FR3091276A1 - Procédé et dispositif de méthanisation améliorés - Google Patents
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Abstract
[Il s’agit d’un procédé et d’un dispositif de méthanisation à partir d’une boue (21) liquide organique comportant de façon connue dans un digesteur (47, 100) une étape d’hydrolyse/acidogenèse de la boue, une étape d’acétogenèse pour production d’acétate à partir de la boue hydrolysée et une étape de méthanogenèse à partir des acétates pour produire du méthane. Il comporte une étape initiale de création d’une émulsion de boue (23) hydrolysée, obtenue par choc de la boue avec du gaz (27) injecté dans ladite boue, puis alimentation en continu avec ladite boue hydrolysée d’un réacteur (25, 101) pressurisé en ligne par rapport au digesteur, avant évacuation du réacteur via un organe (29) générant une perte de charge pour alimentation du digesteur. Figure pour l’abrégé : Fig. 2]
Description
Description
Titre de l'invention : Procédé et dispositif de méthanisation améliorés
[0001] La présente invention concerne un procédé de méthanisation améliorée réalisée à partir d’une boue liquide organique.
[0002] Par boue organique on entend une boue comportant au minimum 10% de matière organique.
[0003] Elle concerne également un dispositif de méthanisation mettant en œuvre un tel procédé et le produit intermédiaire obtenu avant le processus de décomposition/ digestion proprement dit permettant l’obtention de biogaz.
[0004] Elle trouve une application particulièrement importante bien que non n’exclusive dans le domaine des énergies renouvelables et plus particulièrement de l’obtention de biogaz propre à être transformé en chaleur, en électricité et/ou en carburant pour véhicules.
[0005] On sait que le phénomène de méthanisation se produit naturellement dans les marais, lieu de décomposition de matières végétales et animales.
[0006] Mais on peut également l’obtenir à partir de déchets liquides et notamment à partir des boues organiques d’épuration comprenant des corps bactériens et leurs sécrétions.
[0007] La méthanisation de boue est un procédé biologique complexe.
[0008] Classiquement la boue organique doit être stockée dans une cuve hermétique appelée Digesteur dans laquelle elle est soumise pendant un temps déterminé à l’action des bactéries anaérobies.
[0009] En l’absence d’oxygène les étapes de réaction biologique mise en jeu sont les suivantes :
[0010] (i) une étape d’hydrolyse et d’acidogenèse au cours de laquelle les chaînes organiques complexes (protéines, lipides, polysaccharides,...) sont transformées en composés plus simples.
[0011] Cette décomposition est en général l’étape limitante du fait de la présence de composés difficilement hydrolysables tels que la cellulose, l’amidon ou les graisses.
[0012] En fin de réaction l’acidogenèse produit des acides organiques (acide gras, acides aminés,...) ainsi que de l’hydrogène et du dioxyde de carbone.
[0013] (ii) une étape d’acidogenèse dans laquelle les produits obtenus précédemment sont convertis en produits précurseurs directs du méthane, essentiellement formé d’acétate, d’acide acétique, de dioxyde de carbone et d’hydrogène.
[0014] Pour ce faire et de façon connue en elle-même deux types de bactéries sont notamment utilisés, à savoir les bactéries productrices obligées d’hydrogène (OHPA initiales anglo-saxonnes de « Obligate Hydrolise Producing Acetogens ») et des bactéries acétogènes non synthrophes orientées vers la production d’acétate.
[0015] Cette étape nécessite l’élimination en continu de l’hydrogène produit.
[0016] (iii) l’étape finale de méthanogenèse au cours de laquelle l’acide acétique est transformé en méthane et en gaz carbonique.
[0017] De façon connue, la méthanogenèse est assurée par des micro-organismes anaérobies de type Archaea et relève de deux types de réaction :
- CO2 + 4 H2 CH4 +2 H2O
- CH3COOH -+ CH4 + CO2 sachant que les Archaea méthanogènes se développent lorsque les conditions de potentiel, d’oxydoréduction, de température, de pression et ce en présence d’oligo-éléments, sont remplies de façon satisfaisante.
[0018] Le méthane obtenu est récupéré en partie haute du Digesteur.
[0019] La matière résiduelle (digestat) est quant à elle récupérée et stockée.
[0020] Comme indiqué ci-dessus le facteur principal limitant la méthanisation se situe lors de l’hydrolyse des boues, du fait de la difficulté d’hydrolyser correctement et rapidement les graisses, amidon et autres celluloses présentes initialement dans la boue.
[0021] La présente invention vise à fournir un procédé, un système et un produit intermédiaire répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu’elle permet d’améliorer la première étape d’hydrolyse des procédés connus de méthanisation, et ce tout en permettant en fin de procédé une amélioration du rendement de la production de méthane produit et l’obtention d’un digestat mieux utilisable, car plus minéral. Grâce à l’invention, il est possible de réduire la taille des disgesteurs et/ou d’augmenter les temps de séjour dans les digesteurs existant lorsqu’ils sont en surcharge, ou encore de permettre d’introduire une charge organique supplémentaire quand ils ne sont pas en surcharge, ce qui augmente d’autant le rendemant.
[0022] Elle permet ainsi une valorisation additionnelle des boues de stations d’épuration dans un contexte d’économie verte tourné vers l’écologie.
[0023] La digestion anaérobie devient ainsi une étape optionnelle supplémentaire de traitement des boues, permettant leur stabilisation et une réduction de leur volume, tout en facilitant encore leur déshydratation.
[0024] On sait que la matière sèche (MS) d’une boue est formée de matières organiques, de matière minérale et de sels dissous. Cette matière sèche comporte une partie de matières volatiles (MV) qui va représenter en moyenne 70 à 80 % d’une boue organique avant traitement pour passer à de l’ordre de 50 % pour une boue digérée.
[0025] Pour évaluer la performance de cette digestion il est classiquement utilisé la comparaison des concentrations en matières volatiles entre l’entrée et la sortie du digesteur.
[0026] Ce rendement du digesteur dépend de plusieurs paramètres dont la nature physique des boues, le temps de séjour réel, Γefficacité du brassage dans le digesteur, le maintien en température, le pH et la biodégradabilité des boues.
[0027] On observe que c’est la partie de la boue la plus biodégradable qui est détruite en premier par la digestion.
[0028] L’invention part donc de l’idée qu’en augmentant cette partie biodégradable avant la digestion, l’ensemble du procédé va s’en trouver amélioré, tous autres paramètres égaux par ailleurs.
[0029] On connaît déjà des procédés de désintégration des boues utilisés comme prétraitement avant une digestion anaérobie.
[0030] L’objectif de ces techniques est de solubiliser la matière organique particulaire et de réduire la taille des flocs bactériens.
[0031] Ces techniques mécaniques ou chimiques présentent cependant des inconvénients.
[0032] Elles donnent notamment des performances insuffisantes du fait de réactions d’oxydation générant l’apparition de substances organiques réfractaires non biodégradables, ce qui amène l’effet inverse de celui recherché.
[0033] On connaît par exemple des techniques de préparation par action d’ultrasons sur la boue. Celles-ci vont cependant engendrer des phénomènes de cavitation au niveau moléculaire, et donc de très fortes pressions/températures à l’origine d’oxydation par production de radicaux libres.
[0034] Il existe aussi des techniques d’hydrolyse thermique. Si celles-ci sont plus puissantes et permettent d’obtenir une amélioration importante des performances d’un digesteur, elles sont cependant coûteuses en installation et en matière d’exploitation, et/ou nécessitent de chauffer à fortes températures (160 à 180 °C).
