FR3030484A1 - Procede de digestion aerobie et digesteur aerobie - Google Patents

Abstract

L'invention se rapporte à un procédé de régulation de la température d'une biomasse 9 contenue dans une enceinte 1 de digesteur aérobie et à un digesteur aérobie permettant de mettre en œuvre une telle régulation. Pour ce faire, le digesteur selon l'invention comprend de manière non limitative un moyen de refroidissement 22 et un moyen de saturation en eau 24 d'air surpressé injecté dans l'enceinte 1, un ou plusieurs moyens de refroidissement et chauffage 42 d'une fraction de biomasse circulant dans une branche de recirculation 4, un moyen de génération d'un flux d'air 5 au ras d'une surface libre 91 de la biomasse 9 et un dispositif pare-soleil 3. La régulation est pilotée en fonction d'une température mesurée T9 de la biomasse 9.

Description

- 1 - « Procédé de digestion aérobie et digesteur aérobie » Domaine technique L'invention se rapporte au domaine du traitement biologique de produits à stabiliser tels que des produits concentrés en matière organique, par exemple des boues d'épuration issues du traitement des eaux usées 5 d'origine municipale ou industrielle. L'invention concerne plus précisément un procédé de digestion aérobie, ainsi qu'un digesteur aérobie s'y rapportant. Etat de la technique antérieure 10 La digestion aérobie est un traitement biologique permettant de dégrader la matière organique contenue dans un produit à stabiliser en présence d'oxygène par des bactéries aérobies. Un tel traitement entraîne une réduction de la quantité de produit à stabiliser par la dégradation de la matière organique qu'il contient et permet 15 de limiter des processus de fermentation ultérieurs et donc de minimiser les mauvaises odeurs associées à de tels processus, la matière organique digérée n'étant plus accessible à des bactéries anaérobies. On connaît dans l'art antérieur des procédés de digestion aérobie consistant à placer dans une enceinte un produit à stabiliser de type boues 20 d'épuration ainsi que de bactéries aérobies. On appelle dans ce document biomasse l'ensemble constitué par le produit à stabiliser et les bactéries aérobies, cette biomasse étant préférentiellement liquide. La forme de l'enceinte est typiquement parallélépipédique ou cylindrique. Les digesteurs équipés d'une telle enceinte sont généralement dotés d'un dispositif 25 d'aération permettant d'introduire dans la biomasse de l'air surpressé nécessaire au développement des bactéries aérobies, ainsi que d'un système de brassage de la biomasse. Dans les procédés de digestion aérobie connus, on peut voir apparaître les inconvénients suivants : 30 - Un problème de faible rendement de digestion (dégradation de matière organique) lorsque la température dans l'enceinte est relativement faible, impliquant des tailles d'enceinte et des temps - 2 - de séjour relativement importants pour atteindre un rendement de digestion donné ; Le développement de conditions de température dites thermophiles (température supérieure à 45°C) lorsque la biomasse à stabiliser est trop concentrée ou lorsque les conditions météorologiques sont extrêmes (pays chauds). La mise en oeuvre d'un procédé de digestion dans de telles conditions se traduit souvent par des phénomènes de moussage important posant de réels problèmes d'exploitation (débordement de la biomasse hors de l'enceinte, colmatage de tuyauterie, etc.). Ces conditions thermophiles défavorisent en outre la déshydratation du produit stabilisé par un tel procédé de digestion, ce qui nécessite une consommation de réactifs accrue lors d'une étape de déshydratation ultérieure.

