WO2022189324A1 - Digesteur a volume de ciel gazeux reduit - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un digesteur destiné à la mise en œuvre d'un traitement de méthanisation de boues pour générer du biogaz et un digestat, le digesteur comprenant un dispositif d'évacuation (32) des mousses et/ou flottants (16) du digestat (12) comprenant : - une première cuve (33) délimitée par une première paroi (100) d'une première hauteur (h1), la première cuve (33) étant destinée à être alimentée en digestat (12) et en mousses et/ou flottants (16) depuis un volume de matière (14) par surverse au-dessus de la première paroi (100); - une deuxième cuve (34) reliée à l'atmosphère et située à l'extérieur de l'enceinte (13) du digesteur, comprenant : o une première zone (35) délimitée par une deuxième paroi (103) d'une deuxième hauteur (h2); et o une deuxième zone (36) en communication avec le réservoir (19); - un conduit (37) reliant la première cuve (33) via un premier orifice (101) à la première zone (35) de la deuxième cuve (34) via un deuxième orifice (102) d'altitude supérieure ou égale à celle du premier orifice (101), - la première zone (35) étant destinée à être alimentée en digestat (12) et en mousses et/ou flottants (16) depuis la première cuve (33) par le conduit (37); la deuxième zone (36) étant destinée à être alimentée en digestat depuis la première zone (35) par surverse au-dessus de la deuxième paroi (103); la première hauteur (h1) et la deuxième hauteur (h2) étant prédéfinies de sorte qu'un premier mélange de proportions variables de digestat et mousses et/ou flottants dans la première cuve (33) ayant une première densité moyenne (d1) soit transféré par gravité dans la première zone (35) contenant un deuxième mélange de proportions variables de digestat et mousses et/ou flottants de deuxième densité (d2), le transfert s'opérant tant que le produit de la première densité moyenne (d1) par la première hauteur (h1) est supérieur au produit de la deuxième densité moyenne (d2) par la deuxième hauteur (h2) par la première hauteur (h1).
Description
DIGESTEUR A VOLUME DE CIEL GAZEUX REDUIT
[0001] L’invention se situe dans le domaine technique du traitement biologique des boues, notamment issues des eaux résiduaires. L’invention concerne un digesteur destiné à la mise en oeuvre d’un traitement de méthanisation des boues.
[0002] La méthanisation est une technologie basée sur la dégradation par des micro organismes de la matière organique, en conditions contrôlées et en l’absence d’oxygène, donc en milieu anaérobie. On parle aussi de digestion anaérobie.
[0003] La méthanisation permet de générer :
- un digestat, qui est un produit humide, riche en matière organique partiellement stabilisée. Il est généralement envisagé le retour au sol du digestat après éventuellement une phase de maturation par compostage ;
- du biogaz, mélange gazeux généralement saturé en eau à la sortie du digesteur et typiquement composé d’environ 50 % à 70 % de méthane (CH4), de 30 % à 50 % de gaz carbonique (C02) et de quelques gaz traces (NH3, N2, H2S). Le biogaz constitue une énergie renouvelable, il peut être injecté dans le réseau de gaz naturel après épuration. Le biogaz peut aussi être utilisé pour la production d’électricité et de chaleur et/ou la production d’un carburant.
[0004] Un des avantages de la méthanisation est la valorisation de la matièreorganique et la production d’énergie via le biogaz généré.
[0005] La méthanisation est mise en oeuvre dans un digesteur. Le digesteur peut être vu comme une enceinte fermée par une paroi supérieure (aussi appelée toit), définissant deux volumes : un premier volume contenant la matière à traiter, les boues, le digestat généré ; et un second volume entre le premier volume et la paroi supérieure, aussi appelé ciel gazeux, et vers lequel le biogaz généré s’élève.
[0006] Le terme «boue» doit être compris comme étant toute matière organique, y compris les déchets organiques et toutes sortes de boues, y compris des boues primaires, des boues biologiques, des boues activées, et plus particulièrement des boues de déchets organiques ou de stations d'épuration d'eau potable ou d'eaux usées. La matière organique, ou la matière organique naturelle, se réfère à la grande source de composés à base de carbone que l'on trouve dans les environnements naturels et artificiels, terrestres et aquatiques. Il s'agit de matière composée de composés organiques provenant des restes d'organismes tels que les plantes et les êtres vivants et de leurs déchets dans l'environnement. Les molécules organiques
peuvent également être fabriquées par des réactions chimiques qui n'impliquent pas la vie. Les structures de base sont créées à partir de la cellulose, du tanin, de la cutine et de la lignine, ainsi que d'autres protéines, lipides et glucides.
[0007] Des problèmes de sécurité peuvent être liés à la mise en oeuvre d’un digesteur. En effet, le biogaz contient du méthane, ce qui crée un risque d’explosion du digesteur si de l’oxygène pénètre accidentellement dans le digesteur. En conséquence, des distances d’effets d’explosion due à la présence du biogaz dans le digesteur sont définies afin de délimiter un périmètre dit à risque.
[0008] La surpression aérienne est la conséquence d’une explosion qui se manifeste par la propagation depuis la zone de l’explosion, d’une onde de pression dans l’atmosphère, à une vitesse de l’ordre de celle des ondes acoustiques (340 m/s dans l’air à 15°C). Lorsqu’on mesure en un point fixe de l’espace les caractéristiques d’une telle onde, on observe une impulsion positive de pression (surpression) - dont la durée se mesure en général en millisecondes - suivie d’une phase de dépression. [0009] Si l’explosion a pour origine la détonation d’une substance explosive, la surpression positive se caractérise par une très brusque montée, quasi instantanée jusqu’au maximum de pression, suivie d’une décroissance quasi linéaire. Le pic de pression négative est beaucoup moins important et il n’est, en général, pas considéré dans l’évaluation des effets d’une onde de pression.
[0010] La pression est une force par unité de surface susceptible d’induire des efforts de flexion ou de cisaillement dans les structures, éventuellement de compression pour le corps humain. Une onde de pression peut également propulser des projectiles.
[0011] En France, l’arrêté du 22 octobre 2004 (Ministère de l’Ecologie et du Développement Durable) définit les valeurs de référence de seuils d'effets des phénomènes accidentels des installations classées. Ces valeurs sont utilisées pour la détermination des zones d’effets d’accident potentiels dans les études de danger (rayons d’explosion).
[0012] Lorsque la pression de rupture d’un digesteur est connue, le calcul de l’énergie d’explosion peut être réalisé avec l’équation dite de Brode. Cette énergie est l’énergie pouvant participer à la propulsion de missiles, à la production d’ondes de surpression ou de flux thermiques selon :
AP V
E = - 7 yr — 1
[0013] Avec DR : Pr - PO ; Pr : Pression de rupture de l’enceinte (Pa) ; PO : Pression atmosphérique (Pa) ; V : Volume du ciel gazeux (m3) ; yr : Rapport des chaleurs spécifiques du gaz contenu dans le réservoir (1 ,4 pour le méthane) ; E : Energie d’explosion (J).
[0014] Une fois l’énergie d’explosion déterminée, il existe plusieurs méthodes pour calculer les distances d’effets de l’explosion. Dans le cas d’un digesteur, le modèle TNO Multi-energy est principalement utilisé, pour des explosions confinées ou non confinées (Unconfined Vapor Cloud Explosion (UVCE)).
[0015] Le problème réside donc dans la réduction des distances d’effet due à la présence du biogaz. D’un point de vue concept de digesteur, les deux paramètres modulables qui impactent le niveau des seuils de surpression et distances d’effets de l’explosion sont :
- La pression de rupture de l’ouvrage ;
- Le volume explosible (c’est-à-dire le volume du ciel gazeux en fonctionnement normal ou du digesteur vide lors d’une vidange accidentelle).