[0035] En résumé, toutes ces techniques sont coûteuses et ont pour inconvénient de produire des substances organiques réfractaires au processus de digestion annulant en partie l’effet de la digestion par les bactéries anaérobies, ces substances se retrouvant en sortie de la station sous forme de rejet non biodégradable.
[0036] Enfin l’efficacité des procédés de préparation des boues est liée à la charge initiale de ces boues en MS.
[0037] Ainsi dans le cas de techniques de lyse mécanique à action locale ou chimique telle que celles mentionnées ci-avant et mettant en œuvre les ultrasons ou une oxydation chimique, la charge maximale préconisée est de 6 à 8 g par litre de MS, ce qui entraîne nécessairement une conception d’installation de préparation avant digestion de grande taille.
[0038] Concernant les techniques d’hydrolyse thermique, pour laquelle la concentration initiale pour un traitement optimisé est de l’ordre de 20 g par litre, toutes concentrations inférieures génèrent par contre des coûts supplémentaires, ce qui pose ici encore des problèmes de place, d’homogénéisation et de prix.
[0039] La présente invention vise à pallier ces inconvénients en améliorant notamment le rendement des digesteurs connus de façon simple, compacte et peu coûteuse, en introduisant en amont un traitement complémentaire, qui permet de façon étonnante et simultanée l’épaississement de la boue à digérer, la baisse de sa viscosité et l’augmentation de la dispersion la matière organique dans la masse d’eau, le tout associé à une lyse partielle des bactéries.
[0040] Un tel résultat est obtenu de façon économique par l’ajout d’un dispositif supplémentaire de petite taille permettant d’obtenir un système de méthanisation global plus compact ou de maintenir un temps de séjour plus long pour les digesteurs devenus trop chargés.
[0041] Dans ce but la présente invention propose notamment un procédé de méthanisation à partir d’une boue liquide organique comportant de façon connue dans un digesteur une étape d’hydrolyse/acidogenèse de la boue, une étape d’acétogenèse pour production d’acétate à partir de la boue hydrolysée et une étape de méthanogenèse à partir des acétates pour produire du méthane, caractérisé en ce que il comporte une étape initiale de création d’une émulsion de boue hydrolysée obtenue par choc de la boue avec du gaz injecté dans ladite boue, puis alimentation en continu avec ladite boue hydrolysée d’un réacteur pressurisé en ligne par rapport au digesteur, avant évacuation du réacteur via un organe générant une perte de charge dans ladite boue hydrolysée pour alimentation du digesteur.
[0042] Cette étape initiale supplémentaire permet en effet, à partir d’un fluide incompressible visqueux constitué par la boue organique à traiter, la fabrication d’un fluide compressible comprenant des bactéries et des flocs de bactéries qu’on peut alors soumettre à des pression/contre pression relativement peu violentes, dont on observe d’une part qu’elles détruisent (lysent) de façon suffisante une partie des bactéries présentes dans la boue de façon inattendue, et d’autre part qu’elles cassent la floculation bactérienne et dispersent la matière organique en autorisant ainsi une plus grande mise à disposition de celle-ci dans le processus de digestion qui suit par les bactéries par exemple du type Archaea.
[0043] Avantageusement le gaz utilisé est de l’air.
[0044] On aurait pu penser qu’une injection d’air dans le milieu bactérien serait préjudiciable au traitement de méthanisation devant être effectué en aval par des bactéries anaérobies. Le résultat observé est en fait différent.
[0045] Mais dans d’autres applications le gaz utilisé est du CO2, de l’azote (N2) ou du biogaz (obtenu par exemple dans le digesteur en aval et recyclé en partie), ou une combinaison de ceux-ci avec de l’air ou non.
[0046] Avantageusement on réitère l’étape initiale sur l’émulsion hydrolysée obtenue suc cessivement au moins N fois avec N supérieur ou égal à 2, par exemple N supérieur ou égal à 3 et/ou N supérieur ou égal à 7 ou 8. Cette réitération se fait donc avant les étapes suivantes aboutissant à l’introduction dans le digesteur, et/ou avant l’introduction directe dans le digesteur.
[0047] La structure physique de l’émulsion constituée évolue ainsi au fur et à mesure de son passage en pression et décompression avant la suite du procédé de méthanisation et engendrent de ce fait un phénomène favorable à la constitution de bulles de différentes tailles à savoir des petites bulles issues du gaz ou de l’air dissous à la pression du réacteur et de plus grosses bulles issues du grossissement lié à la dépression des bulles existantes dans le réacteur.
[0048] On observe que cette dispersion est très favorable à la flottation de la masse émulsionnée.
[0049] Avantageusement cette étape initiale ou ces étapes initiales sur la boue sont suivies, avant alimentation du digesteur, par une étape de séparation MS/liquide, par exemple sur tapis presseur ou simplement par égouttage.
[0050] Cette étape supplémentaire intermédiaire entre l’étape ou les étapes réitérées de création d’émulsion, et la méthanisation proprement dite dans le digesteur permet un épaississement de la boue.
[0051] Bien que cet épaississement semble défavorable à une bonne digestion car rendant plus difficile et coûteux le brassage garantissant une bonne homogénéisation dans le digesteur, on observe que l’émulsion de boue obtenue présente une viscosité particulièrement basse, ce qui compense ce travers et permet en fait une bonne homogénéisation des températures et du pH au sein du digesteur.
[0052] De même l’épaississement aurait pu laisser penser l’existence de difficultés dans l’alimentation de la boue décantée obtenue après ce prétraitement.
[0053] La présence de bulles de gaz rémanentes dans la boue (même après dégazage) destiné à alimenter le digesteur permet en fait son pompage aisé.
[0054] Une alimentation gravitaire est également possible compte tenue de la faible viscosité de l’ensemble.
[0055] On peut noter ici que trois paramètres améliorent le rendement d’un Digesteur : [0056] l’intensité du brassage. Un brassage efficace réduit les écarts de températures, améliore la concentration en matière organique dans la masse du digesteur, homogénéise le pH et multiplie les chances de réaction de rencontres entre des microorganismes et la matière organique a dégrader ;
[0057] la régularité de l’alimentation. Il est important de veiller à l’apport d’une charge organique régulière afin d’éviter les à-coups dans le développement des micro-organismes ;
[0058] la concentration, la nature et la structure des matières organiques sont également im portantes pour obtenir des rendements élevés qui ne sont atteignables qu’avec des hautes teneurs en matière organique.
[0059] L’invention d’une part en augmentant la densité en MS et d’autre part en préservant une bonne viscosité va autoriser l’optimisation de ces trois paramètres.
[0060] Comme on l’a vu une bonne viscosité autorise en effet un meilleur brassage et une régularité d’alimentation.
[0061] A noter ici que l’alimentation du digesteur à partir de cette étape de préparation va pouvoir se faire en continu ou semi-continu.
[0062] Par semi continu, on entend par batches successifs, que l’on substitue les uns à la suite des autres à la volée, ou sensiblement sans s’arrêter, pour permettre le traitement en continu ou semi continu, autorisant dès lors une excellente cadence.
[0063] Par ailleurs les actions de pression/dépression décrites ci-avant améliorent la nature et la structure de la matière organique mieux dispersée et mieux lysée pour ce qui concerne les bactéries, ce qui engendre une meilleure accessibilité et biodégradabilité de la matière organique en augmentant les possibilités d’échanges et donc le rendement de la réaction de digestion et dès lors de production de méthane.