La présente invention a notamment pour but de d'éviter au moins l'un de ces inconvénients. Exposé de l'invention A cet effet, l'invention propose un procédé de régulation de la température d'une biomasse contenue dans une enceinte de digesteur aérobie, la biomasse comprenant un produit à stabiliser et des bactéries aérobies, le produit à stabiliser comprenant de la matière organique, le digesteur comprenant en outre un dispositif d'aération apte à injecter de l'air surpressé au sein de l'enceinte, l'air surpressé circulant dans une canalisation d'injection du dispositif d'aération avant son arrivée dans l'enceinte, l'enceinte étant agencée de sorte que la biomasse forme une surface libre en contact avec de l'air ambiant, le digesteur étant agencé pour qu'au moins une partie de la surface libre subisse, au moins indirectement, un flux d'énergie radiative émis par le soleil, au moins en période diurne ou d'ensoleillement du site d'implantation du digesteur, caractérisé en ce que : a) on mesure la température de la biomasse, puis b) on compare la température mesurée de la biomasse à une température prédéfinie ou à un intervalle de températures prédéfinies, puis - 3 - c) si la température mesurée de la biomasse est supérieure à ladite température prédéfinie ou audit intervalle de températures prédéfinies, on met en oeuvre au moins l'une des étapes de refroidissement suivantes : i. pilotage d'un dispositif pare-soleil de manière à diminuer le flux d'énergie radiative reçu par la surface libre, diminution d'une température de l'air surpressé lors de son trajet dans la canalisation d'injection, génération d'un flux d'air au ras de la surface libre ou augmentation de la vitesse ou du débit du flux d'air ainsi généré, iv. augmentation du débit d'air surpressé injecté au sein de l'enceinte relativement à un débit nominal, y. diminution de la concentration en matière organique du produit à stabiliser, vi. diminution d'une température d'une fraction de la biomasse lors de son trajet dans une branche de recirculation, ladite fraction étant prélevée dans l'enceinte, mise en circulation, de préférence par une pompe, dans la branche de recirculation puis réintroduite dans l'enceinte, ou d) si la température mesurée de la biomasse est inférieure à ladite température prédéfinie ou audit intervalle de températures prédéfinies, on met en oeuvre au moins l'une des étapes de chauffage suivantes : i. diminution du débit d'air surpressé injecté au sein de l'enceinte pour atteindre le débit nominal, lorsque le flux d'air est généré au ras de la surface libre au moment de l'initiation de la présente étape de chauffage, diminution de la vitesse ou du débit du flux d'air ou interruption du flux d'air, pilotage du dispositif pare-soleil de manière à augmenter le flux d'énergie radiative reçu par la surface libre, iv. augmentation de la concentration en matière organique du produit à stabiliser, - 4 - y. augmentation de la température d'une fraction de la biomasse lors de son trajet dans la branche de recirculation, ladite fraction étant prélevée dans l'enceinte, mise en circulation dans la branche de recirculation puis réintroduite dans l'enceinte, et en ce que, après la mise en oeuvre d'au moins une des étapes de chauffage ou de refroidissement, on revient à l'étape de mesure de température. Le procédé selon l'invention permet de contrôler la température de la 10 biomasse. D'une part, cela permet d'éviter d'avoir une température de biomasse trop élevée, et donc d'éviter la formation de bactéries thermophiles et/ou d'éviter les phénomènes de moussage et/ou de limiter une consommation de réactifs lors d'une étape de déshydratation ultérieure. 15 D'autre part, cela permet d'éviter d'avoir une température de biomasse trop basse, notamment une température en-dessous de laquelle le rendement de digestion est relativement faible. Ainsi, il est possible de diminuer la taille de l'enceinte dès la conception sans diminuer le rendement de digestion. 20 Avantageusement, le produit à stabiliser est de préférence une boue d'épuration issue du traitement des eaux usées, notamment d'origine municipale ou industrielle. 25 Avantageusement, si la température mesurée de la biomasse est supérieure à ladite température prédéfinie ou audit intervalle de températures prédéfinies, alors on peut mettre en oeuvre au moins deux des étapes de refroidissement, de préférence au moins trois des étapes de refroidissement, de préférence au moins quatre des étapes de 30 refroidissement, de préférence au moins cinq des étapes de refroidissement, de préférence toutes les étapes de refroidissement. La mise en oeuvre de plusieurs étapes de refroidissement permet d'améliorer l'efficacité du procédé selon l'invention pour refroidir la température de la biomasse lorsque celle-ci est supérieure à la température 35 prédéfinie ou à l'intervalle de températures prédéfinies. -5 Selon une caractéristique avantageuse, on réalise de préférence plusieurs étapes de refroidissement ou de chauffage dans l'ordre dans lequel ces étapes sont décrites ci-dessus.

Avantageusement, si la température mesurée de la biomasse est inférieure à ladite température prédéfinie ou audit intervalle de températures prédéfinies, alors on peut mettre en oeuvre au moins deux des étapes de chauffage, de préférence au moins trois des étapes de chauffage, de préférence au moins quatre des étapes de chauffage, de préférence toutes les étapes de chauffage. La mise en oeuvre de plusieurs étapes de chauffage permet d'améliorer l'efficacité du procédé selon l'invention pour remonter la température de la biomasse lorsque celle-ci est inférieure à la température 15 prédéfinie ou à l'intervalle de températures prédéfinies. Selon une caractéristique avantageuse, on injecte de préférence de l'eau dans la canalisation d'injection. L'injection d'eau dans la canalisation d'injection permet de saturer 20 partiellement ou totalement l'air comprimé en eau. Cette saturation entraîne, d'une part, une dissipation d'énergie de cet air surpressé avant injection dans l'enceinte et donc un refroidissement de la biomasse. Mais, d'autre part, cette saturation limite la potentialité de l'air sortant de l'enceinte à absorber de l'eau contenue dans l'enceinte par vaporisation et, 25 de ce fait, limite la capacité de cet air à évacuer les calories produites dans l'enceinte par l'activité des bactéries aérobies. Ainsi, en fonction des conditions atmosphériques et du débit d'air surpressé injecté dans l'enceinte par rapport au débit nominal, cette injection d'eau peut donc conduire soit à un refroidissement soit à une 30 augmentation de la température de l'enceinte. De préférence : a) on mesure, de préférence avec une sonde d'humidité, un taux d'humidité de l'air surpressé lors de son trajet dans la canalisation d'injection, puis - 6 - b) on compare le taux d'humidité mesuré à un taux d'humidité prédéfini, puis c) on réalise l'étape d'injection d'eau dans la canalisation d'injection uniquement si le taux d'humidité mesuré est inférieur au taux 5 d'humidité prédéfini. La dissipation d'énergie par saturation de l'air surpressé en eau peut ainsi être contrôlée. Avantageusement, l'injection d'eau est réalisée en amont de la sonde d'humidité. 10 Selon une autre caractéristique avantageuse, dans le flux d'air généré au ras de la surface libre, on peut injecter de l'eau. On peut ainsi saturer en eau l'air généré au ras de la surface libre et diminuer en conséquence le phénomène d'évaporation de la biomasse au 15 ras de la surface libre. De préférence, selon encore une autre caractéristique avantageuse : a) on mesure, de préférence avec des capteurs de température, les températures de l'air surpressé circulant dans la canalisation d'injection 20 respectivement en amont et en aval d'un moyen de refroidissement agencé pour réaliser l'étape de diminution de la température de l'air surpressé, puis b) on compare la différence entre la température mesurée en amont et la température mesurée en aval du moyen de refroidissement à un écart de température prédéfini, puis 25 c) on réalise l'étape de diminution de la température de l'air surpressé uniquement si ladite différence entre la température mesurée en amont et la température mesurée en aval du moyen de refroidissement est inférieure à l'écart de température prédéfini. 30 Avantageusement, on réalise de préférence l'étape de diminution de la température de l'air surpressé en augmentant le débit d'un fluide de refroidissement circulant dans un circuit de refroidissement agencé pour réaliser un échange thermique entre le fluide de refroidissement et l'air surpressé lors de son trajet dans la canalisation d'injection. 35 - 7 - Selon une caractéristique avantageuse, lors de l'étape de refroidissement c)iii., on peut générer un flux d'air ayant une vitesse comprise entre 1 et 30 m/s, de préférence comprise entre 1 et 20 m/s.