[0016] Le ciel gazeux est généralement assez volumineux, et la distance entre le niveau de digestat et la paroi supérieure du digesteur peut atteindre jusqu’à 3 m. Une telle hauteur a tout d’abord pour but d’autoriser l’accumulation de produits flottants et de gérer les éventuels moussages provoqués soit par la présence de bactéries filamenteuses dans le procédé de dépollution des eaux usées produisant les boues (foisonnement des boues, « bulking » en anglais), soit par la production de composés tensio-actifs dans le digesteur. En effet, le plus souvent, les digesteurs ne possèdent pas de dispositif permettant d’évacuer les mousses et flottants. Il est donc nécessaire de prévoir un tel volume de « stockage » en surface du digestat.
[0017] En outre, la hauteur élevée de ciel gazeux permet aussi de gérer un éventuel phénomène d’expansion rapide du volume de digestat (connu sous l’acronyme RVE pour « Rapid Volume Expansion »). Le RVE est un phénomène lié à la hausse soudaine de viscosité du digestat causée, le plus souvent, par une perte ou une perturbation de la fonction de brassage. En effet, une fois que le cisaillement diminue, la viscosité du digestat augmente, ce qui piège une partie du biogaz dans le digestat, et peut générer une augmentation rapide du volume de celui-ci.
[0018] En résumé, la conception usuelle des digesteurs consiste à laisser une hauteur importante entre le niveau de digestat et la paroi supérieure du digesteur, de façon à pouvoir stocker les mousses et flottants à la surface du digestat et à
autoriser un éventuel phénomène de RVE. Si cette hauteur est insuffisante, l’intégrité de l’ouvrage -plus particulièrement celle de la paroi supérieure- est mise en danger. Ce volume disponible pour l’expansion des mousses est usuellement occupé par du biogaz et engendre les contraintes de sécurité évoquées précédemment.
[0019] Il est donc intéressant de réduire le volume de biogaz en partie supérieure de digesteur pour réduire les distances d’effets en cas d’explosion. Réduire ce volume de biogaz sans prendre de risques sur l’intégrité du digesteur nécessite cependant de savoir extraire (1) les mousses et flottants en continu en surface du digestat, et (2) le volume de digestat ne pouvant être contenu dans le digesteur en cas de phénomène de RVE sans exercer de surpression.
[0020] Or, l’extraction des mousses et flottants en surface est une opération complexe à réaliser. Une première solution à ce problème consiste à les extraire du digestat par simple surverse. Cela permet d’entraîner périodiquement des « paquets » de mousses/flottants présents en surface. Néanmoins, avec une telle solution, le gaz contenu en surface du digesteur peut s’échapper par le dispositif de surverse. Pour éviter cela, il faut alors prévoir un autre dispositif en aval pour retenir le biogaz et recueillir séparément le digestat contenant les mousses/flottants. Ces dispositifs fonctionnent généralement sur le principe du joint hydraulique, dont le fonctionnement est principalement dicté par la densité du liquide traité. Or, la densité du digestat contenant les mousses/flottants varie fortement au cours du temps : lorsque les paquets de mousses/flottants sont extraits, la densité chute brutalement, ce qui empêche le bon fonctionnement du joint hydraulique. Une autre difficulté réside dans le fait que ces dispositifs en aval de la surverse doivent répondre à deux contraintes opposées : avoir une section hydraulique suffisamment faible pour produire des vitesses élevées permettant d’entraîner les mousses/flottants, et avoir des sections hydrauliques suffisamment larges pour éviter le colmatage par le digestat et les mousses/flottants. Cette première solution, faisant appel à une simple surverse, n’est donc pas totalement satisfaisante.
[0021] Une deuxième solution consiste à extraire du digestat les mousses et flottants via un orifice noyé proche de la surface. L’extraction est dans ce cas généralement « passive ». Ceci permet de contenir simplement le biogaz dans le digesteur, mais pose des problèmes de sécurité en cas de baisse incontrôlée du niveau liquide. En effet, dans ce cas, du biogaz peut s’échapper. En outre, cette solution a en réalité une faible efficacité pour entraîner les mousses/flottants.
[0022] Une autre solution peut consister à gérer les conséquences d’un moussage sans chercher à évacuer les mousses/flottants. Ainsi, lorsqu’un moussage a lieu et est détecté, du digestat est extrait - par exemple par pompage « actif » - de manière à vider partiellement le digesteur pour éviter que la mousse ne fasse pression sur le toit du digesteur. Le digestat pompé est déversé dans un réservoir extérieur prévu à cet effet. Si un tel dispositif permet de répondre aux exigences de sécurité en augmentant artificiellement la hauteur du ciel gazeux, il présente l’inconvénient de vidanger au moins partiellement le contenu du digesteur. Le volume réactionnel est alors diminué, avec des impacts négatifs sur les performances du digesteur. Si on peut espérer un retour « à la normale » en cas de moussage réversible, cette solution ne permet pas d’attendre un retour à la normale en cas d’accumulation de flottants avec des moussages récurrents voire permanents. Dans ces derniers cas, on obtient alors un fonctionnement « pérennisé » du digesteur avec un volume de phase gaz augmenté nuisible à l’objectif de sécurité vis-à-vis des risques d’explosion, associé à une réduction du volume efficace du digesteur, donc sa capacité de traitement.
[0023] Le document WO 2009/118320 propose quant à lui un digesteur visant à réduire les distances d’effet de l’explosion en minimisant le volume explosible à l’aide d’un espace prévu pour laisser le biogaz s’échapper des boues sans entraîner de mousses légères de type tensio-actifs, tout en autorisant l’accumulation d’un certain volume de flottants (hors mousses légères) et en gérant le RVE. Dans cette optique, le digesteur comprend une cloche inversée qui récupère le biogaz produit et un dispositif permettant l’accès à l’agitateur pour pouvoir l’extraire sans nécessiter de vidange du digesteur. En outre, l’injection d’eau (industrielle) est mise en oeuvre pour rabattre les éventuelles mousses formées dans le digesteur et refroidir le biogaz. Ce digesteur présente cependant plusieurs inconvénients. D’une part, en cas d’arrêt de l’apport d’eau, le moussage ne peut plus être contenu par le digesteur. La mousse peut alors envahir le réseau de biogaz, avec risques de non fonctionnement de la torchère et des pertes de charges élevées dans les réseaux, conduisant à dépasser la pression de rupture dans le digesteur. D’autre part, si l’injection d’eau décrite dans WO 2009/118320 permet de briser des mousses légères (type mousses blanches de tensio-actifs), elle n’est pas efficace contre des mousses épaisses et grasses dues à des boues biologiques filamenteuses et/ou des flottants enrobés de graisses et gorgés de biogaz, avec des conséquences similaires à celles rencontrées en cas
d’arrêt de l’apport d’eau. En particulier, en cas de débordement du digesteur, on observe un colmatage très rapide du réseau de biogaz, ainsi que des éventuelles soupapes de sécurité complémentaires, ce qui a pour conséquence dans un premier temps, de provoquer une sortie de boues par la vasque d’alimentation, puis, dans un deuxième temps, une sortie directe du biogaz produit par cette même vasque.
[0024] Une évacuation des mousses/flottants est envisagée, mais elle est prévue vers un réservoir placé à l’extérieur du digesteur. La phase gazeuse de ce réservoir externe communique avec le ciel gazeux du digesteur, de sorte qu’il n’est pas aisé d’extraire les mousses flottants de ce réservoir externe sans provoquer dans le même temps une fuite de biogaz engendrant des risques d’explosion à l’extérieur du digesteur, avec les inconvénients et risques évoqués plus haut.