[0064] Dans des modes de réalisation avantageux on a de plus et/ou par ailleurs recours à l’une et/ou à l’autre des dispositions suivantes :
- N supérieur ou égal à 7, par exemple égal à 8 ;
- on dégaze l’émulsion à la sortie du réacteur avant l’étape suivante ;
- on injecte un floculent dans l’émulsion à la sortie du réacteur, avant l’étape suivante pour former un floc. Dans le cas où on réitère l’étape initiale, cet ajout de floculent est effectué après les étapes initiales réitérées.
- le floculent est un polymère injecté en sortie immédiate du réacteur, avant mise à l’atmosphère.
[0065] Dans un autre mode de réalisation l’injection de polymère est effectuée après la mise à l’atmosphère. Le floculant est par exemple un floculant organique de type cationique ;
- on effectue une concentration de l’émulsion de boue floculée par flottation/ tassement de l’émulsion floculée dans une capacité faisant office de concentrateur, la boue concentrée étant évacuée en continu vers le digesteur par exemple par surverse ;
- on alimente la boue dans le réacteur pressurisé via un élément de faible diamètre d (par exemple d < 50 mm ou lcm)dans lequel la boue passe à vitesse élevée v (par exemple v > 10 m/s) et à faible pression p, élément dans lequel on injecte le gaz ou l’air à fort débit (par exemple à un débit q Nm3 supérieur ou égal à 10 Q m3, Q étant le débit de la boue), pour créer l’émulsion gazeuse, compressible, qui alimente alors le réacteur en aval de plus grand diamètre D (D > 20 d) que l’élément dans lequel l’émulsion passe, à une plus forte pression P (P > p, par exemple P > 2 bars, et avanta geusement P > 10 bars et < 20 bars ou 15 bars), et à une plus faible vitesse V (V < v), avant de subir une perte de charge dans Γ organe en aval, par exemple formé par une vanne à boule ou une vanne soupape ou une vanne à manchon.
[0066] La taille particulièrement réduite de la zone d’injection (par exemple 0,001 m3) va autoriser un excellent mélange boue/air.
[0067] Il y a donc en effet à cet endroit une zone de grande vitesse, entraînant des chocs cinétiques, qui permettent à la boue d’éclater dans le gaz ;
- l’élément de faible diamètre est un venturi;
- l’air est injecté dans le sens du flux et/ou à contre flux de la boue et/ou injecté avec un angle compris entre 20° et 90°, par exemple 30° ou 45° avec la direction du flux de boue.
[0068] on dégaze l’émulsion le floc par choc mou de l’émulsion du floc sur lui-même ou sur un volet absorbant d’énergie, de freinage du floc.
[0069] on récupère l’émulsion ou le floc ainsi maturé pour le faire passer dans un dispositif de filtration et/ou décantation, maturation pour évacuation vers le digesteur.
[0070] Par absorbant d’énergie on entend agencé pour réduire l’énergie cinétique du floc d’un facteur au moins égal à deux.
[0071] Il s’agit d’un choc du type liquide/liquide.
[0072] Un tel dégazage doux et partiel de l’air en excès n’abîme pas l’émulsion et va permettre ensuite de mieux floculer en utilisant l’énergie du dégazage, ce qui permet une baisse de 10 à 20 % voire jusque 50% du temps de mélange du polymère ainsi qu’une réduction de la quantité de polymère à utiliser.
[0073] Surtout, cet excellent dégazage de l’air tout en conservant à la boue traitée sa faible viscosité et sa maniabilité (pompage aisé) permet de minimiser la quantité d’oxygène injectée dans la méthanisation dont les bactéries anaérobies n’apprécient pas la présence.
[0074] Par choc mou on entend un choc ou contact progressif sans percussion soit sur l’émulsion ou le floc lui-même par retombée gravitaire sur lui-même par exemple, soit sur un volet ou paroi ou disque d’absorption de l’énergie, par exemple un volet souple ou de dimension réduite par exemple de quelques cm2, (par exemple de x X y avec x et y < 10 cm), agencé pour freiner le flux, sans pour autant constituer un accident créant une brusque surpression dans le flux.
[0075] Par volet ou paroi souple, on entend un élément élastique ou semi-rigide, par exemple en caoutchouc ou équivalent, propre à encaisser et/ou à créer une perte de charge, par freinage, permettant un dégazage par pression, sans pour autant destruction des flocons de boue.
[0076] Un tel système permet le dégazage de l’air en excès tout en assurant la continuité de constitution de l’émulsion ou du floc et le respect des vitesses de passage ou de transfert de l’émulsion pendant le process.
[0077] Concernant le polymère, traditionnellement l’exploitant aura tendance à le prévoir en excès pour obtenir un floc certes plus lourd, mais qui ne risque pas de s’écrouler.
[0078] Avec ce mode de réalisation de l’invention ce risque est considérablement minimisé, car en améliorant de façon simple le processus de floculation par utilisation de l’énergie de dégazage, l’exploitant d’une installation n’est plus enclin à sur-doser.
[0079] On obtient en effet des résultats sur les lignes de traitement permettant d’économiser jusqu’à 30 % de floculant.
[0080] L’invention propose aussi un dispositif mettant en œuvre les procédés tels que décrits ci-dessus.
[0081] Elle propose également un dispositif de méthanisation à partir d’une boue organique comprenant de façon connue un digesteur, caractérisé en que il comporte de plus un réacteur en amont du digesteur, des moyens d’alimentation en boue dudit réacteur comprenant un élément de faible diamètre d (par exemple d < 50 mm ou 1cm) ou injecteur, des moyens d’injection d’un gaz ou d’air dans ledit injecteur pour créer une émulsion gazeuse, compressible, agencé pour alimenter le réacteur en aval de plus grand diamètre D (D > 20 d) que l’élément de faible diamètre, un organe générateur d’une perte de charge à la sortie du réacteur et des moyens de transfert de la boue au digesteur.
[0082] Dans un mode de réalisation avantageux l’invention propose de plus une chambre de dégazage munie de moyens de brassage située en aval du réacteur.
[0083] Egalement avantageusement il comprend des moyens de mise en circulation en boucle de l’émulsion obtenue à la sortir de l’organe, dans le réacteur via l’injecteur.
[0084] Dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif comprend des moyens d’injection d’un floculent après l’organe générateur de perte de charge (mais avant piquage de recirculation).
[0085] Egalement avantageusement il comprend des moyens de dégazage de l’émulsion ou du floc à la pression atmosphérique par choc mou de l’émulsion ou du floc sur luimême ou sur une paroi souple.
[0086] Avantageusement les moyens de dégazage comprennent un récipient ouvert à la pression atmosphérique et une alimentation de l’émulsion ou du floc par sortie de l’émulsion ou du floc verticalement ou sensiblement verticalement en fontaine dans ledit récipient ouvert à la pression atmosphérique.
[0087] Egalement avantageusement les moyens de dégazage comprennent une enceinte de passage de l’émulsion ou du floc munie d’une chambre d’introduction intermédiaire comprenant une paroi de freinage du flux.
[0088] Avantageusement la paroi est souple et/ou courbée (par exemple avec un rayon de courbure de plusieurs centimètres, par exemple compris entre 5 cm et 100 cm), avec un sommet dirigé vers le flux.