Selon une autre caractéristique avantageuse, on réalise de préférence l'étape d'augmentation ou de diminution de la température de la fraction de la biomasse en augmentant ou diminuant le débit d'un fluide de transfert circulant dans un circuit de transfert agencé pour réaliser un échange thermique entre le fluide de transfert et la biomasse lors de son trajet dans la branche de recirculation. L'invention propose aussi un digesteur aérobie comprenant une enceinte agencée pour contenir une biomasse comprenant un produit à stabiliser et des bactéries aérobies, le digesteur comprenant en outre un dispositif d'aération apte à injecter de l'air surpressé au sein de l'enceinte, l'air surpressé circulant dans une canalisation d'injection du dispositif d'aération avant son arrivée dans l'enceinte, l'enceinte étant agencée de sorte que la biomasse forme une surface libre en contact avec de l'air ambiant, le digesteur étant agencé pour qu'au moins une partie de la surface libre subisse, au moins indirectement, un flux d'énergie radiative émis par le soleil, au moins en période diurne ou d'ensoleillement du site d'implantation du digesteur, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins l'un des moyens de régulation de température suivants : I. un dispositif pare-soleil apte à diminuer et/ou augmenter le flux d'énergie radiative reçu par la surface libre, un moyen de refroidissement de l'air surpressé agencé pour refroidir l'air surpressé lors de son trajet dans la canalisation d'injection, un moyen de génération d'un flux d'air apte à générer un flux d'air au ras de la surface libre avec une vitesse ou un débit variable, IV. un régulateur de débit agencé pour augmenter et/ou diminuer le débit d'air surpressé injecté au sein de l'enceinte, V. un moyen d'alimentation apte à introduire du produit à stabiliser dans l'enceinte et apte à diminuer et/ou augmenter la concentration du produit à stabiliser en matière organique, - 8 - VI. une branche de recirculation agencée pour prélever une fraction de biomasse dans l'enceinte, pour modifier la température de cette fraction lors de son trajet dans la branche de recirculation par l'intermédiaire d'au moins un échangeur thermique , et pour réintroduire dans l'enceinte cette fraction ainsi modifiée en température, VII. au moins un capteur de température apte à mesurer la température de la biomasse, VIII. un moyen de commande apte à commander tout ou partie des moyens énoncés en I. - VII. de manière à piloter la température de la 10 biomasse pour que cette température corresponde à une température prédéfinie. Avantageusement, le digesteur peut comprendre au moins deux des moyens de régulation de température, de préférence au moins trois des 15 moyens de régulation de température, de préférence au moins quatre des moyens de régulation de température, de préférence au moins cinq des moyens de régulation de température, de préférence au moins six des moyens de régulation de température, de préférence au moins sept des moyens de régulation de température, de préférence tous les moyens de 20 régulation de température. Selon une caractéristique avantageuse, le dispositif pare-soleil peut comprendre des ventelles orientables sur un support sous l'action d'une motorisation, le dispositif pare-soleil étant agencé pour diminuer ou 25 augmenter le flux d'énergie radiative reçu par la surface libre selon l'orientation des ventelles relativement audit support. Selon une autre caractéristique avantageuse, le moyen de génération d'un flux d'air peut comprendre un ventilateur agencé pour mettre un flux d'air en circulation au sein d'une canalisation de ventilation reliée à un diffuseur, le diffuseur étant agencé pour diffuser le flux d'air en couche mince au ras de la surface libre. - 9 - Description des figures et modes de réalisation D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en oeuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et de la FIGURE 1 annexée représentant une 5 vue schématique d'un digesteur aérobie selon l'invention. Les modes de réalisation décrits ci-après étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, isolées des autres 10 caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence 15 fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. 20 Enceinte et biomasse En référence à la FIGURE 1, le digesteur de l'invention comprend une enceinte 1 agencée pour contenir une biomasse 9. On désigne par le terme biomasse 9 un mélange de bactéries aérobies d'une part et d'un produit à stabiliser d'autre part. Le produit à 25 stabiliser est d'un type comprenant de la matière organique, par exemple de la boue d'épuration issue du traitement des eaux usées d'origine municipale ou industrielle. L'enceinte 1 consiste typiquement en un bassin de stabilisation aérobie dans lequel la biomasse 9 est en contact avec de l'air ambiant, au 30 moins par une surface libre 91 qu'elle forme dans l'enceinte 1. Une telle enceinte 1 permet de transformer une boue d'épuration en boue stabilisée aérobie grâce à l'action des bactéries aérobies contenues dans la biomasse 9. Non limitativement, l'enceinte 1 est par exemple de forme 35 sensiblement cylindrique ou, de préférence, parallélépipédique et est - 10 - réalisée dans un matériau de type béton ou métal, par exemple en acier inoxydable. La paroi extérieure de l'enceinte 1 peut être revêtue d'un matériau isolant thermique, par exemple de panneaux de polystyrène. Le produit à stabiliser est introduit dans l'enceinte 1 par 5 l'intermédiaire d'un moyen d'alimentation (non représenté). Ce moyen d'alimentation est d'un type apte à diminuer et/ou augmenter la concentration du produit à stabiliser en matière organique. Par exemple, la concentration du produit à stabiliser est modifiée par une opération d'épaississement gravitaire ou dynamique, telle que le drainage sur table ou 10 grille, la flottation ou encore la centrifugation. L'activité des bactéries aérobies entraîne un dégagement d'énergie. Ainsi, plus la concentration en matières organiques est importante au sein de l'enceinte, plus le dégagement d'énergie sera important jusqu'à obtenir des dégagements d'énergie trop importants, conduisant à l'apparition de 15 conditions thermophiles. Or pour limiter le volume de l'enceinte en maintenant un temps de séjour suffisant, il est intéressant d'augmenter la concentration du produit à stabiliser entrant dans l'enceinte. La présente invention a donc notamment pour avantage d'autoriser une concentration en matières organiques suffisamment importante pour limiter le volume de 20 l'enceinte tout en évitant la formation de conditions thermophiles grâce aux moyens de régulation décrits ci-dessous. De préférence, le moyen d'alimentation permet de contrôler la quantité de produit à stabiliser introduit dans l'enceinte 1. 25 Dispositif d'aération Le digesteur comprend un dispositif d'aération 2 apte à injecter de l'air surpressé au sein de l'enceinte 1. On entend par air surpressé, un air dont la pression est de préférence comprise entre 1.1 bar absolu et 3 bars absolu. Une telle injection d'air surpressé permet d'oxygéner l'enceinte 1, 30 l'oxygène étant nécessaire à la survie et au développement des bactéries aérobies. Le dispositif d'aération 2 comprend typiquement un compresseur 23, un diffuseur 25 et une canalisation d'injection 21 constituée d'éléments de tuyauterie 21a, 21b, 21c.