[0025] Le document US 4530762 décrit un digesteur comprenant un dispositif d’évacuation des mousses/flottants du digestat. Tout contenu accédant à la première cuve dans l’enceinte de ce digesteur semble transféré vers la première zone de la cuve. Les cuves sont destinées à récupérer l’effluent traité et sont disposées sur un lit de décanteurs tubulaires. La deuxième cuve est un séparateur de gaz. En fonctionnement normal, une paroi doit être positionnée avec son extrémité supérieure en alignement horizontal avec les bords des cuves. En relevant la paroi, cela permet de chasser les mousses dans les cuves. Puis les mousses sont collectées dans la cuve et soufflées de la cuve lorsque nécessaire. Autrement dit, pour envisager l’évacuation des mousses, la paroi doit être en position haute par rapport à la position nominale, et donc à une altitude supérieure que les bords des cuves. En outre, dans ce digesteur, il est impossible de collecter les mousses avec une première cuve immergée.
[0026] Enfin, le document US 5228995 décrit un digesteur à ciel gazeux réduit avec une enceinte composée de trois zones :
- la première zone inférieure contient le digestat,
- la deuxième zone médiane est constituée d’un support structurel en acier pour accueillir un média filtrant formant une surface d’attache à un dépôt biologique. Cette zone est une zone de séparation des solides/liquides/gaz,
La troisième zone supérieure contient la fraction liquide clarifiée. L’effluent traité est extrait de cette zone par un système de tuyauteries immergées et un système de contrôle de l’effluent traité.
Ainsi, ce digesteur nécessite un système rabat-mousse additionnel pour fonctionner correctement.
[0027] Il existe donc un besoin pour un digesteur à ciel gazeux réduit, simple à mettre en oeuvre, permettant à la fois de maintenir l’intégrité de l’ouvrage en cas de phénomène RVE et d’évacuer les mousses quelle que soit la densité des mousses, c’est-à-dire capable d’évacuer les mousses peu denses mais aussi les mousses grasses et épaisses.
[0028] L’invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant un digesteur à ciel gazeux réduit comprenant un dispositif d’évacuation des mousses fonctionnant par gravité et par un double dispositif de surverse. Dans un mode de réalisation, le digesteur comprend un dispositif de mélange du digestat couplé à un dispositif d’injection de digestat dans le ciel gazeux, servant à la fois à diriger les mousses et flottants en surface vers la première surverse d’évacuation et à rabattre les mousses par effet mécanique. Un tel digesteur permet de concilier sécurité de fonctionnement et réduction du volume du ciel gazeux du digesteur, ce qui diminue ainsi le niveau des seuils de surpression et distances d’effets de l’explosion par action sur les deux paramètres modulables que sont la pression de rupture de l’ouvrage et le volume explosible (volume du ciel gazeux).
[0029] A cet effet, l’invention a pour objet un digesteur destiné à la mise en oeuvre d’un traitement de méthanisation de boues pour générer du biogaz et un digestat, le digesteur comprenant :
- une enceinte destinée à contenir un volume de matière, le volume de matière comprenant le digestat, le digestat comprenant à sa surface des mousses et/ou flottants provenant des boues ou générés pendant le traitement de méthanisation, l’enceinte définissant un premier volume égal au volume de matière et un second volume disposé au-dessus du premier volume ;
- un toit destiné à fermer l’enceinte ;
- un réservoir à proximité de l’enceinte et destiné à collecter le digestat ;
- un dôme disposé sur une portion du toit, et destiné à collecter le biogaz, le digesteur étant caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif d’évacuation des mousses et/ou flottants du digestat comprenant :
- une première cuve disposée dans l’enceinte et délimitée par une première paroi, la première cuve étant destinée à être alimentée en digestat et en
mousses et/ou flottants depuis le volume de matière par surverse au- dessus de la première paroi ;
- une deuxième cuve reliée à l’atmosphère et située à l’extérieur de l’enceinte, comprenant : o une première zone délimitée par une deuxième paroi ; et o une deuxième zone en communication avec le réservoir ;
- un conduit reliant la première cuve via un premier orifice à la première zone de la deuxième cuve via un deuxième orifice,
- la première zone étant destinée à être alimentée en digestat et en mousses et/ou flottants depuis la première cuve par le conduit ; la deuxième zone de la deuxième cuve étant destinée à être alimentée en digestat depuis la première zone de la deuxième cuve par surverse au-dessus de la deuxième paroi ; le deuxième orifice étant situé à une altitude supérieure ou égale à celle du premier orifice ; l’extrémité supérieure de la première paroi étant située à une première hauteur au- dessus d’un point de référence du premier orifice et l’extrémité supérieure de la deuxième paroi étant située à une deuxième hauteur au-dessus du point de référence du premier orifice ; la première hauteur et la deuxième hauteur étant prédéfinies de sorte qu’un premier mélange de proportions variables de digestat et mousses et/ou flottants dans la première cuve ayant une première densité moyenne soit transféré par gravité dans la première zone contenant un deuxième mélange de proportions variables de digestat et mousses et/ou flottants de deuxième densité, le transfert s’opérant tant que le produit de la première densité moyenne par la première hauteur est supérieur au produit de la deuxième densité moyenne par la deuxième hauteur par la première hauteur.
[0030] Dans un mode de réalisation, le digesteur selon l’invention comprend en outre un dispositif de mélange du volume de matière disposé dans le premier volume, le dispositif de mélange étant configuré pour mettre en mouvement le volume de matière.
[0031] Avantageusement, le dispositif de mélange comprend :
- Une ou plusieurs cheminées s’étendant dans l’enceinte selon un premier axe, préférentiellement en périphérie de l’enceinte, chaque cheminée ayant une extrémité supérieure et une extrémité inférieure ;
- Un ou plusieurs premiers agitateurs, chacun étant préférentiellement positionné sous l’extrémité inférieure d’une des cheminées, le ou les premiers agitateurs étant configuré(s) pour mettre en mouvement le volume de matière en rotation autour d’un axe central vertical, sensiblement parallèle au premier axe et en translation selon le premier axe depuis l’extrémité supérieure vers l’extrémité inférieure de ladite cheminée.
[0032] Avantageusement, le dispositif de mélange comprend un ou plusieurs deuxièmes agitateurs, chacun étant disposé dans l’enceinte, préférentiellement dans le fond de l’enceinte, et encore préférentiellement en périphérie de l’enceinte, les deuxièmes agitateurs étant configuré(s) pour mettre en mouvement le volume de matière en rotation autour d’un axe central vertical, sensiblement parallèle au premier axe.
[0033] Dans un autre mode de réalisation, le digesteur selon l’invention comprend en outre un dispositif d’injection de digestat dans le second volume, préférentiellement disposé au centre du toit, et/ou dans le volume de matière.
[0034] Avantageusement, le dispositif d’injection de digestat comprend :
- Un premier injecteur fixé au toit, préférentiellement au centre du toit, et en connexion fluidique avec le second volume et configuré pour injecter du digestat dans le second volume ;
- Une première boucle de recirculation entre le premier volume et le premier injecteur ;
- Une première pompe de recirculation configurée pour faire recirculer du digestat dans la première boucle de recirculation depuis le premier volume vers le premier injecteur.
[0035] Avantageusement, le dispositif d’injection de digestat comprend en outre :
- Un deuxième injecteur fixé à une paroi latérale de l’enceinte à une première hauteur et en connexion fluidique avec l’enceinte et configuré pour injecter du digestat dans l’enceinte à la première hauteur ;
- Une deuxième boucle de recirculation entre une deuxième hauteur de l’enceinte, inférieure à la première hauteur et le deuxième injecteur ;
- Une deuxième pompe de recirculation configurée pour faire recirculer du digestat dans la deuxième boucle de recirculation depuis la deuxième hauteur de l’enceinte et vers le deuxième injecteur.
[0036] Dans un autre mode de réalisation, la première boucle de recirculation et la deuxième boucle de recirculation sont regroupées en une seule et même boucle de recirculation, la première pompe de recirculation et la deuxième pompe de recirculation formant une seule et même pompe de recirculation configurée pour faire recirculer du digestat vers le premier injecteur et/ou vers le deuxième injecteur.