[0089] Avantageusement il est de plus prévu une capacité à la sortie ou en aval du réacteur faisant office de concentrateur agencé pour permettre la flottation de la boue floculée sur une hauteur déterminée.
[0090] L’invention propose aussi une soupe ou émulsion de boue organique obtenue après N passages par recirculation dans le réacteur décrit ci-avant, avec N > 3, pour alimentation du digesteur.
[0091] Avantageusement la soupe de boue organique comprend au moins 80% de bactérie Lysées. Un tel résultat, qui dépend de l’état initial qui peut déjà être de 20 à 30 % de lyse, n’a jamais été atteint jusqu’à présent.
[0092] Par bactérie lysée, il faut entendre une bactérie dont la membrane de la cellule a été détruite, provoquant la mort de celle-ci.
[0093] Au cours du prétraitement des boues, l’introduction de gaz dans la boue associée à un temps faible de séjour du mélange dans le réacteur (quelques secondes, par exemple de 1s à 10s), provoque l’arrachage de molécules de petites taille, telles que H2S et NH3, ce qui est favorable à la méthanisation, ces substances toxiques étant alors en excès.
[0094] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation donnés ci-après à titre d’exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l’accompagnent dans lesquels :
[0095] [fig.l] est un organigramme montrant les principales étapes d’un mode de réalisation du procédé selon l’invention.
[0096] [fig.2] est un schéma illustrant un premier mode de réalisation d’un dispositif mettant en œuvre le procédé selon l’invention.
[0097] [fig.2A] montre en coupe un mode de réalisation d’un éjecteur utilisable avec l’invention pour obtenir l’émulsion utilisable avec l’invention.
[0098] [fig.2B] montre un autre mode de réalisation d’un éjecteur utilisable selon l’invention.
[0099] [fig.2C] montre un autre mode de réalisation d’un éjecteur utilisable selon l’invention.
[0100] [fig.2D] montre un autre mode de réalisation d’un éjecteur utilisable selon l’invention.
[0101] [fig.2E] montre un autre mode de réalisation d’un éjecteur utilisable selon l’invention.
[0102] [fig.2E] montre un autre mode de réalisation d’un éjecteur utilisable selon l’invention.
[0103] [fig.3] illustre schématiquement en coupe le dégazeur/maturateur du dispositif selon le mode de réalisation de l’invention plus particulièrement décrit ici.
[0104] [fig.3A] est une vue de face d’un mode de réalisation du dégazeur/maturateur du dispositif de type écrit en référence à la figure 3.
[0105] [fig.3B] est une vue en coupe selon IIIA-IIIA de la figure 3A.
[0106] [fig.4] est une vue de dessus d’un autre mode de réalisation du dégazeur/maturateur avec paroi de freinage.
[0107] [fig.4A] est une vue en coupe selon IVA - IVA de la figure 4.
[0108] [fig.4B] montre schématiquement et en coupe longitudinale, un autre mode de réalisation du dégazage selon l’invention.
[0109] [fig-5] illustre la dispersion du matériau organique obtenue après aucun passage, un, huit et dix passages de l’étape initiale selon l’invention, sur une boue liquide non épaissie par floculation.
[0110] [fig-6] illustre la dispersion du matériau organique obtenue après aucun passage, un, huit et dix passages de l’étape initiale selon l’invention, sur une boue liquide épaissie par floculation.
[0111] [fig-7] illustre la porosité et la structure du floc bactérien, la taille des aggregats qu’il contient ainsi que la structure EPS (l’EPS est la structure cohérente organique et minérale permettant de maintenir la stabilité mécanique des flocs bactériens) après aucun passage, un passage et huit passages de l’étape initiale selon l’invention, sur une boue liquide.
[0112] [fig.8A] montre un autre mode de réalisation de dispositif selon l’invention.
[0113] [fig.8B] montre un autre mode de réalisation de dispositif selon l’invention.
[0114] [fig.8C] montre un autre mode de réalisation de dispositif selon l’invention.
[0115] La figure 1 montre schématiquement les étapes du procédé de méthanisation d’une boue organique selon le mode de réalisation de l’invention plus particulièrement décrit ici.
[0116] La boue organique est pompée en continu à partir par exemple d’un bassin de décantation.
[0117] Selon l’invention on crée un choc entre la boue et un gaz (étape 1) pour créer une émulsion avec laquelle on alimente le réacteur en pression par rapport à la pression atmosphérique (étape 2), qu’on évacue via un organe générant une perte de charge (étape 3) puis on dégaze (étape 4) ou non, on flocule(étape 5) ou non, et on décide ou non (test 6) de renouveler les étapes 1 à 5 précédentes N fois avec N > 2 ou 3, par exemple N = 7,8 ou 10.
[0118] Ce procédé de mise en pression/dépression conduit à une lyse de quelques dizaines de pour cent des bactéries du milieu, pouvant atteindre 80 à 90 % si on renouvelle les étapes 1 à 5 en nombre suffisant et en fonction du résultat de lyse recherché.
[0119] Cette lyse s’effectue grâce aux conditions macroscopiques du milieu dans lequel sont les bactéries.
[0120] Les conditions d’énergie locale mises en œuvre sont également assez faibles et permettent d’éviter la production non souhaitée de molécules organiques réfractaires non biodégradables, contrairement aux autres techniques de l’art antérieur (cavitation par ultrasons, traitements chimiques et/ou thermiques).
[0121] La technique de préparation de la boue organique avant méthanisation selon l’invention permet par ailleurs un plus fort épaississement de la boue, tout en maintenant une forte disponibilité des substrats, engendre une faible viscosité et permet donc une lyse partielle des bactéries aérobies, tout en augmentant la biodégradabilité des boues comme cela résulte d’une analyse de type développement bactérien en boite de Pétri (cf Tableau I ci-dessous)) obtenu avec une boue de composition suivante :
[0122] MV (Matière Volatile) % de la matière sèche: 60%
[0123] A VG Acide Gras Volatil 185 mg/1
[0124] AGC/TAC: 0,4
[0125] PH: 6,8
[Tableaux 1]
| Échantillon | E. Colis (UEC/g) | Elore totale (UEC/g) |
| Boue Sans passage | 31 000 | 41 000 000 |
| Boue 2 passages (20 sec) | 79 000 | 89 000 000 |
| Boue8 passages (80 sec) | 170 000 | 730 000 000 |
[Tableaux2]
| Échantillon | E. Colis (UEC/g) | Elore totale (UEC/g) |
| Boue Sans passage | 25 000 | 14000000 |
| Boue2 passages (20 sec) | 220 000 | 120000000 |
| Boue8 passages (80 sec) | 330 000 | 320000000 |
[Tableaux3]
| Échantillon | E. Colis (UEC/g) | Elore totale (UEC/g) |
| BoueSans passage | 79 000 | 16000000 |
| Boue2 passages (20 sec) | 320 000 | 130000000 |
| Boue8 passages (80 sec) | 410 000 | 310000000 |
[Tableaux4]
| Échantillon | E. Colis (UFC/g) | Flore totale (UFC/g) |
| BoueSans passage | 36 000 | 32000000 |
| Boue2 passages (20 sec) | 84 000 | 110000000 |
| Boue8 passages (80 sec) | 140 000 | 130000000 |
[0126] UFC = Unité Faisant Colonies
[0127] L’étape initiale de création d’émulsion comprenant en tout ou en partie les étapes décrites ci-avant, est alors ou non suivie par une étape 7 de maturation, puis d’égouttage/pressage (étape 8) permettant d’alimenter le Digesteur dans lequel se déroulent les étapes 9 de méthanisation proprement dite, connues en elle-même, permettant l’extraction en 10 du biogaz contenant du méthane.