Le compresseur 23 permet d'acheminer l'air surpressé jusqu'au diffuseur 25, ce diffuseur 25 étant agencé pour injecter l'air surpressé dans l'enceinte 1. Le diffuseur 25 peut être choisi parmi plusieurs types connus dans l'art antérieur, par exemple un diffuseur de bulles d'air surpressé fines, moyennes, ou grosses, ou comprenant un dispositif immergé assurant le brassage de la biomasse ainsi que l'aération de cette biomasse via un diffuseur d'air.

Le dispositif d'aération 2 selon l'invention comprend de préférence un moyen de refroidissement 22 agencé pour refroidir l'air surpressé lors de son trajet dans la canalisation d'injection 21. Le moyen de refroidissement 22 est par exemple un échangeur thermique agencé pour réaliser un échange thermique entre l'air surpressé circulant dans la canalisation d'injection 21 et un fluide de refroidissement circulant dans un circuit de refroidissement 222 constitué d'éléments de tuyauterie 222a, 222b (partiellement représentés en FIGURE 1). Le fluide de refroidissement est par exemple de l'air, de l'eau ou tout autre fluide froid disponible sur le site d'implantation du digesteur.

Par exemple, on fait circuler dans le circuit de refroidissement 222 un fluide de refroidissement ayant une température inférieure à une température mesurée de l'air surpressé circulant dans la canalisation d'injection 21. Ladite température mesurée de l'air surpressé est par exemple mesurée en amont et/ou en aval du moyen de refroidissement 22 par deux sondes de températures Ti, T2. On peut aussi augmenter ou diminuer le débit du fluide de refroidissement circulant dans le circuit de refroidissement 222 pour refroidir plus ou moins, respectivement, l'air surpressé au niveau du moyen de refroidissement 22.

Un tel moyen de refroidissement 22 permet de prélever de la chaleur de l'air surpressé circulant dans la canalisation d'injection 21 et de la transférer au fluide de refroidissement circulant dans le circuit de refroidissement 222. Le pilotage du débit du fluide de refroidissement circulant dans le 35 circuit de refroidissement 222 ou du débit de l'air surpressé circulant dans - 12 - la canalisation d'injection 21 est réalisé par un moyen de commande 6. Le moyen de commande 6 peut aussi être utilisé pour mesurer des températures d'air surpressé et/ou de biomasse, par exemple, via des sondes de températures Ti, T2, T9.

Au moins une sonde de température T9 est utilisée pour mesurer la température de la biomasse 9. Ladite au moins une sonde de température T9 est par exemple disposée de manière à mesurer la température de la biomasse 9 directement au sein de l'enceinte 1, ou dans une canalisation de recirculation 41 (voir plus loin).

En fonction du besoin de refroidissement de la biomasse 9, on augmente ou on diminue le débit du compresseur 23, par exemple via le moyen de commande 6, en pilotant un régulateur de débit D1 tel que variateur de vitesse, vanne régulante...