[0037] Avantageusement, le toit est en métal.
[0038] L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d’un mode de réalisation donné à titre d’exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :
[0039] La Figure 1 représente schématiquement un digesteur selon l’invention ;
[0040] La Figure 2 représente schématiquement un dispositif d’évacuation des mousses et/ou flottants d’un digesteur selon l’invention ;
[0041] La Figure 3 représente schématiquement un mode de réalisation d’un digesteur selon l’invention ;
[0042] La Figure 4 représente schématiquement un autre mode de réalisation du digesteur selon l’invention ;
[0043] La Figure 5 représente schématiquement un autre mode de réalisation du digesteur selon l’invention ;
[0044] La Figure 6 représente schématiquement un autre mode de réalisation du digesteur selon l’invention ;
[0045] La Figure 7 représente schématiquement un autre mode de réalisation du digesteur selon l’invention ;
[0046] La Figure 8 représente schématiquement une vue en coupe d’un mode de réalisation du digesteur selon l’invention.
[0047] Sur ces figures, dans un souci de clarté, les échelles ne sont pas respectées. Par ailleurs, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.
[0048] L’invention s’applique généralement pour des digesteurs de 50 à 16000 m3, et avantageusement de 500 à 7000 m3.
[0049] La figure 1 représente schématiquement un digesteur 10 selon l’invention. Le digesteur 10 est destiné à la mise en oeuvre d’un traitement de méthanisation de
boues pour générer du biogaz 11 et un digestat 12. Le digesteur 10 comprend une enceinte 13 destinée à contenir un volume de matière 14, le volume de matière 14 comprenant le digestat 12. L’enceinte 13 dispose préférentiellement d’une section circulaire. Le digestat comprend à sa surface des mousses et/ou flottants 16 provenant des boues ou étant générés pendant le traitement de méthanisation. L’enceinte 13 définit un premier volume 14 égal au volume de matière et un second volume 17 disposé au-dessus du premier volume 14. Le digesteur 10 comprend un toit 18 (ou paroi supérieure) destiné à fermer l’enceinte 13. Il comprend également un réservoir 19 à proximité de l’enceinte 13 et destiné à collecter le digestat 12. Le réservoir 19 est relié à l’enceinte. Il peut être contigu à l’enceinte ou à proximité de l’enceinte, de façon à permettre un transfert gravitaire des boues digérées (le digestat 12) par exemple par une chute directe ou par une chute indirecte par le biais d’une pente. Enfin, le digesteur 10 comprend un dôme 22 disposé sur une portion du toit 18, et destiné à collecter le biogaz 11.
[0050] Selon l’invention, le digesteur 10 comprend un dispositif d’évacuation 32 des mousses et/ou flottants 16 du digestat 12. Le dispositif d’évacuation 32 des mousses et/ou flottants 16 du digestat 12 est représenté schématiquement sur la figure 1. Il est présenté en détails ci-dessous.
[0051] La figure 2 représente schématiquement un dispositif d’évacuation 32 des mousses et/ou flottants 16 d’un digesteur selon l’invention. Le dispositif d’évacuation
32 des mousses et/ou flottants 16 du digestat 12 comprend une première cuve 33 disposée dans l’enceinte 13 et délimitée par une première paroi 100, et une deuxième cuve 34 reliée à l’atmosphère et située à l’extérieur de l’enceinte 13. Le dispositif d’évacuation 32 comprend en outre un conduit 37 reliant la première cuve
33 à la deuxième cuve 34.
[0052] Plus précisément, la première cuve 33 est destinée à être alimentée en digestat 12 et en mousses et/ou flottants 16 depuis le volume de matière 14 par surverse au-dessus de la première paroi 100.
[0053] La deuxième cuve 34 comprend une première zone 35 délimitée par une deuxième paroi 103, et une deuxième zone 36 en communication, directe ou indirecte, avec le réservoir 19. La première zone 35 est destinée à être alimentée en digestat 12 et en mousses et/ou flottants 16 depuis la première cuve 33 par le conduit 37. La deuxième zone 36 de la deuxième cuve 34 est destinée à être alimentée en digestat depuis la première zone 35 de la deuxième cuve 34 par
surverse au-dessus de la deuxième paroi 103. La deuxième zone 36 est reliée au réservoir 19. Le deuxième orifice 102 est situé à une altitude supérieure ou égale à celle du premier orifice 101. Le terme altitude est à comprendre comme une mesure de la hauteur selon un axe selon lequel l’enceinte 13 s’étend.
[0054] Le conduit 37 relie la première cuve 33 via un premier orifice 101 à la première zone 35 de la deuxième cuve 34 via un deuxième orifice 102. Autrement dit, le premier orifice 101 est l’interface entre la première cuve 33 et le conduit 37, et le deuxième orifice 102 est l’interface entre le conduit 37 et la première zone 35 de la deuxième cuve 34. Pour faciliter l’écoulement des mousses et/ou flottants, l’orifice 102 est situé à un niveau supérieur ou égal à celui de l’orifice 101.
[0055] Comme cela est visible sur la figure 2, l’extrémité supérieure de la première paroi 100 est située à une première hauteur h1 au-dessus d’un point de référence 1001 du premier orifice 101. L’extrémité supérieure de la deuxième paroi 103 est située à une deuxième hauteur h2 au-dessus du point de référence 1001 du premier orifice 101. Le point de référence 1001 du premier orifice 101 peut être situé au point le plus bas du premier orifice 101. Il peut aussi s’agir du centre du premier orifice 101 (comme représenté sur la figure 2) dans le cas d’un orifice à section circulaire. En d’autres termes, les deux hauteurs h1 et h2 sont mesurées à partir de la même altitude, celle du point de référence préalablement choisi.
[0056] Selon l’invention, la première hauteur h1 et la deuxième hauteur h2 sont prédéfinies de sorte qu’un premier mélange de proportions variables de digestat et mousses et/ou flottants dans la première cuve 33 ayant une première densité moyenne d1 soit transféré par gravité dans la première zone 35 contenant un deuxième mélange de proportions variables de digestat 12 et mousses et/ou flottants 16 de deuxième densité d2, le transfert s’opérant tant que le produit de la première densité moyenne d1 par la première hauteur h1 est supérieur au produit de la deuxième densité moyenne d2 par la deuxième hauteur h2 par la première hauteur h1. En d’autres termes, l’évacuation des mousses/flottants 16 par le dispositif d’évacuation 32 a lieu tant que la relation d1*h1 > d2*h2 est respectée.
[0057] Cette relation est établie en omettant les pertes de charges dans le conduit 37 et les orifices 101 , 102 ainsi que la différence entre la pression de la phase gazeuse au-dessus de la première cuve 33 et la pression atmosphérique de la deuxième cuve 34. Un calcul plus détaillé prenant en compte l’impact des pertes de charge et des différences de pression est réalisable par l’homme du métier, spécialiste de la
mécanique des fluides. Un tel calcul ne modifierait que de façon marginale la relation énoncée ci-dessus. En tout état de cause, en définissant la première hauteur h1 et la deuxième hauteur h2 pour qu’un premier mélange de densité moyenne d1 soit transféré par gravité dans la première zone 35 contenant un deuxième mélange de densité d2 en se basant sur la relation d1*h1 > d2*h2, le transfert a lieu. En tenant compte des effets de pertes de charges dans la canalisation de transfert et ses orifices (101 , 37, 102) et de pression différentielle entre le digesteur et l’extérieur, que l’Homme du métier sait déterminer, le transfert a lieu pour un mélange de densité proche de d1 ou supérieure. La prise en compte des effets de pertes de charges et de pression différentielle du digesteur impactera de manière négligeable la densité du mélange. Plus précisément, si on définit h1 et h2 à partir de la relation d1*h1 > d2*h2, le dispositif permettra le transfert d’un mélange jusqu’à une densité très proche de d1 (avec un écart de l’ordre de quelques % par rapport à d1 , écart que l’Homme du métier sait déterminer avec prise en compte de tous les effets mentionnés).
