspond à une capacité de l'ordre de 10 Nm3/h à 10 bars. L'installation est équipée d'un ballon 20a (Fig.3) de pressurisation de 250 L. La centrale de production d'air est en outre équipée d'une mesure de débit et d'une vanne de régulation. L'ensemble de la centrale est placé en pied de digesteur.

L'air pressurisé à 10 bars est ensuite acheminé jusqu'au point d'injection sur le dôme du digesteur par le biais d'une conduite 17 en acier inoxydable, de diamètre 8 mm. L'installation a été suivie pendant quatre mois après la mise en place d'une injection d'air.

Une quantité maîtrisée d'air pressurisé était injectée dans le digesteur en 30 continu ou en discontinu. Les réactions intervenant dans la digestion ou pour la dégradation de l'hydrogène sulfuré faisant intervenir des bactéries, l'injection d'air était effectuée par une augmentation progressive du débit (par exemple par paliers) jusqu'à une diminution, puis une stabilisation de la teneur en hydrogène sulfuré dans le biogaz. Un suivi régulier de la qualité du biogaz ou 35 l'un des dispositifs de régulation précités permet d'ajuster si nécessaire le débit d'air à injecter si les performances sont modifiées. Un suivi des paramètres de digestion est également préconisé afin de contrer toute dérive : rendement d'élimination des matières volatiles, élimination de la DCO (demande chimique25 en oxygène), concentration en AGV (acides gras volatils), débit de production du biogaz, etc... 11 est également possible de réguler ce débit à injecter autour d'une valeur consigne qui sera définie lors de la mise en route de l'installation.

La stabilisation complète du système est obtenue après au moins deux cycles de digestion (deux fois le temps de séjour hydraulique du substrat ou de l'effluent dans le digesteur).

L'analyse de biogaz était bi-quotidienne et réalisée avec un analyseur portable de type GA2000 mesurant CH4, CO2, 02, H2S et CO. Les résultats de cet exemple de mise en oeuvre ont été obtenus avec une injection continue d'air dans le digesteur. Cependant, pour des raisons de praticité, il peut être utilisé une injection cadencée d'air. Mais il faudra veiller à injecter de l'air au moins 10 minutes par heure, afin d'entretenir la microbiologie de la réaction. Le débit d'air a été augmenté par paliers.

Les résultats obtenus sont les suivants : Durée de l'expérience Quantité d'air Concentration en H2S injecté (normo- dans le biogaz (ppm L/min) H2S) TO (avant installation de 0 700 l'équipement) TO à TO + 7 j (jours) 1,2 700 T0+7jàT0+14j 2,3 680 T0+14 j à T0 + 21 j 3, 5 650 T0+21 jàTO+28j 4,6 500 T0+28 j à T0 + 35 j 5,8 400 T0+35jàT0+42j 6,9 300 T0+42 j à T0 + 49 j 8,1 200 T0+49 j à T0 + 56 j 9,2 100 T0+56 j à T0 + 63 j 10,4 75 T0+63 j à T0 + 70 j 11, 5 100 T0+100j 11,5 110 Ces résultats ont été obtenus avec une même alimentation des digesteurs pendant toute la période des essais. La production de biogaz est restée similaire (à +/- 10 %) et le rendement de digestion est également conservé.

Applications industrielles Le procédé et le dispositif de désulfuration selon l'invention peuvent s'appliquer à tout digesteur anaérobie, ou méthaniseur, ou fermenteur, en voie sèche et/ou humide capable de traiter un ou plusieurs effluents et/ou un ou plusieurs substrats, quelle que soit la température de fonctionnement du procédé. Ce procédé peut s'installer au niveau des trous d'homme de ces appareils de digestion, ou au niveau des points de prélèvement d'échantillons. Le brassage du digesteur ou méthaniseur ou fermenteur est indifférent : le brassage peut être mécanique (type hélices ù Fig. 5 ou autre système de brassage mécanique vertical et/ou horizontal) ou au biogaz (cannes de brassage ou boîtes à bulles), ou hydraulique. La présente invention concerne les biogaz contenant 0 à 20 000 ppmv d'H2S et plus particulièrement 0 à 10 000 ppmv et plus particulièrement 0 à 5 000 ppmv. Si l'air est l'oxydant, l'injection d'air est réalisée à un ratio de 0 à 15 % du débit de biogaz produit. Ce débit d'air est estimé en fonction de la quantité de H2S dans le biogaz que l'on souhaite éliminer. Un débit d'air supérieur à ce ratio engendrerait une dégradation de la digestion anaérobie et une diminution de la production de biogaz. Si l'oxygène est l'oxydant, l'injection d'oxygène est réalisée de 0 à 25 3 % du débit de biogaz produit. Si un autre oxydant est utilisé, le débit à injecter est estimé en fonction de la stoechiométrie avec la teneur en sulfure du biogaz, en considérant qu'il faut entre 1 et 5 fois la stoechiométrie nécessaire à la réaction chimique.