Le dispositif d'aération 2 selon l'invention comprend de préférence un saturateur 24 agencé pour injecter de l'eau dans la canalisation d'injection 21. L'injection d'eau dans la canalisation d'injection 21 permet de saturer l'air surpressé en eau et de contrôler ainsi le refroidissement de la biomasse 20 9 en contrôlant la dissipation d'énergie induite par la saturation de l'air surpressé. De préférence, la saturation de l'air surpressé en eau est pilotée, par exemple par le moyen de commande 6, en fonction de l'humidité de l'air surpressé que l'on mesure avec une sonde d'humidité Hl. La sonde 25 d'humidité H1 est par exemple placée en aval du saturateur 24 sur l'élément de tuyauterie 21b. Branche de recirculation Le digesteur comprend de préférence une branche de recirculation 4 30 comportant la canalisation de recirculation 41 constituée d'éléments de tuyauterie 41a, 41b, 41c. La branche de recirculation 4 est agencée pour prélever une fraction de biomasse 9 dans l'enceinte 1, pour modifier la température de cette fraction lors de son trajet dans la branche de recirculation 4 et pour réintroduire dans l'enceinte 1 cette fraction ainsi 35 modifiée en température. - 13 - La mise en circulation de ladite fraction dans la branche de recirculation 4 est par exemple réalisée au moyen d'une pompe 43. La modification de la température de ladite fraction est de préférence réalisée au moyen d'au moins un échangeur thermique 42 apte à réchauffer 5 et/ou refroidir la température de ladite fraction lors de son trajet dans la branche de recirculation 4. Cette modification de température est par exemple obtenue par un échange de chaleur entre ladite fraction et un fluide de transfert circulant dans un circuit de transfert 422 constitué d'éléments de tuyauterie 422a, 422b (partiellement représentés en FIGURE 10 1). De préférence, ledit au moins un échangeur thermique 42 consiste : soit en un unique échangeur utilisé à la fois pour réchauffer et pour refroidir ladite fraction, le chauffage ou le refroidissement étant par exemple réalisé en augmentant ou diminuant la 15 température du fluide de transfert, soit en deux échangeurs distincts, par exemple montés en série, l'un servant à refroidir, l'autre à réchauffer ladite fraction. Pour modifier la température de ladite fraction, on pilote par exemple le débit du fluide de transfert circulant dans le circuit de transfert 422, ou le 20 débit de prélèvement de la fraction de biomasse 9 par commande de la pompe 43. Un tel pilotage est par exemple réalisé par le moyen de commande 6. Ventilateur 25 De préférence, le digesteur comprend un moyen de génération 5 d'un flux d'air apte à générer un flux d'air au ras de la surface libre 91 avec une vitesse ou un débit variable. En référence à la FIGURE 1, ce moyen de génération d'un flux d'air 5 comprend un ventilateur 53 agencé pour mettre un flux d'air en circulation 30 au sein d'une canalisation de ventilation 51 reliée à un diffuseur 54. Le diffuseur 54 consiste de préférence en un réseau d'injecteurs situés sur le bord de l'enceinte 1. Le diffuseur 54 est agencé pour diffuser le flux d'air en couche mince au ras de la surface libre 91. - 14 - Pour refroidir la biomasse 9, on génère de préférence un flux d'air ayant une vitesse comprise entre 1 et 30 m/s, de préférence comprise entre 1 et 20 m/s. L'invention prévoit en outre d'installer un humidificateur 52 apte à 5 injecter de l'eau dans le flux d'air généré par le moyen de génération 5. La régulation du débit d'air ainsi généré ou de l'injection d'eau dans le flux d'air est par exemple pilotée par le moyen de commande 6. Dispositif pare-soleil 10 Le digesteur est agencé pour qu'une partie au moins de la surface libre 91 subisse, directement ou indirectement, un flux d'énergie radiative émis par le soleil, du moins en cas d'ensoleillement du site d'implantation du digesteur, c'est-à-dire notamment en période diurne. Le digesteur comprend de préférence un dispositif pare-soleil 3 apte à 15 diminuer ou augmenter le flux d'énergie radiative reçu par la surface libre 91. Le dispositif pare-soleil 3 comprend de préférence des ventelles 31 orientables sur un support 33 sous l'action d'une motorisation 32. En FIGURE 1, les ventelles 31 sont orientées en oblique par rapport au support 20 33, c'est-à-dire dans une position intermédiaire entre une position fermée (ventelles 31 parallèles au support 33 ; non représenté) et une position ouverte (ventelles 31 perpendiculaires au support 33 ; non représenté). Ce dispositif pare-soleil 3 est de préférence agencé pour recouvrir l'intégralité de la surface libre 91 ou pour que les ventelles 31 masquent 25 l'intégralité de cette surface libre 91 lorsqu'elles sont orientées suivant ladite position fermée. Ainsi, en modifiant l'orientation des ventelles 31 depuis la position ouverte jusqu'à la position fermée, le dispositif pare-soleil 3 diminue le flux d'énergie radiative reçu par la surface libre 91 (en cas d'ensoleillement).