[0128] Une partie du biogaz peut (test 11) être réutilisée comme gaz d’injection dans le réseau.
[0129] La figure 2 montre un mode de réalisation de dispositif 20 selon l’invention
[0130] Les boues organiques liquides 21 sont introduites via une pompe d’alimentation 22 et une tuyauterie 23 vers une restriction 24 par exemple formée par un venturi dans une enceinte tubulaire 25 par exemple de hauteur 1 m et de diamètre 50 cm.
[0131] Un compresseur 26 alimente en air comprimé 27 l’intérieur du venturi 24, en biais par exemple avec un angle de 30° dans le sens du fluide, pour former une émulsion 28 ou mélange triphasique boue/air/eau.
[0132] L’enceinte tubulaire 25 est par exemple maintenue à une pression de l’ordre de 1,2 à 2 bars relatifs ou encore supérieure à 2 bars.
[0133] Ceci peut se faire par l’intermédiaire d’une vanne régulée 29 en fonction de la pression interne de l’enceinte. Cette vanne 29 constitue une restriction en aval de laquelle est alimenté un floculant 30 via un dispositif doseur 31 d’alimentation connu en lui-même.
[0134] En aval de l’alimentation en floculant l’émulsion ainsi floculée alimente le dégazeur 32 selon le mode de réalisation de l’invention plus particulièrement décrit ici.
[0135] Le dégazeur de l’émulsion floculée ou floc est ouvert à la pression atmosphérique en 33 et comprend un tube vertical 34 d’alimentation en fontaine du floc permettant un choc mou du floc sur lui-même, ce qui permet un dégazage donné et non destructeur de l’émulsion floculée.
[0136] La boue reste pendant un temps déterminé à l’intérieur du dégazeur, par exemple de l’ordre de 1 à 5 minutes, puis est évacuée gravitairement via une tuyauterie 35 vers un appareil concentrateur 36.
[0137] Selon le mode de réalisation de l’invention plus particulièrement décrit ici, se produit dans l’appareil concentrateur 36 un phénomène de flottation immédiate, avec une vitesse ascensionnelle dans l’appareil des flocons importantes, 20m/h, 50m/h voire lOOm/h.
[0138] L’émulsion dégazée 37 arrive ainsi en partie intermédiaire basse 38 de l’appareil et se sépare immédiatement en matière solide 39, qui monte en surface et en eau transparente 40, qui s’évacue en continu gravitairement en 41.
[0139] La matière solide 39 s’évacue en partie haute du concentrateur/flottateur 36 par exemple par une goulotte 42 qui permet l’évacuation de la boue déshydratée (matière solide) gravitairement sur un tapis ajouré 43 permettant un filtrage supplémentaire de l’eau résiduelle (flèches 44) récupérée pour être mélangée à l’eau déliée obtenue en 41.
[0140] Avantageusement on exerce sur la boue une pression P, de façon connue en ellemême, permettant d’augmenter encore la déshydratation et l’épaississement de la boue obtenue en sortie du dispositif.
[0141] La boue, visqueuse, épaissie et déshydratée 45 est alors récupérée en aval du tapis pour alimenter gravitairement ou par pompage 46 le digesteur 47 dans lequel les étapes de métallisation sont réalisées de façon connue.
[0142] On extrait alors le biogaz contenant du méthane en partie haute 48 du dégazeur, dont on peut recycler (trait mixte 49) une partie pour alimenter le compresseur 26 d’injection de gaz pour créer l’émulsion de boue.
[0143] Selon divers modes de réalisation de l’invention, on peut recirculer plusieurs fois dans l’enceinte tubulaire 25 avant floculation (circuit trait mixte 50), après floculation et avant dégazage (circuit trait mixte 51) ou après dégazage (circuit trait mixte 52).
[0144] On a représenté dans la figure 2A un mode de réalisation de la restriction 24 dans laquelle se réalise l’émulsion boue/gaz.
[0145] La restriction est formée par un venturi 53 comprenant un corps creux 54 comprenant une arrivée de boue (flux L) formée par un alésage tronconique 55 débouchant sur une portion d’alésage cylindrique 56 de petit diamètre, dans laquelle deux piquages symétriques 57, formant un angle compris entre 20° et 80°, par exemple 30° avec la direction axiale 58 du venturi, permettent l’alimentation en gaz 59 dans le sens du flux de boue L.
[0146] L’émulsion boue/gaz s’effectue dans cette portion d’élagage cylindrique par exemple de volume 1 litre, pour un débit de boue de 50 m3/h et de gaz injecté, avantageusement de l’air, de 250 Nm3/h.
[0147] La portion d’alésage cylindrique débouche sur une portion tronconique inverse d’évacuation de l’émulsion vers l’enceinte/réacteur 25.
[0148] La configuration de ce venturi et des piquages permet des vitesses de l’émulsion supérieures à 10 m/s.
[0149] Les figures 2B à 2L montrent des modes de réalisation de venturi 53 avec injection de gaz au centre du venturi, avec un piquage à contre flux de boue par exemple avec un angle de 45° (figure 2B), un piquage perpendiculaire au sens du flux (figure 2C), un piquage dans le sens du flux, par exemple avec un angle de 45° (figure 2D), deux piquages symétriques perpendiculaires au sens du flux (figure 2E), ou deux piquages symétriques à contre flux (figure 2F) par exemple avec un angle de 45°.
[0150] La Figure 3 montre schématiquement en coupe un dégazeur 56 selon un mode de réalisation de l’invention.
[0151] Le dégazeur comporte un récipient 57 par exemple cylindrique, de hauteur sensiblement égale à 1 m.
[0152] Le diamètre du récipient est par exemple compris entre 200 et 300 millimètres.
[0153] La boue est alimentée en 58 par une tuyauterie par exemple de diamètre 80 mm qui pénètre en partie basse 29 du récipient puis présente un coude 60 à 90° et une partie verticale cylindrique 61 par exemple de diamètre 100.
[0154] La partie verticale cylindrique 61 se termine par un col 62 de sortie de la boue en fontaine.
[0155] Le récipient définit un volume interne V dans lequel débouche la tuyauterie cylindrique 61.
[0156] Le volume présente un fond 55 muni d’une tuyauterie 63 de sortie de diamètre identique à la tuyauterie d’entrée de l’émulsion floculée.
[0157] Avantageusement un piquage 64 de dégazage complémentaire du floc après passage dans le récipient en partie haute de la tuyauterie d’évacuation est prévu, ladite partie haute 65 étant à une hauteur inférieure au niveau de boue dans le récipient.
[0158] La hauteur de la partie haute 65 est agencée pour être égale ou légèrement inférieure à celle du col 62, par rapport au fond du volume V, pour permettre un temps de séjour/ maturation du floc dans le dégazeur déterminé, par exemple 20 s.
[0159] Le volume V se termine en partie haute par une ouverture 66 de sortie à l’atmosphère avantageusement protégée par un becquet 67 de blocage des projections de boue. Dans le mode de réalisation tel que décrit et avec les dimensions d’entrée/sortie des différentes tuyauteries d’alimentation de DN 80mm, la hauteur H du floc permettant sa maturation, c’est-à-dire entre le fond du récipient et la périphérie du col de la partie verticale cylindrique 61, est par exemple compris entre 400 et 600 mm par exemple 500 mm.