[0058] A titre d’illustration et de manière non-limitative, le dispositif d’évacuation 32 peut être dimensionné en se basant sur des hypothèses extrêmes défavorables à l’écoulement depuis la cuve 33 vers la cuve 34. Ainsi et à titre d’exemple, la valeur de densité maximale d2 peut être considérée égale à 1,05 et correspondant à un digestat dense ne contenant pas de mousses et/ou flottants. De même, la valeur de densité minimale d1 peut être considérée égale à 0,3 et correspondant à un mélange composé essentiellement de mousses et/ou flottants. En se basant sur la relation ci- dessus, on en déduit que dès lors que h1 > 3,5 x h2 (avec 3,5 = 1 ,05 / 0,3), alors un mélange de densité 0,3 ou plus pourra s’évacuer par écoulement gravitaire depuis la cuve 33 vers la cuve 34 contenant un mélange de densité 1 ,05 ou moins. Les valeurs des hauteurs h1 , h2 sont généralement fixées à la construction du digesteur avec le dispositif d’évacuation 32. Toutefois, il est également possible de prévoir des parois 100 et/ou 103 à hauteurs h1 et h2 variables, que l’on peut régler ultérieurement à la fabrication et/ou installation du dispositif d’évacuation 32.
[0059] Grâce au dispositif d’évacuation 32 des mousses/flottants 16, l’évacuation de mousses/flottants peut être réalisée par surverse avec un fonctionnement régulier et continu du digesteur.
[0060] La figure 3 représente schématiquement un mode de réalisation d’un digesteur 200 selon l’invention. Le digesteur 200 présenté sur la figure 3 est
identique au digesteur 10 présenté sur la figure 1. Le digesteur 200 comprend en outre un dispositif de mélange 20 du volume de matière 14 disposé dans le premier volume 14. Le dispositif de mélange 20 est configuré pour mettre en mouvement le volume de matière 14. Le dispositif de mélange 20 imprime un mouvement de rotation au volume de matière 14 de telle manière que les mousses et/ou flottants 16 entraînés avec le digestat 12 soient extraits du volume de matière 14 avec le digestat 12 par surverse 100 dans la première cuve 33. Le dispositif de mélange 20 permet d’éviter l’accumulation de mousses et/ou flottants 16 en un point à la surface du volume de matière 14 éloigné de la première cuve 33.
[0061] Le digesteur 200 peut comprendre en outre un dispositif d’injection 21 de digestat 12 dans le second volume 17 et/ou dans le volume de matière 14. Le dispositif d’injection 21 permet d’injecter du digestat 12 dans le second volume 17 au-dessus du volume de matière 14. Le dispositif d’injection 21 est préférentiellement disposé au centre du toit 18. L’injection de digestat 12 au-dessus du volume de matière 14 sert à projeter les mousses et/ou flottants 16, ayant tendance à s’accumuler au centre de la surface, vers la périphérie où ils sont entraînés vers la première cuve 33 pour être extraits du volume de matière14. L’entraînement des mousses et/ou flottants 16 vers la cuve 33 est favorisé par le mouvement de rotation du volume de matière 14 généré par le dispositif de mélange 20.
[0062] Le dispositif d’injection 21 peut également se situer en périphérie de l’enceinte 13. L’injection de digestat 12 depuis la paroi latérale au-dessus du volume de matière 14 est réalisée avec un jet orienté de façon à produire un mouvement de rotation du volume de matière autour d’un axe vertical. Ce mouvement de rotation entraîne les mousses et/ou flottants vers la cuve 33.
[0063] La figure 4 représente schématiquement un autre mode de réalisation d’un digesteur 210 selon l’invention. Dans ce mode de réalisation, le digesteur 210 comprend le dispositif d’injection 21 et le dispositif de mélange 20. Bien que la présence de ces deux dispositifs est préférée, l’invention couvre également tout digesteur comprend seulement un dispositif d’injection 21 ou seulement un dispositif de mélange 20.
[0064] Le dispositif de mélange 20 comprend une ou plusieurs cheminées 23 s’étendant dans l’enceinte 13 selon un premier axe 24, préférentiellement en périphérie de l’enceinte 13. Chaque cheminée 23 a une extrémité supérieure 61 et une extrémité inférieure 62. Par cheminée, on entend un corps creux s’étendant
selon le premier axe 24. Les cheminées 23 peuvent avoir une section circulaire ou polygonale. Dans un mode de réalisation préférée, les cheminées sont des demi- cylindres fixés, par exemple par soudage ou rivetage, à la paroi latérale de l’enceinte 13. Le dispositif de mélange 20 comprend un ou plusieurs premiers agitateurs 25. Chacun parmi les premiers agitateurs 25 est associé à une parmi la pluralité de cheminées 23. En d’autres termes, chaque cheminée 23 a son premier agitateur 25. Chacun des premiers agitateurs est préférentiellement positionné sous l’extrémité inférieure 62 de sa cheminée 23. Le ou les premiers agitateurs 25 sont configuré(s) pour mettre en mouvement le volume de matière 14 en rotation autour d’un axe central vertical 60, sensiblement parallèle au premier axe 24, et en translation selon le premier axe 24 depuis l’extrémité supérieure 61 vers l’extrémité inférieure 62 de ladite cheminée 23. Autrement dit, les premiers agitateurs 25 sont orientés de façon à imprimer un mouvement de rotation au digestat 12 selon le mouvement représenté par la flèche 271 et un mouvement du bas vers le haut dans le volume 14 via le mouvement inverse de haut en bas à travers la cheminée 23 représenté par la flèche 251. Nous pouvons qualifier ce mouvement de combinaison d’une rotation horizontale autour de l’axe 60 et de déplacement vertical du haut de la cheminée vers le bas de l’enceinte. L’écoulement de digestat à l’aspiration de l’agitateur 25 est canalisé depuis la surface au moyen de la cheminée 23. Ceci crée le déplacement vertical et l’orientation de l’agitateur 25 crée une mise en rotation horizontale en complément de la mise en rotation générée par le dispositif d’injection latéral 21. L’extrémité supérieure 61 de la ou des cheminée(s) 23 est positionnée sous la surface de la matière du volume de matière 14 (par exemple 250 mm sous le niveau le plus bas de digestat). Ainsi, du digestat 12 tombe dans la/les cheminée(s) 23. L’ensemble formé par une cheminée 23 et un premier agitateur 25 contribue à déstratifier le volume de matière 14 par production d’un pompage du bas vers le haut du volume de matière 14.
[0065] Préférentiellement, de la boue fraîche peut être injectée dans la cheminée 23 pour favoriser un mélange efficace de la boue fraîche avec le reste du digestat. A titre d’exemple, le débit d’alimentation en boues fraîches peut être de l’ordre de 30 m3/h alors que le débit de pompage fourni par un premier agitateur 25 peut être de l’ordre de 2500 m3/h soit un ratio de l’ordre de 1/100.
[0066] Le dispositif de mélange 20 peut également comprendre un ou plusieurs deuxièmes agitateurs 27, chacun étant disposé dans l’enceinte 13,
préférentiellement dans le fond de l’enceinte 13, et encore préférentiellement en périphérie de l’enceinte 13. Les deuxièmes agitateurs 27 sont configuré(s) pour mettre en mouvement le volume de matière 14 en rotation autour de l’axe central vertical 60, sensiblement parallèle au premier axe 24. Ainsi, les deuxièmes agitateurs 27 sont orientés de façon à imprimer un mouvement de rotation au digestat 12 selon le mouvement représenté par la flèche 271. Nous pouvons qualifier ce mouvement de rotation de déplacement horizontal. L’Homme du métier sait déterminer les caractéristiques (taille, forme, vitesse de rotation, etc.) adéquates des agitateurs 25, 27 et orienter les axes 26, 28 des agitateurs 25, 27 en fonction de la viscosité de la matière à brasser et le volume de matière 14 considéré.