30 Réciproquement, en modifiant l'orientation des ventelles 31 depuis la position fermée jusqu'à la position ouverte, le dispositif pare-soleil 3 augmente le flux d'énergie radiative reçu par la surface libre 91 (en cas d'ensoleillement). - 15 - Régulation Un tel digesteur permet de réguler la température de la biomasse 9 contenue dans l'enceinte 1. Typiquement, pour réaliser une telle régulation : a) on mesure la température de la biomasse 9 avec la sonde de température T9, puis b) on compare la température mesurée de la biomasse 9 à une température prédéfinie ou à un intervalle de températures prédéfinies, cette température prédéfinie étant une température optimale pour le traitement de la biomasse 9, par exemple comprise entre 30 et 45°C, typiquement 37°C, puis c) si la température mesurée de la biomasse 9 est supérieure à ladite température prédéfinie ou à l'intervalle de températures prédéfinies, on met en oeuvre au moins l'une des étapes de refroidissement suivantes : i. pilotage du dispositif pare-soleil 3 de manière à diminuer le flux d'énergie radiative reçu par la surface libre 91 - modification de l'orientation des ventelles 31 vers la position fermée, diminution de la température de l'air surpressé lors de son trajet dans la canalisation d'injection 21 - pilotage du moyen de refroidissement 22, génération du flux d'air au ras de la surface libre 91 ou augmentation de la vitesse ou du débit du flux d'air ainsi généré - pilotage du moyen de génération 5, iv. augmentation du débit d'air surpressé injecté au sein de l'enceinte 1 relativement à un débit nominal (voir ci-dessous) - pilotage du régulateur de débit D1, y. diminution de la concentration du produit à stabiliser en matière organique - pilotage du moyen d'alimentation, par exemple par le moyen de commande 6, vi. diminution de la température de la fraction de la biomasse 9 lors de son trajet dans la branche de recirculation 4 - pilotage de l'échangeur thermique 42, ou d) si la température mesurée de la biomasse 9 est inférieure à ladite température prédéfinie ou audit intervalle de températures - 16 - prédéfinies, on met en oeuvre au moins l'une des étapes de chauffage suivantes : diminution du débit d'air surpressé injecté au sein de l'enceinte 1 pour atteindre le débit nominal - pilotage du régulateur de débit D1, lorsque le flux d'air est généré au ras de la surface libre au moment de l'initiation de la présente étape de chauffage, diminution de la vitesse ou du débit du flux d'air ou interruption du flux d'air - pilotage du moyen de génération 5, iii. pilotage du dispositif pare-soleil 3 de manière à augmenter le flux d'énergie radiative reçu par la surface libre 91-modification de l'orientation des ventelles 31 vers la position ouverte, iv. augmentation de la concentration du produit à stabiliser en matière organique - pilotage du moyen d'alimentation, par exemple par le moyen de commande 6, y. augmentation de la température de la fraction de la biomasse 9 lors de son trajet dans la branche de recirculation 4 - pilotage de l'échangeur thermique 42, et, après la mise en oeuvre d'au moins une des étapes de chauffage ou de 20 refroidissement, on revient à l'étape de mesure de température. On entend par débit nominal le besoin en air strictement nécessaire à la transformation de la matière organique par les bactéries aérobies et au besoin de respiration endogène des bactéries aérobies, étant pris en compte 25 les coefficients de transfert de l'air au sein de la biomasse. A moins que le procédé nécessite moins d'air que le débit nominal (par exemple, utilisation de phase d'anoxie), le débit d'air injecté sera toujours au moins égal au débit nominal. Le débit nominal est typiquement calculé de la manière suivante : 30 - on détermine la quantité a de DCO (demande chimique en oxygène) à éliminer en kg/h, - on détermine la quantité d'azote b à oxyder en kg/h, - on détermine à partir des conditions de l'enceinte et de la manière de diffuser l'air dans l'enceinte un coefficient de transfert 35 d'oxygène c (typiquement 0.05-0.2), - 17 - - on calcule le débit nominal avec l'équation suivante : (a + 4.57b)/c en kg 02/h, ce qui représente 3.33 * (a + 4.57b)/c Nm3/h d'air sec. On considère que la température mesurée de la biomasse 9 est 5 inférieure à l'intervalle de températures prédéfinies si cette température mesurée est inférieure à toutes les valeurs comprises dans l'intervalle de températures prédéfinies. Similairement, on considère que la température mesurée de la biomasse 9 est supérieure à l'intervalle de températures prédéfinies si cette 10 température mesurée est supérieure à toutes les valeurs comprises dans l'intervalle de températures prédéfinies. Par exemple, un intervalle de températures prédéfinies comprend toutes les températures comprises entre 30°C et 45°C.

15 Paramétrage De préférence mais de manière non limitative, on réalise plusieurs étapes de chauffage simultanément ou successivement, ou de refroidissement simultanément ou successivement, selon que l'on souhaite augmenter ou diminuer la température de la biomasse 9, et de préférence 20 en privilégiant l'ordre dans lequel elles sont exposées ci-dessus. L'ordre de mise en oeuvre de ces étapes peut être modifié en fonction du coût d'exploitation, notamment en fonction du coût des énergies (par exemple eau de refroidissement, électricité) et de leur disponibilité sur le site d'implantation.

25 Par exemple, dans le cas où l'on dispose d'une source d'eau froide (eau de refroidissement) bon marché ou gratuite (eau de rivière ou autre), on privilégie dans la liste des étapes de refroidissement l'étape de diminution de la température de l'air surpressé lors de son trajet dans la canalisation d'injection 21. Dans un tel cas, on peut aussi, par exemple 30 après avoir réalisé l'étape qui vient d'être décrite, mettre en oeuvre l'étape consistant à diminuer la température de la fraction de la biomasse 9 dans la branche de recirculation 4. Dans un tel cas, on évite en outre de mette en oeuvre le dispositif pare-soleil 3. Dans le cas où l'on dispose d'une source d'énergie électrique bon 35 marché et où le milieu extérieur du digesteur est sec et chaud, on privilégie - 18 - de préférence le refroidissement par injection d'une grande quantité d'air qui viendra refroidir l'enceinte 1 par évaporation de l'eau dans cet air. Dans le cas où le coût de l'électricité et de l'eau de refroidissement est moins bon marché, et que les coûts de construction sont relativement 5 raisonnables, le dispositif pare-soleil 3 ainsi que la génération d'un flux d'air sur la surface libre 91 de la biomasse 1 seront privilégiés. Lorsqu'il est nécessaire de réchauffer la biomasse 9 car la température mesurée est inférieure à la température prédéfinie ou à 10 l'intervalle de températures prédéfinies, de préférence, on arrêtera ou on diminuera d'abord le moyen de refroidissement le plus coûteux. Typiquement, lorsque l'électricité est chère, on diminuera l'aération jusqu'au débit nominal puis on diminuera le flux d'air au ras de la surface libre.