[0160] Dans la suite de la description on utilisera des numéros de référence identiques pour désigner des éléments identiques ou similaires.
[0161] On a représenté sur les figures 3A et 3B un autre mode de réalisation de dégazeur selon l’invention permettant le dégazage du floc par chocs mous du floc sur lui-même.
[0162] Il peut s’inscrire dans un parallélépipède de 1,50 m X 1 m X 600 mm, pour le traitement de boues alimentées en continu à un débit de 20 m3 et ce en utilisant des tuyauteries et/ou des tôles en matière plastique ou en acier du commerce, ce qui présente un grand intérêt.
[0163] En effet, par rapport à un simple dégazage par mise à l’atmosphère, ou encore en comparaison avec un dégazeur utilisant un brassage mécanique pour détacher l’air des flocons, on obtient une amélioration du temps de floculation sans destruction des flocons pouvant atteindre 20% voire 50% tout en fabriquant un floc plus stable que d’ordinaire.
[0164] Ainsi et par exemple, avec un dispositif du type décrit en référence à la figure 3, de 641 de volume utile max. (base carrée de 400 mm x 400 mm), un coude d’arrivée en DN 120 mm et un fonctionnement entre 5 à 12 m3/h (avec un débit d’air à 30 Nm3/h), on obtient un meilleur floc, très consistant et flottant, et ce beaucoup plus rapidement qu’avec l’art antérieur. Cela ressort notamment du tableau II ci-après, précisant également les conditions de hauteur de chute de la fontaine H (conditionnant le choc mou). [Tableaux5]
| DébitM3/h | Volume utile (1) et Temps de séjour utile (s) | Elévation de la fontaine par rapport au fond (H) |
| 5 | 58/42 | 35 à 40 |
| 5 | 58/42 | 35 à 40 |
| 5 | 58/42 | 35 à 40 |
| 10 | 60/22 | 40 à 45 |
| 10 | 60/22 | 40 à 45 |
| 10 | 60/22 | 40 à 45 |
| 12 | 62/19 | 45 à 50 |
| 12 | 62/19 | 45 à 50 |
| 12 | 62/19 | 45 à 50 |
[0165] Les figures 4 et 4A montrent en vue de dessus et en coupe selon IVA - IVA, un exemple de dégazeur maturateur 70 selon un autre mode de réalisation de l’invention, comprenant une enceinte E par exemple de forme parallélépipédique avec des coins coupés C, disposée horizontalement par rapport à l’arrivée du flux de boue F, par exemple de dimension L X 1X H : 300 X 400 X 300 pour un débit de traitement de 10-13 M3/h, un MS de 8 à 10 g/1 et un Veff de 30 litres.
[0166] Le Veff : (Volume efficace) est un volume de boue/eau à l’entrée du démodulateur permettant d’absorber l’énergie nécessaire à la propagation et la maturation de l’émulsion.
[0167] Ce volume varie en fonction des différents dimensionnements.
[0168] Il est d’environ et par exemple de 30-40 litres.
[0169] L’enceinte E comprend une entrée du flux qui débouche dans une chambre 71 de passage, par exemple cylindrique, présentant une portion de cylindre 72 ouverte en partie basse, sur toute la longueur de la chambre (par exemple de 200 mm dans l’exemple numérique ci-dessus) et munie à son extrémité dans le sens horizontal d’une paroi 73, propre à freiner le floc ou lorsque la paroi est souple à s’écarter vers l’intérieur 39’ sous la pression douce du floc E.
[0170] L’enceinte comporte vers le haut un tube T, d’évacuation de l’air dégazeur, et un orifice de sortie S à l’autre extrémité. L’enceinte E peut, ou non, présenter par exemple au 2/3 de sa longueur, une paroi intermédiaire P, de répartition permettant l’évacuation du floc en partie basse, par une fente élargie Z.
[0171] Une telle paroi permet soit directement le freinage du floc, soit renforce encore l’homogénéité de l’émulsion.
[0172] On a représenté sur la figure 4B une variante du dégazeur maturateur 70’ selon un autre mode de réalisation de l’invention, en longitudinal.
[0173] Si dans le cas de rutilisation d’un dégazeur en combinaison avec un flottateur tel que décrit ci-après la paroi interne destinée à amortir le choc du mélange peut avantageusement être en caoutchouc ou autre matière molle, dans le cas de rutilisation avec une filtre bande, comme traitement complémentaire, on utilisera par exemple une paroi plus rigide, par exemple de forme plus ou moins convexe, ce qui peut casser légèrement le floc fabriqué mais pas totalement, réduisant simplement la taille du floc et le rendant ainsi plus compressible.
[0174] Plus précisément, la variante de la figure 4B montre une arrivée A de l’émulsion et du gaz en excès dans une zone B de l’enceinte 70’ remplie de boue X en partie basse et de gaz en partie haute.
[0175] La zone B est fermée par une paroi L amortissant l’énergie du flux, paroi souple ou dure (avantageusement convexe).
[0176] Le gaz en excès est extrait du ciel gazeux par une mise à l’air/évent D.
[0177] L’extraction du flux liquide sous versé par la paroi V s’effectue par la zone G qui propose un écoulement calme, laminaire, à par exemple moins d’ 1 m/s permettant au floc poreux de se mettre en suspension.
[0178] Pour 20 à 23 m3/h de boue chargée entre 10 et 30 g/1 et jusqu’à 100 Nm3/h d’air ajouté pour former l’émulsion, l’enceinte est par exemple de dimensions L X 1X H = 500 X 200 X 250 avec une pénétration dans l’enceinte du tube de sortie de 130 mm et une hauteur de paroi absorbante de 160 cm.
[0179] Grâce au dispositif selon le mode de réalisation plus particulièrement décrit en référence à la figure 2 et avant dégazage, il est obtenu des boues liquides montrant une dispersion accrue, au fur et à mesure des passages dans l’enceinte 25, qui vont permettre une meilleure accessibilité pour les bactéries anaérobies lorsque la boue ainsi traitée se retrouve dans le digesteur.
[0180] On obtient ainsi (confère photographies des figures 5 et 6) une dispersion de la matière qui s’améliore au fur et à mesure des passages, en comparaison à une absence de prétraitement selon l’invention, sans floculation (figure 5) ou avec floculation (figure 6).
[0181] Plus précisément et en référence à la figure 5, les colonnes 80, 81, 82 et 83 montrent la dispersion du matériau organique 84 respectivement après zéro passage, un passage, huit passages et dix passages. On constate que le matériau est de plus en plus dispersé au fur et à mesure des passages, ce qui permet donc une meilleure mise à disposition des bactéries pour être dirigées dans le digesteur.
[0182] De même, on a représenté sur les figures 6 dans les colonnes 85, 86, 87, 88, 89 et 90, la dispersion de la matière organique 91 dans une boue épaissie après une floculation réalisée sans passage (85) dans l’enceinte 25, après deux passages (86) ; quatre passages (87), six passages (88), huit passages (89) et dix passages (90).
[0183] Ici encore, la dispersion est considérablement améliorée en fonction du nombre de passages, la dispersion devenant cependant à peu près stable après huit passages.
[0184] Une destruction des parois des bactéries se fait également de façon particulièrement favorable (destruction des parois membranaires) (voir figure 7).
[0185] Sans passage (colonne 92), les bactéries 93 sont vivantes. Après un passage (94) le taux de lyse des bactéries 95 est déjà supérieur à 30% (voir destruction/éclatement des membranes 96).