[0067] Le mouvement horizontal déplace les mousses/flottants vers la périphérie de l’enceinte. Le mouvement vertical déplace les mousses/flottants depuis la surface supérieure du volume de matière 14 vers le bas de l’enceinte. La combinaison de ces deux mouvements permet d’empêcher la formation et/ou stagnation de mousses/flottants à la surface du volume de matière et un meilleur mélange du contenu de l’enceinte est obtenu.
[0068] La figure 5 représente schématiquement un autre mode de réalisation d’un digesteur 220 selon l’invention. Dans ce mode de réalisation, le dispositif d’injection de digestat 21 comprend un premier injecteur 29 fixé au toit, préférentiellement au centre du toit, et en connexion fluidique avec le second volume 17 et configuré pour injecter du digestat 12 dans le second volume 17. Le dispositif d’injection 21 comprend une première boucle de recirculation 30 entre le premier volume 14 et le premier injecteur 29. Enfin le dispositif d’injection 21 comprend une première pompe de recirculation 31 configurée pour faire recirculer du digestat 12 dans la première boucle de recirculation 30 depuis le premier volume 14 vers le premier injecteur 29. L’injection de digestat dans le second volume vise à rabattre les mousses/flottants et à les faire se déplacer vers la périphérie de l’enceinte.
[0069] Le dôme 22 peut comprendre deux soupapes de sécurité 40, 41 disposées en vis-à-vis l’une de l’autre.
[0070] Le toit 18 est généralement sensiblement plat. S’il est en métal, il peut être soit concave (si la pression appliquée au toit est inférieure à 5 mbar), soit convexe (si la pression appliquée au toit est supérieure à 5 mbar).
[0071] La figure 6 représente schématiquement un autre mode de réalisation d’un digesteur 230 selon l’invention. Dans ce mode de réalisation, le dispositif d’injection
de digestat 21 comprend un deuxième injecteur 39 fixé à une paroi latérale de l’enceinte 13 à une première hauteur 53 et en connexion fluidique avec l’enceinte 13, et plus précisément le volume de matière 14, et configuré pour injecter du digestat 12 dans l’enceinte 13, dans le volume de matière 14. Le dispositif d’injection 21 comprend une deuxième boucle de recirculation 50 entre une deuxième hauteur 52 de l’enceinte 13, inférieure à la première hauteur 53 et le deuxième injecteur 39. Enfin, le dispositif d’injection 21 comprend une deuxième pompe de recirculation 51 configurée pour faire recirculer du digestat 12 dans la deuxième boucle de recirculation 30 depuis la deuxième hauteur 52 de l’enceinte 13 et vers le deuxième injecteur 39. Autrement dit, le dispositif d’injection du digesteur 130 est configuré pour injecter du digestat initialement dans la partie basse de l’enceinte vers une partie haute du volume de matière. Comme déjà évoqué, cette injection contribue à mettre la matière de l’enceinte en mouvement et à faire tourner les mousses/flottants en surface pour empêcher leur stagnation et les envoyer vers la périphérie de l’enceinte, vers les cheminées 23 et la cuve 33. Alternativement, ou en complément, le dispositif d’injection de digestat 21 comprend un deuxième injecteur 49 fixé à une paroi latérale de l’enceinte 13 à une première hauteur 54 et en connexion fluidique avec l’enceinte 13 et configuré pour injecter du digestat 12 dans l’enceinte 13 à la première hauteur 54, la première hauteur 54 étant au niveau du second volume 17. De façon similaire à ce qui a été expliqué précédemment, le dispositif d’injection 21 comprend une deuxième boucle de recirculation 50 entre une deuxième hauteur 52 de l’enceinte 13, inférieure à la première hauteur 54 et le deuxième injecteur 49. Et le dispositif d’injection 21 comprend une deuxième pompe de recirculation 51 configurée pour faire recirculer du digestat 12 dans la deuxième boucle de recirculation 30 depuis la deuxième hauteur 52 de l’enceinte 13 et vers le deuxième injecteur 49. Cette injection de digestat 12 au-dessus du volume de matière 14 forme un jet orienté par rapport à la surface supérieure du volume de matière 14 de façon à produire un mouvement de rotation du volume de matière autour de l’axe vertical 60. Ce mouvement de rotation entraîne les mousses et/ou flottants vers la cuve 33.
[0072] Ce mode de réalisation peut comprendre un unique deuxième injecteur 39, 49 sur la paroi latérale de l’enceinte. Mais il peut également comprendre plusieurs deuxièmes injecteurs 39, 49 répartis tout autour de la paroi, avec un ou des boucles de recirculation adaptée(s) à cette configuration, en lien avec la deuxième pompe de recirculation.
[0073] Le digesteur selon l’invention peut comprendre soit l’une des deux boucles de recirculation, soit une double recirculation, c’est-à-dire les deux recirculations décrites précédemment, avec la première boucle de recirculation et la deuxième boucle de recirculation. Dans un mode de réalisation préféré, les deux boucles de recirculation sont mutualisées.
[0074] La figure 7 représente schématiquement un autre mode de réalisation d’un digesteur 240 selon l’invention. Dans ce mode de réalisation du digestion selon l’invention, la première boucle de recirculation 30 et la deuxième boucle de recirculation 50 sont regroupées en une seule et même boucle de recirculation, la première pompe de recirculation 31 et la deuxième pompe de recirculation 51 formant une seule et même pompe de recirculation configurée pour faire recirculer du digestat 12, alternativement ou simultanément, vers le premier injecteur 29 ou/et vers le deuxième injecteur 39. Alternativement, ou en complément, la deuxième boucle de recirculation peut être reliée au deuxième injecteur 49 fixé à la paroi latérale de l’enceinte 13 à la première hauteur 54 et en connexion fluidique avec l’enceinte 13 et configuré pour injecter du digestat 12 dans l’enceinte 13 à la première hauteur 54, dans le volume 17.
[0075] La figure 8 représente schématiquement une vue en coupe d’un mode de réalisation du digesteur 240 selon l’invention. La coupe est réalisée au niveau de l’enceinte 13, perpendiculairement à l’axe vertical central 60, en rendant visibles les éléments présents dans (ou reliés à) l’enceinte 13 pour une meilleure représentation du digesteur de l’invention. A noter que le dispositif d’évacuation des mousses/flottants n’est pas représenté sur cette figure.
[0076] En périphérie de l’enceinte 13, c’est-à-dire à proximité des parois latérales de l’enceinte, un deuxième agitateur 27 est présent pour imprimer un mouvement de rotation dit horizontal (représenté par la flèche 271) au volume de matière 14 et donc aux mousses/flottants qui se trouvent en surface supérieure du volume de matière. Un seul deuxième agitateur 27 est représenté mais il pourrait y en avoir plus que un. Le ou les agitateurs 27 peuvent se situer en périphérie de l’enceinte 13 mais ils peuvent aussi se situer plus au centre de l’enceinte. Deux premiers agitateurs 25 sont présents pour imprimer un mouvement de rotation dit vertical au volume de matière 14 et donc aux mousses/flottants qui se trouvent en surface supérieure du volume de matière. Les premiers agitateurs 25 sont positionnés chacun sous une cheminée 23. Ainsi, les mousses/flottants présents en surface du volume de matière
14 sont déplacés du centre vers la périphérie par le mouvement de rotation dit horizontal grâce aux deuxièmes agitateurs 27. Puis, arrivés en périphérie de l’enceinte 13, les mousses/flottants descendent par les cheminées 23 suite au mouvement de rotation dit vertical généré par les premiers agitateurs 25. L’injection de boue additionnelle dans les cheminées 23 contribue à un mélange efficace de la boue injectée avec le reste du digestat déjà présent dans l’enceinte.