15 Typiquement, lorsque l'eau de refroidissement est chère, par exemple car peu disponible, on arrêtera d'abord le refroidissement sur la branche de recirculation puis on arrêtera le refroidissement sur l'air surpressé. Le nombre d'étapes de chauffage ou de refroidissement que l'on met 20 en oeuvre pour chauffer ou refroidir la biomasse 9 est par exemple défini en fonction de l'écart entre la température mesurée de la biomasse 9 et la température prédéfinie, ou l'intervalle de températures prédéfinies, ou en fonction de l'efficacité effective d'une ou plusieurs étapes réalisées. Par exemple, si on mesure un écart de +1°C de la température mesurée de la 25 biomasse 9 par rapport à la température prédéfinie ou à l'intervalle de températures prédéfinies, on met en oeuvre une seule étape de refroidissement, par exemple l'étape de pilotage du dispositif pare-soleil 3 de manière à diminuer le flux d'énergie radiative reçu par la surface libre 91.

30 L'injection d'eau dans la canalisation d'injection 21 par le saturateur 24 est par exemple réalisée en respectant les étapes suivantes : a) on mesure le taux d'humidité de l'air surpressé avec la sonde d'humidité H1, puis - 19 - b) on compare le taux d'humidité mesuré à un taux d'humidité prédéfini, typiquement 60-100%, puis c) on réalise l'étape d'injection d'eau dans la canalisation d'injection 21 uniquement si le taux d'humidité mesuré est inférieur au taux 5 d'humidité prédéfini. Le refroidissement de l'air surpressé par le moyen de refroidissement 22 peut être régulé de la manière suivante : a) on mesure les températures de l'air surpressé circulant dans la 10 canalisation d'injection 21 respectivement en amont Ti et en aval T2 du moyen de refroidissement 22, puis b) on compare la différence entre la température mesurée en amont et la température mesurée en aval du moyen de refroidissement 22 à un écart de température prédéfini, typiquement 20-100°C, puis 15 c) on réalise l'étape de diminution de la température de l'air surpressé uniquement si le ladite différence entre la température mesurée en amont et la température mesurée en aval du moyen de refroidissement 22 est inférieure à l'écart de température prédéfini.

20 Certaines de ces dispositions relevant d'un paramétrage du digesteur qui dépend des conditions d'exploitation et du mode de réalisation choisi, de nombreuses solutions de mise en oeuvre des étapes qui viennent d'être décrites peuvent être adoptées sans sortir du cadre de l'invention.