[0186] Après huit passages (colonne 97) le taux de destruction (lyse) est supérieur ou égal à 80%, la taille des agrégats encore réduite, ce qui permet ici encore une meilleure digestion de la matière organique libérée par le digesteur.
[0187] Les figures 8A à 8C montrent trois autres modes de réalisation d’un dispositif de méthanisation selon l’invention.
[0188] Dans le dispositif 99 de la figure 8A on réalise une alimentation en direct du digesteur 100 à partir du réacteur 101 via un dégazageur 102 et un maturateur 103 avec introduction d’un premier floculant 104 entre réacteur et dégazeur, et ajout d’un second floculant 105 entre dégazeur et maturateur, ces dégazeur et maturateur étant par exemple des types décrits en référence aux figures précédentes 2 à 4B.
[0189] On récupère l’eau séparée en 106 après séparation/maturation en 103 avant d’injecter le floc en 107 dans le Digesteur 100.
[0190] Après un temps de digestion de plusieurs jours dans le Digesteur, on évacue le digestat en 108 et on récupère le bio gaz en 109.
[0191] Avec le mode de réalisation de la figure 8A, et pour un Digesteur en mésophiles de
3000 m3 (température de fonctionnement : 37,5 °C ; PH = 7,4 ; temps de séjour moyen : 16,3 jours, charge de 2,5 à 3,4 kg de MV (Matière Volatile) par mètres cubes par jour et un débit compris entre 160 et 220 mètres cubes par jour, on peut par exemple prévoir les dimensions et paramètres de fonctionnement du réacteur 101 correspondant au tableau ci-après III à VI.
[0192] Ceux-ci ont été observés avec une boue biologique dont les caractéristiques initiales sont notamment les suivantes) :
[0193] MV matière volatile (% de la matière sèche) : 60%
[0194] A VG acide gras volatil 185 mg/1
[0195] TAC taux alcalimétrique 500 mg/1
[0196] AGC/TAC : 0,4
[0197] pH : 6,8
[Tableauxô]
| Partie | Organe | Diamètre(en mm) | Longueur(en mm) |
| 1 | Avant injection air | 65 | 0,168 |
| Après injection air | 15 | 0,10 | |
| 2 | Réacteur | 300 | 0,51 |
| - | Entre 2 et 3 | 50 | 0,70 |
| 3 | Vanne détente | 50 | 0,26 |
[Tableaux7]
| Paramètre | Unité | Valeur |
| Pression du réacteur | Bar | 3,5 |
| Débit d’air | Nnrih | 30 |
| Débit de boues | m3/h | 8 |
| Ratio Air / Boues | (Nm3/h) / (m3/h) | 3,8 |
[Tableaux8]
| Partie | Organe | Vitesse (m/s) | Temps de séjour (s) | Temps de séjour total (s) |
| 1 | Avant injection air | 0,7 | 0,25 | 0,254 |
| Après injection air | 24 | 0,0042 | ||
| 2 | Réacteur | 0,1 | 7,24 | 7,24 |
| - | Entre 2 et 3 | 2,5 | 0,28 | 0,28 |
| 3 | Vanne détente | 2,5 | 0,10 | 0,1 |
[Tableaux9]
| 1 passage | 8 passages | ||
| Sortie | A | B | B |
| Vitesse (m/s) | 24 | 2,5 | 2,5 |
| Temps de séjour (s) | 0,254 | 7,874 | 62,992 |
[0198] Les mesures au viscosimètre relatif de type Rhéomat RM 180 sur boue à 75 g par litre, avant (c’est-à-dire sur la boue floculée mais non traitée par l’invention comparées à après c’est-à-dire passé une fois par l’invention après floculation de la boue) :
[0199] 14,6 Pa.s et 5,8 Pa.s
[0200] 19,8 Pa.s et 11,6 Pa.s
[0201] 18,3 Pa.s et 9,2 Pa.s
[0202] 16,5 Pa.s et 7,7 Pa.s
[0203] La figure 8B montre un autre mode de réalisation d’un dispositif 111 selon l’invention.
[0204] Il s’agit ici d’une solution plus simplifiée de production d’une émulsion non floculée en amont du Digesteur, comprenant une pompe 112 de recirculation de l’émulsion dans un bac de stockage 113, permettant un nombre de passages dans le bac déterminé, par exemple 8 (flèches 114).
[0205] Ceci permet ici encore, d’obtenir une très faible viscosité (avec ou sans floculation en 114) de l’émulsion fabriquée à partir d’une boue de caractéristiques déterminées.
[0206] Par exemple, à partir d’une boue brute épaissie (par exemple par pressage) de 46,2 g par litre, de viscosité initiale de 30,98 Pa.s, il est possible d’obtenir après un seul passage et en tenant compte des paramètres suivants :
[Tableaux 10]
| vitesse dans injecteur | Ratio Air Nm3/s/ boue m3/s | Pression cuve | Viscosité |
| 33 m/s | 3,75 | 1,5 bar | 22,5 Pa.s |
| 26 m/s | 5 | 4 bar | 23,1 Pa.s |
[0207] La figure 8 C montre un 3e mode de réalisation d’un dispositif 115 selon l’invention, dans lequel l’émulsion non floculée mais obtenue à partir d’un gaz nonoxinol obtenue par le biais de la digestion (trait mixtes 116) est affectée cette fois-ci en recirculation sur le digesteur lui-même (flèches 117).
[0208] Dans des modes de réalisation on dégaze (trait mixte-102) et/ou on mature (trait mixte-103) avant réinsertion dans le digesteur.
[0209] On va maintenant décrire en référence à la figure 2, la mise en œuvre du procédé selon le mode de réalisation de l’invention plus particulièrement décrit ici.
[0210] La boue 21 est alimentée en débit continu par pompage à un débit Q, par exemple de 20m3/h, dans un tuyau par exemple de diamètre DN50 et de longueur 1 égale à quelques mètres. On injecte simultanément en continu un important débit d’air par exemple 60Nm3/h dans le venturi 24 ce qui crée l’émulsion triphasique, qui pénètre alors dans l’enceinte 25 en suppression. L’émulsion passe ensuite par la restriction 29, par exemple une vanne/soupape entraînant un nouveau choc de pression/dépression.
[0211] Avantageusement on réitère ce cycle d’injection d’air, décompression dans l’enceinte et restriction au moins N fois avec N > 2 ou N > 7.
[0212] Un floculant, au taux de traitement nécessaire, est ensuite introduit pour créer le floc très aéré.
[0213] Celui-ci débouche en pluie dans le récipient dégazeur 32.
[0214] Le choc mou du floc sur lui-même permet un bon dégazage sans abîmer le floc qui reste, compte tenu des dimensions du tube coudé, du volume V et des débits, uniquement de quelques secondes (à quelques minutes) dans le récipient avant d’être évacué, ce qui engendre une excellente maturation.
[0215] Le floc maturé est ensuite transféré gravitairement au flottateur séparateur 36 dans lequel le floc monte quasi instantanément en surface de l’eau déliée (quelques secondes) ce qui laisse une ligne de flottaison à peu près définie. L’eau déliée, très claire est évacuée vers le bas.
[0216] Le floc (visqueux) est quant à lui évacué par le haut par surverse et entraînement gravitaire, ou par tambour, pour être pressé de façon complémentaire, puis évacué en 46 gravitairement par pompage dans le digesteur 47.