[0077] Deux pompes de recirculation 31 , 51 sont représentées. La première pompe de recirculation 31 est associée à la première boucle de recirculation (non représentée) et vise à injecter du digestat 12 prélevé dans le fond de l’enceinte 13 au niveau du ciel gazeux (second volume 17) par le premier injecteur 29. Le digestat est injecté par le premier injecteur au-dessus du volume de matière 14, sur les mousses/flottants présents en surface. Les mousses/flottants sont ainsi rabattus. Cette injection contribue aussi à les faire se déplacer vers la périphérie de l’enceinte. [0078] La deuxième pompe de recirculation 51 est associée à la deuxième boucle de recirculation (non représentée) et vise à injecter du digestat 12 prélevé dans le fond de l’enceinte 13 dans le volume de matière 14 à une hauteur supérieure à la hauteur à laquelle le digestat a été prélevé. Cette injection latérale met en mouvement le volume de matière et contribuer à déplacer les mousses/flottants en surface en initiant un mouvement de rotation pour empêcher leur stagnation et les envoyer vers la périphérie de l’enceinte, vers les cheminées 23. Autrement dit, la deuxième boucle de recirculation vise à injecter du digestat d’un niveau inférieur de l’enceinte dans le digestat à un niveau supérieur de l’enceinte pour déstratifier le volume de matière. La deuxième pompe de recirculation 51 associée à la deuxième boucle de recirculation (non représentée) peut également viser à injecter du digestat 12 prélevé dans le fond de l’enceinte 13 dans le volume de matière 14 à une hauteur supérieure à la hauteur à laquelle le digestat a été prélevé pour injecter le digestat prélevé dans le second volume, au-dessus du volume de matière 14. Cette injection contribue au mouvement de rotation du volume de matière autour de l’axe vertical 60. Ce mouvement de rotation aide à diriger les mousses et/ou flottants vers la cuve 33. [0079] Comme expliqué précédemment, la première boucle de recirculation 30 et la deuxième boucle de recirculation 50 peuvent être regroupées en une seule et même boucle de recirculation. Cette unique boucle de recirculation peut être alimentée par la première pompe de recirculation 31 et la deuxième pompe de recirculation 51. Alternativement, la première pompe de recirculation 31 et la deuxième pompe de
recirculation 51 peuvent former une seule et même pompe de recirculation configurée pour faire recirculer du digestat 12 vers le premier injecteur 29 et vers le deuxième injecteur 39, 49, soit simultanément, soit en alternance.
[0080] Enfin le digesteur 240 comprend aussi un dôme 22 disposé sur une portion du toit 18, et destiné à collecter le biogaz 11. Avantageusement, le dôme est disposé sensiblement au-dessus d’une cheminée 23. Le mélange de digestat 12, de mousses/flottants 16 et de boue fraîchement introduite qui a lieu au niveau de la cheminée 23 peut permettre de libérer des poches de biogaz qui va s’échapper par l’extrémité supérieure 61 de la cheminée 23. Il est donc judicieux de positionner le dôme 22 à proximité de l’extrémité supérieure 61 de la cheminée 23.
[0081] Avantageusement, le dôme est disposé sensiblement en périphérie du toit 18 et au-dessus d’un deuxième injecteur 39 fixé sur la paroi latérale du digesteur dans le volume 17. L’injection de digestat 12 par l’injecteur provoque un effet de rabat- mousse mécanique qui protège donc le dôme d’éventuelles intrusions de mousses. [0082] Dans un mode particulier de l’invention, le digesteur peut comprendre en outre une vanne disposée en aval de la deuxième cuve 34, par exemple au niveau d’un conduit en sortie de la deuxième cuve 34. Il peut s’agir de tout type de vanne adapté, telle qu’une vanne à manchon (pneumatique ou mécanique) ou une vanne guillotine. La vanne permet de contrôler le débit d’évacuation du contenu de la deuxième cuve 34. En position fermée de la vanne, il n’y a pas d’évacuation du contenu vers le réservoir 19. Cela permet d’augmenter de quelques centimètres le niveau du contenu dans l’enceinte du digesteur et ainsi faciliter l’entraînement des mousses/flottants par une ouverture instantanée de la vanne. Une telle ouverture de la vanne a l’effet d’une évacuation par chasse. Le digesteur peut optionnellement comprendre un dispositif d’activation de la vanne pour l’ouvrir et la fermer. Le digesteur peut également comprendre un programmateur destiné à déclencher le dispositif d’activation de la vanne à intervalles temporels prédéfinis, de sorte à permettre une évacuation préventive des mousses et des flottants. Il en résulte un meilleur contrôle de la quantité de mousses/flottants dans l’enceinte du digesteur. [0083] L’invention propose un digesteur à ciel gazeux réduit permettant d’évacuer les mousses/flottants quelle que soit leur densité et de maintenir l’intégrité de l’ouvrage en cas de phénomène RVE. Cela est rendu possible grâce au dispositif d’évacuation des mousses/flottants fonctionnant par gravité avec un double dispositif de surverse. En outre, le dispositif d’injection permet de déplacer les mousses/flottants vers la
périphérie de l’enceinte et le dispositif de mélange contribue également à déplacer les mousses/flottants vers le fond de l’enceinte. La combinaison du dispositif d’injection et du dispositif de mélange assure à la fois un très bon brassage des mousses et/ou flottants avec le digestat pour favoriser leur ré in corporation dans le digestat, et à la fois une bonne évacuation par surverse des mousses et/ou flottants non réincorporés.
[0084] L’invention concerne aussi un procédé de digestion par mise en oeuvre d’un traitement de méthanisation de boues pour générer du biogaz 11 et un digestat 12 dans un digesteur tel que décrit précédemment. Le digestat comprend à sa surface des mousses et/ou flottants 16 provenant des boues ou générés pendant le traitement de méthanisation. Le procédé de digestion selon l’invention comprend une étape de gestion des mousses et/ou flottants par évacuation selon leur densité. Cette étape de gestion comprend :
- une étape d’alimentation de la première cuve 33 en digestat 12 et en mousses et/ou flottants 16 depuis le volume de matière 14 par surverse au-dessus de la première paroi 100, et
- une étape d’alimentation de la première zone 35 de la deuxième cuve 34 en digestat 12 et en mousses et/ou flottants 16 depuis la première cuve 33 par le conduit 37,
- une étape d’alimentation de la deuxième zone 36 de la deuxième cuve 34 en digestat depuis la première zone 35 de la deuxième cuve 34 par surverse au- dessus de la deuxième paroi 103.
[0085] Comme détaillé précédemment, le conduit 37 relie la première cuve 33 via le premier orifice 101 à la première zone 35 de la deuxième cuve 34 via un deuxième orifice 102, le deuxième orifice 102 étant situé à une altitude supérieure ou égale à celle du premier orifice 101 , et l’extrémité supérieure de la première paroi 100 étant située à une première hauteur h1 au-dessus d’un point de référence du premier orifice 101 et l’extrémité supérieure de la deuxième paroi 103 étant située à une deuxième hauteur h2 au-dessus du point de référence du premier orifice 101. La première hauteur h1 et la deuxième hauteur h2 sont prédéfinies de sorte qu’un premier mélange de proportions variables de digestat et mousses et/ou flottants dans la première cuve 33 ayant une première densité moyenne d1 soit transféré par gravité dans la première zone 35 contenant un deuxième mélange de proportions variables de digestat et mousses et/ou flottants de deuxième densité d2, le transfert
s’opérant tant que le produit de la première densité moyenne d1 par la première hauteur h1 est supérieur au produit de la deuxième densité moyenne d2 par la deuxième hauteur h2 par la première hauteur h1.