25 En outre, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons 30 dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de régulation de la température d'une biomasse (9) contenue dans une enceinte (1) de digesteur aérobie, la biomasse (9) comprenant un produit à stabiliser et des bactéries aérobies, le produit à stabiliser comprenant de la matière organique, le digesteur comprenant en outre un 5 dispositif d'aération (2) apte à injecter de l'air surpressé au sein de l'enceinte (1), l'air surpressé circulant dans une canalisation d'injection (21) du dispositif d'aération (2) avant son arrivée dans l'enceinte (1), l'enceinte (1) étant agencée de sorte que la biomasse (9) forme une surface libre (91) en contact avec de l'air ambiant, le digesteur étant agencé pour qu'au 10 moins une partie de la surface libre (91) subisse un flux d'énergie radiative émis par le soleil, caractérisé en ce que : a) on mesure (T9) la température de la biomasse (9), puis b) on compare la température mesurée de la biomasse (9) à une température prédéfinie ou à un intervalle de températures 15 prédéfinies, puis c) si la température mesurée de la biomasse (9) est supérieure à ladite température prédéfinie ou audit intervalle de températures prédéfinies, on met en oeuvre au moins l'une des étapes de refroidissement suivantes : 20 i. pilotage d'un dispositif pare-soleil (3) de manière à diminuer le flux d'énergie radiative reçu par la surface libre (91), ii. diminution d'une température de l'air surpressé lors de son trajet dans la canalisation d'injection (21), iii. génération d'un flux d'air au ras de la surface libre (91) ou 25 augmentation de la vitesse ou du débit du flux d'air ainsi généré, iv. augmentation du débit d'air surpressé injecté au sein de l'enceinte (1) relativement à un débit nominal, y. diminution de la concentration en matière organique du produit 30 à stabiliser, vi. diminution d'une température d'une fraction de la biomasse (9) lors de son trajet dans une branche de recirculation (4), ladite fraction étant prélevée dans l'enceinte (1), mise en circulation- 21 - dans la branche de recirculation (4) puis réintroduite dans l'enceinte (1), ou d) si la température mesurée de la biomasse (9) est inférieure à ladite température prédéfinie ou audit intervalle de températures prédéfinies, on met en oeuvre au moins l'une des étapes de chauffage suivantes : i. diminution du débit d'air surpressé injecté au sein de l'enceinte (1) pour atteindre le débit nominal, ii. lorsque le flux d'air est généré au ras de la surface libre au moment de l'initiation de la présente étape de chauffage, diminution de la vitesse ou du débit du flux d'air ou interruption du flux d'air, iii. pilotage du dispositif pare-soleil (3) de manière à augmenter le flux d'énergie radiative reçu par la surface libre (91), iv. augmentation de la concentration en matière organique du produit à stabiliser, y. augmentation de la température d'une fraction de la biomasse (9) lors de son trajet dans la branche de recirculation (4), ladite fraction étant prélevée dans l'enceinte (1), mise en circulation dans la branche de recirculation (4) puis réintroduite dans l'enceinte (1), et en ce que, après la mise en oeuvre d'au moins une des étapes de chauffage ou de refroidissement, on revient à l'étape de mesure de 25 température.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit à stabiliser est une boue d'épuration issue du traitement des eaux usées. 30
3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, si la température mesurée de la biomasse (9) est supérieure à ladite température prédéfinie ou audit intervalle de températures prédéfinies, alors on met en oeuvre au moins deux des étapes de refroidissement, de préférence au moins trois des étapes de refroidissement, de préférence au 35 moins quatre des étapes de refroidissement, de préférence au moins cinq- 22 - des étapes de refroidissement, de préférence toutes les étapes de refroidissement.
4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, si la température mesurée de la biomasse (9) est inférieure à ladite température prédéfinie ou audit intervalle de températures prédéfinies, alors on met en oeuvre au moins deux des étapes de chauffage, de préférence au moins trois des étapes de chauffage, de préférence au moins quatre des étapes de chauffage, de préférence toutes les étapes de chauffage.
5. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, lors de l'étape de refroidissement c)iii., on génère un flux d'air ayant une vitesse comprise entre 1 et 30 m/s, de préférence comprise entre 1 et 20 m/s.
6. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on injecte (24) de l'eau dans la canalisation d'injection (21).
7. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que : a) on mesure (H1) un taux d'humidité de l'air surpressé lors de 20 son trajet dans la canalisation d'injection (21), puis b) on compare le taux d'humidité mesuré à un taux d'humidité prédéfini, puis c) on réalise l'étape d'injection d'eau dans la canalisation d'injection (21) uniquement si le taux d'humidité mesuré est inférieur au 25 taux d'humidité prédéfini.
8. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, dans le flux d'air généré au ras de la surface libre (91), on injecte (52) de l'eau. 30
9. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que : a) on mesure (Ti, T2) les températures de l'air surpressé circulant dans la canalisation d'injection (21) respectivement en amont et en aval d'un moyen de refroidissement (22) agencé pour réaliser l'étape de diminution de la température de l'air surpressé, puis- 23 - b) on compare la différence entre la température mesurée en amont et la température mesurée en aval du moyen de refroidissement (22) à un écart de température prédéfini, puis c) on réalise l'étape de diminution de la température de l'air 5 surpressé uniquement si ladite différence entre la température mesurée en amont et la température mesurée en aval du moyen de refroidissement (22) est inférieure à l'écart de température prédéfini.
10. 10. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'on réalise 10 plusieurs étapes de refroidissement ou de chauffage dans l'ordre dans lequel ces étapes sont décrites dans la revendication 1.
11. 11. Digesteur aérobie comprenant une enceinte (1) agencée pour contenir une biomasse (9) comprenant un produit à stabiliser et des bactéries 15 aérobies, le digesteur comprenant en outre un dispositif d'aération (2) apte à injecter de l'air surpressé au sein de l'enceinte (1), l'air surpressé circulant dans une canalisation d'injection (21) du dispositif d'aération (2) avant son arrivée dans l'enceinte (1), l'enceinte (1) étant agencée de sorte que la biomasse (9) forme une surface libre (91) en contact avec de l'air 20 ambiant, le digesteur étant agencé pour qu'au moins une partie de la surface libre (91) subisse un flux d'énergie radiative émis par le soleil, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins l'un des moyens de régulation de température suivants : I. un dispositif pare-soleil (3) apte à diminuer et/ou augmenter le flux 25 d'énergie radiative reçu par la surface libre (91), II. un moyen de refroidissement (22) de l'air surpressé agencé pour refroidir l'air surpressé lors de son trajet dans la canalisation d'injection (21), III. un moyen de génération d'un flux d'air (5) apte à générer un flux 30 d'air au ras de la surface libre (91) avec une vitesse ou un débit variable, IV. un régulateur de débit agencé (D1) pour augmenter et/ou diminuer le débit d'air surpressé injecté au sein de l'enceinte (1),- 24 - V. un moyen d'alimentation apte à introduire du produit à stabiliser dans l'enceinte (1) et apte à diminuer et/ou augmenter la concentration du produit à stabiliser en matière organique, VI. une branche de recirculation (4) agencée pour prélever une fraction de biomasse (9) dans l'enceinte (1), pour modifier la température de cette fraction lors de son trajet dans la branche de recirculation (4) par l'intermédiaire d'au moins un échangeur thermique (42), et pour réintroduire dans l'enceinte (1) cette fraction ainsi modifiée en température, VII. au moins un capteur de température (T9) apte à mesurer la température de la biomasse (9), VIII. un moyen de commande (6) apte à commander tout ou partie des moyens énoncés en I. - VII. de manière à piloter la température de la biomasse (9) pour que cette température corresponde à une température prédéfinie.
12. 12. Digesteur selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux des moyens de régulation de température, de préférence au moins trois des moyens de régulation de température, de préférence au moins quatre des moyens de régulation de température, de préférence au moins cinq des moyens de régulation de température, de préférence au moins six des moyens de régulation de température, de préférence au moins sept des moyens de régulation de température, de préférence tous les moyens de régulation de température.
13. 13. Digesteur selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que le dispositif pare-soleil (3) comprend des ventelles (31) orientables sur un support (33) sous l'action d'une motorisation (32), le dispositif pare-soleil (3) étant agencé pour diminuer ou augmenter le flux d'énergie radiative reçu par la surface libre (91) selon l'orientation des ventelles (31) relativement audit support (33).
14. 14. Digesteur selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que le moyen de génération d'un flux d'air (5) comprend un ventilateur (53) agencé pour mettre un flux d'air en circulation au sein d'une canalisation de- 25 - ventilation (51) reliée à un diffuseur (54), le diffuseur (54) étant agencé pour diffuser le flux d'air en couche mince au ras de la surface libre (91).