30 Le biogaz épuré présente une teneur en hydrogène sulfuré pouvant descendre à 50 ppmv selon les conditions opératoires. 35

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de désulfuration du biogaz produit dans un digesteur (1) d'effluents urbains et/ou agricoles et/ou industriels, en voie humide et/ou sèche, le digesteur étant constitué d'une enceinte (2) fermée, en partie haute, par un dôme (3), enceinte dans laquelle a lieu une digestion anaérobie d'une masse de produits à traiter formant un digestat (4), avec un volume gazeux (5) au-dessus du digestat d'où est prélevé le biogaz, caractérisé en ce que l'on effectue, au sein du digestat (4), une injection diffuse, non localisée, d'un oxydant, gazeux ou liquide, selon un dosage suffisamment élevé pour réduire la formation de H2S, mais suffisamment faible pour ne pas gêner la digestion anaérobie, la désulfuration ayant lieu sur le biogaz et sur le digestat, et le soufre produit restant sous forme de particules dispersées dans le digestat et évacuées avec ce dernier.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue l'injection d'oxydant par une augmentation progressive du débit, notamment par paliers, jusqu'à une diminution, puis une stabilisation de la teneur en hydrogène sulfuré dans le biogaz.
3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'oxydant injecté est gazeux et constitué par de l'air ou de l'oxygène.
4. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport du débit d'oxydant gazeux au débit de biogaz produit est inférieur à une valeur limite, 15% pour l'air, 3% pour l'oxygène, au-dessus de laquelle la digestion anaérobie serait dégradée.
5. 5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, lorsqu'un oxydant autre que l'air ou l'oxygène est utilisé, le débit d'oxydant injecté est compris entre 1 et 5 fois la stoechiométrie nécessaire à la réaction chimique avec la teneur en sulfure .
6. 6. Dispositif de désulfuration au moins produit dans un digesteur (1) d'effluents urbains et /ou agricoles et/ou industriels, en voie humide et/ou sèche, le digesteur étant constitué par une enceinte (2) fermée par un dôme (3), dans laquelle a lieu une digestion anaérobie d'une masse de produits à traiterconstituant un digestat (4) , avec un volume gazeux (5) au-dessus du digestat, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une canne d'injection (12) mobile dans le digestat (4) pour effectuer une injection diffuse, non localisée, d'un oxydant, gazeux ou liquide, au sein du digestat.
7. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la canne d'injection (12) comporte un tuyau flexible (18) dont l'extrémité se déplace librement dans la masse liquide ou semi-liquide du digestat en fonction du brassage et de l'effet d'éjection de l'oxydant.
8. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la canne d'injection comporte une canalisation rigide montée mobile et entraînée mécaniquement en déplacement dans le digestat. 15
9. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la canne d'injection traverse une plaque de fermeture démontable (11) d'un trou d'homme dans le dôme (3) du digesteur.
10. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en 20 ce que l'oxydant est de l'air sous pression délivré par un compresseur (20).
11. 11. Digesteur (1) d'effluents urbains et /ou agricoles et/ou industriels, en voie humide et/ou sèche, constitué par une enceinte (2) fermée par un dôme (3), dans laquelle a lieu une digestion anaérobie d'une masse de produits à traiter 25 constituant un digestat (4), avec un volume gazeux (5) au-dessus du digestat, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif de désulfuration selon l'une quelconque des revendications 6 à 10. 10 30