[0086] Avantageusement, le procédé de digestion selon l’invention comprend en outre une étape de mélange du volume de matière 14.
[0087] Avantageusement, le procédé de digestion selon l’invention comprend en outre une étape d’injection de digestat dans le volume de matière 14 et/ou dans le volume 17.
[0088] Il apparaîtra plus généralement à l'Homme du métier que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans les revendications qui suivent, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant les revendications aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents que les revendications visent à couvrir du fait de leur formulation et dont la prévision est à la portée de l'Homme du métier se basant sur ses connaissances générales.
Claims
1. Digesteur (10, 200, 210, 220, 230, 240) destiné à la mise en œuvre d’un traitement de méthanisation de boues pour générer du biogaz (11) et un digestat (12), le digesteur (10, 200, 210, 220, 230, 240) comprenant :
- une enceinte (13) destinée à contenir un volume de matière (14), le volume de matière (14) comprenant le digestat (12), le digestat comprenant à sa surface des mousses et/ou flottants (16) provenant des boues ou générés pendant le traitement de méthanisation, l’enceinte (13) définissant un premier volume (14) égal au volume de matière et un second volume (17) disposé au-dessus du premier volume (14) ;
- un toit (18) destiné à fermer l’enceinte (13) ;
- un réservoir (19) à proximité de l’enceinte (13) et destiné à collecter le digestat (12) ;
- un dôme (22) disposé sur une portion du toit (18), et destiné à collecter le biogaz (11), le digesteur étant caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif d’évacuation (32) des mousses et/ou flottants (16) du digestat (12) comprenant :
- une première cuve (33) disposée dans l’enceinte (13), la première cuve étant immergée dans le volume de matière (14) et délimitée par une première paroi (100), la première cuve (33) étant destinée à être alimentée en digestat (12) et en mousses et/ou flottants (16) depuis le volume de matière (14) par surverse au-dessus de la première paroi (100) ;
- une deuxième cuve (34) reliée à l’atmosphère et située à l’extérieur de l’enceinte (13), comprenant : o une première zone (35) délimitée par une deuxième paroi (103) ; et o une deuxième zone (36) en communication avec le réservoir (19) ;
- un conduit (37) reliant la première cuve (33) via un premier orifice (101) à la première zone (35) de la deuxième cuve (34) via un deuxième orifice (102),
- la première zone (35) étant destinée à être alimentée en digestat (12) et en mousses et/ou flottants (16) depuis la première cuve (33) par le conduit (37) ;
la deuxième zone (36) de la deuxième cuve (34) étant destinée à être alimentée en digestat depuis la première zone (35) de la deuxième cuve (34) par surverse au- dessus de la deuxième paroi (103) ; le deuxième orifice (102) étant situé à une altitude supérieure ou égale à celle du premier orifice (101) ; l’extrémité supérieure de la première paroi (100) étant située à une première hauteur (h1) au-dessus d’un point de référence du premier orifice (101) et l’extrémité supérieure de la deuxième paroi (103) étant située à une deuxième hauteur (h2) au- dessus du point de référence du premier orifice (101) et l’extrémité supérieure de la deuxième paroi (103) étant à une altitude inférieure de celle de l’extrémité supérieure de la première paroi (100) ; la première hauteur (h1) et la deuxième hauteur (h2) étant prédéfinies de sorte qu’un premier mélange de proportions variables de digestat et mousses et/ou flottants dans la première cuve (33) ayant une première densité moyenne (d1) soit transféré par gravité dans la première zone (35) contenant un deuxième mélange de proportions variables de digestat et mousses et/ou flottants de deuxième densité (d2), le transfert s’opérant tant que le produit de la première densité moyenne (d1) par la première hauteur (h1) est supérieur au produit de la deuxième densité moyenne (d2) par la deuxième hauteur (h2) par la première hauteur (h1).
2. Digesteur (200, 210, 220, 230, 240) selon la revendication 1 , comprenant en outre un dispositif de mélange (20) du volume de matière (14) disposé dans le premier volume (14), le dispositif de mélange (20) étant configuré pour mettre en mouvement le volume de matière (14).
3. Digesteur (200, 210, 220, 230, 240) selon la revendication 2, dans lequel le dispositif de mélange (20) comprend :
- Une ou plusieurs cheminées (23) s’étendant dans l’enceinte (13) selon un premier axe (24), préférentiellement en périphérie de l’enceinte (13), chaque cheminée (23) ayant une extrémité supérieure (61) et une extrémité inférieure (62) ;
- Un ou plusieurs premiers agitateurs (25), chacun étant préférentiellement positionné sous l’extrémité inférieure (62) d’une des cheminées (23), le ou les premiers agitateurs (25) étant configuré(s) pour mettre en mouvement le volume de matière (14) en rotation autour d’un axe central vertical (60), sensiblement parallèle au premier axe (24) et en translation selon le
premier axe (24) depuis l’extrémité supérieure (61) vers l’extrémité inférieure (62) de ladite cheminée (23).
4. Digesteur (200, 210, 220, 230, 240) selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel le dispositif de mélange (20) comprend un ou plusieurs deuxièmes agitateurs (27), chacun étant disposé dans l’enceinte (13), préférentiellement dans le fond de l’enceinte (13), et encore préférentiellement en périphérie de l’enceinte (13), les deuxièmes agitateurs (27) étant configuré(s) pour mettre en mouvement le volume de matière (14) en rotation autour d’un axe central vertical (60), sensiblement parallèle au premier axe (24).
5. Digesteur (200, 210, 220, 230, 240) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre un dispositif d’injection (21) de digestat (12) dans le second volume (17), préférentiellement disposé au centre du toit (18), et/ou dans le volume de matière (14).
6. Digesteur (220, 240) selon la revendication 5, dans lequel le dispositif d’injection de digestat (21) comprend :
- Un premier injecteur (29) fixé au toit, préférentiellement au centre du toit, et en connexion fluidique avec le second volume (17) et configuré pour injecter du digestat (12) dans le second volume (17) ;
- Une première boucle de recirculation (30) entre le premier volume (14) et le premier injecteur (29) ;
- Une première pompe de recirculation (31) configurée pour faire recirculer du digestat (12) dans la première boucle de recirculation (30) depuis le premier volume (14) vers le premier injecteur (29).
7. Digesteur (230, 240) selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, dans lequel le dispositif d’injection de digestat (21) comprend en outre :
- Un deuxième injecteur (39, 49) fixé à une paroi latérale de l’enceinte (13) à une première hauteur (53, 54) et en connexion fluidique avec l’enceinte (13) et configuré pour injecter du digestat (12) dans l’enceinte (13) à la première hauteur (53, 54) ;
- Une deuxième boucle de recirculation (50) entre une deuxième hauteur (52) de l’enceinte (13), inférieure à la première hauteur (53, 54) et le deuxième injecteur (39, 49) ;
- Une deuxième pompe de recirculation (51) configurée pour faire recirculer du digestat (12) dans la deuxième boucle de recirculation (30) depuis la
deuxième hauteur (52) de l’enceinte (13) et vers le deuxième injecteur (39, 49).
8. Digesteur (240) selon la revendication 7, dans lequel la première boucle de recirculation (30) et la deuxième boucle de recirculation (50) sont regroupées en une seule et même boucle de recirculation, la première pompe de recirculation (31) et la deuxième pompe de recirculation (51) formant une seule et même pompe de recirculation configurée pour faire recirculer du digestat (12) vers le premier injecteur (29) et/ou vers le deuxième injecteur (39, 49).
9. Digesteur (10, 200, 210, 220, 230, 240) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le toit (18) est en métal.
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