[0217] Les opérations de digestion connues en elles même sont alors réalisées pendant plusieurs jours, par exemple 15 ou 16 jours dans le digesteur.
[0218] Les matières organiques complexes et dont la biodégradabilité a été considérablement améliorée par le traitement en amont décrit ci-dessus sont alors hydrolisées par le biais de bactéries hydrolitiques, qui les transforment en matières organiques simples.
[0219] Des réactions d’acidogènèse sont alors effectuées par le biais de bactéries acidogènes, transformant les matières simples en acide organique et alcool, attaqués à leur tour par des bactéries acétogènes pour donner de façon connue des acétates, de l’hydrogène et du CO2.
[0220] L’étape suivante est celle de la méthanogénèse aboutissant, notamment par le biais de bactéries homoacétogènes, à la formation de méthane, de gaz carbonique (le deux formant avec l’hydrogène résiduelle du biogaz) et d’eau.
[0221] Dans le mode de réalisation plus particulièrement décrit et avec une boue biologique de caractéristiques moyennes comme précisées ci-avant, (voir la description des tableaux III à VII) on obtient une amélioration, toute chose égale par ailleurs, de l’ordre de 10 % voir plus en production de méthane.
[0222] Comme il va de soi et comme il résulte également de ce qui précède, la présente invention n’est pas limitée aux modes de réalisation plus particulièrement décrits. Elle en embrasse au contraire toutes les variantes et notamment celles où l’ensemble du dispositif est mobile, par exemple en étant monté sur une remorque de camion, compte tenu de sa très grande compacité. Cela permet de le véhiculer d’un site à l’autre en fonction des besoins.
Claims (1)
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Revendications [Revendication 1] Procédé de méthanisation à partir d’une boue (21) liquide organique comportant de façon connue dans un digesteur (47, 100) une étape d’hydrolyse/acidogenèse de la boue, une étape d’acétogenèse pour production d’acétate à partir de la boue hydrolysée et une étape de méthanogenèse à partir des acétates pour produire du méthane, caractérisé en ce que il comporte une étape initiale de création d’une émulsion de boue (23) hydrolysée, obtenue par choc de la boue avec du gaz (27) injecté dans ladite boue, puis alimentation en continu avec ladite boue hydrolysée d’un réacteur (25, 101) pressurisé en ligne par rapport au digesteur, avant évacuation du réacteur via un organe (29) générant une perte de charge pour alimentation du digesteur. [Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz utilisé est de l’air. [Revendication 3] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, on réitère l’étape initiale sur l’émulsion hydrolysée obtenue successivement au moins N fois avec N supérieur ou égal à 2, avant introduction dans le digesteur. [Revendication 4] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, cette étape initiale ou ces étapes initiales sur la boue sont suivies, avant alimentation du digesteur (47, 100), par une étape de séparation MS/liquide (7, 9), sur tapis presseur ou par égouttage. [Revendication 5] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, on dégaze (4) l’émulsion à la sortie du réacteur avant l’étape suivante. [Revendication 6] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, on injecte (5) un floculent (30) dans l’émulsion à la sortie du réacteur, avant l’étape suivante. [Revendication 7] Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, le floculent est un polymère injecté en sortie du réacteur, avant la mise à l’atmosphère. [Revendication 8] Procédé selon la revendication 6 et 7, caractérisé en ce que, on effectue une concentration de l’émulsion de boue floculée par flottation/ tassement de l’émulsion floculée dans une capacité faisant office de concentrateur (36), la boue concentrée étant évacuée en continu vers le digesteur (47, 100). [Revendication 9] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, on alimente la boue (21) dans le réacteur (25) pressurisé via un élément (24) de diamètre d dans lequel la boue passe à vitesse v > 10 m/s et à pression p, élément dans lequel on injecte le gaz ou l’air (27) à débit q Nm3 supérieur ou égal à 10 Q m3, Q étant le débit de la boue, pour créer l’émulsion gazeuse (28), compressible, qui alimente alors le réacteur (25) en aval de plus grand diamètre D que l’élément dans lequel l’émulsion passe, à une plus forte pression P > p et à une plus faible vitesse V < v, avant de subir une perte de charge dans Γ organe en aval. [Revendication 10] Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, l’élément de diamètre (24) d est un venturi. [Revendication 11] Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que, l’air est injecté dans le sens du flux de la boue, avec un angle compris entre 20° et 90°. [Revendication 12] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, on dégaze le floc par choc mou du floc sur lui-même ou sur un volet (73, P) absorbant d’énergie, de freinage du floc, pour recirculation vers le réacteur (25, 101), et/ou après passage dans un dispositif de filtration et/ou décantation/maturation et on récupère le floc ainsi maturé pour alimenter le digesteur. [Revendication 13] Dispositif (20, 99, 111, 115) de méthanisation à partir d’une boue organique (21, B) comprenant de façon connue un digesteur (47, 100), caractérisé en que il comporte de plus un réacteur (25, 101) en amont du digesteur, des moyens d’alimentation en boue dudit réacteur comprenant un élément (24) de diamètre d ou injecteur, des moyens (26) d’injection d’un gaz ou d’air dans ledit injecteur pour créer une émulsion gazeuse, compressible, agencé pour alimenter le réacteur en aval de plus grand diamètre D que l’élément de diamètre d, un organe (29) générateur d’une perte de charge à la sortie du réacteur et des moyens (46) de transfert de la boue au digesteur. [Revendication 14] Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que, il comporte une chambre (32, 102) de dégazage munie de moyens (61, 62, 71, 73, P) de brassage située en aval du réacteur. [Revendication 15] Dispositif selon les revendications 13 et 14, caractérisé en ce que, il comprend des moyens (P) de mise en circulation en boucle de l’émulsion obtenue à la sortir de l’organe, dans le réacteur via Γ injecteur. [Revendication 16] Dispositif selon les revendications 13 à 15, caractérisé en ce que, il comprend des moyens (31) d’injection d’un floculent (30) après l’organe générateur de perte de charge. [Revendication 17] Dispositif selon les revendications 13 à 16, caractérisé en ce que, il comprend des moyens (32, 56, 70, 70’) de dégazage de l’émulsion ou du floc à la pression atmosphérique par choc mou de l’émulsion ou du floc sur lui-même ou sur une paroi souple (73). [Revendication 18] Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que, les moyens (32, 102) de dégazage comprennent un récipient (57) ouvert à la pression atmosphérique et une alimentation de l’émulsion ou du floc par sortie de l’émulsion ou du floc verticalement ou sensiblement verticalement en fontaine dans ledit récipient ouvert à la pression atmosphérique. [Revendication 19] Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que (E) les moyens (70’) de dégazage comprennent une enceinte de passage de l’émulsion ou du floc munie d’une chambre d’introduction intermédiaire comprenant une paroi (73, L) de freinage du flux. [Revendication 20] Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que, la paroi est souple et/ou courbée. [Revendication 21] Dispositif selon l’une quelconque des revendications 13 à 20, caractérisé en ce que il comprend une capacité 36 à la sortie ou en aval du réacteur faisant office de concentrateur agencé pour permettre la flottation de la boue floculée sur une hauteur déterminée. [Revendication 22] Soupe ou émulsion de boue organique obtenue par le procédé selon l’une quelconque des revendications 2 à 12, après N passages par recirculation dans le réacteur, caractérisé en ce que, N > 3. [Revendication 23] Soupe de boue organique selon la revendication 22, comprenant au moins 80% de bactéries Lysées. 1/12
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