FR3139578A1 - Amélioration d’une installation et d’un procédé de traitement séquentiel de déchets contenant des matières organiques en vue de leur valorisation biologique, Energie et Matière - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une installation et un procédé de traitement de déchets solides contenant des matières organiques fermentescibles pour produire du gaz ; l’installation comprend : - au moins un compartiment (4a-4F), comprenant un volume intérieur (Vint) adapté pour recevoir des déchets à traiter, une ouverture d’admission des déchets et une zone d’accumulation de liquide provenant de la décomposition des matières organiques, - des moyens de captage (30, 30’) d’un gaz provenant de la décomposition des déchets, et - des moyens d'injection de liquide adaptés pour amener du liquide dans le volume intérieur d’au moins un compartiment. Les moyens d'injection de liquide sont configurés pour introduire dans le compartiment, à au moins un instant prédéfini, un volume (Vl) de liquide supérieur à un volume minimal Vmin de liquide propre à saturer des couches supérieures du massif de déchets. Application à méthanisation de déchets solides. Figure de l’abrégé : Figure 1
Description
L'invention concerne une installation de traitement de déchets ainsi qu’un procédé de mise en œuvre de cette installation.
L’invention vise le traitement et la valorisation de tout déchet solide, non toxique, et contenant des matières organiques. La principale source de tels déchets est la collecte des ordures ménagères et des déchets dits déchets végétaux ou déchets verts, générés par l’agriculture ou l’entretien des espaces verts.
L’invention vise plus précisément à améliorer l’installation et le procédé de traitement objet du brevet D1 = FR3038532. L’installation décrite dans D1 est une installation de méthanisation de déchets solides permettant la production de biogaz ; ce dernier constitue une énergie renouvelable dont le potentiel énergétique est élevé puisqu’il contient une fraction substantielle de méthane et dont le bilan carbone est très favorable.
La méthanisation résulte de l'action de certains groupes de micro-organismes microbiens en interaction constituant un réseau trophique. On distingue classiquement quatre phases successives : l'hydrolyse, l'acidogenèse, l'acétogenèse et la méthanogenèse.
La matière organique complexe est tout d'abord hydrolysée en molécules simples par des micro-organismes. Ainsi, les lipides, polysaccharides, protéines et acides nucléiques deviennent des monosaccharides, acides aminés, acides gras et bases azotées. Cette décomposition est réalisée par des enzymes exocellulaires. Dans un procédé de méthanisation, la phase d’hydrolyse peut devenir la phase limitante parce que « trop lente » dans le cas de composés difficilement ou lentement hydrolysables tels que la lignine, la cellulose, l'amidon ou les graisses. Dans le cas d'un mélange de déchets solides, l'hydrolyse a lieu à des vitesses différentes selon la bioaccessibilité des composants de la matière organique traitée, alors qu'elle a lieu à une vitesse bien plus rapide et bien plus homogène dans les milieux homogènes et plus liquides.
Les substrats résultants de la phase d’hydrolyse sont utilisés lors de la phase d'acidogenèse par les espèces microbiennes dites acidogènes, qui vont produire des alcools et des acides organiques, ainsi que de l'hydrogène (H2) et du dioxyde de carbone (CO2). Cette phase est 30 à 40 fois plus rapide que l'hydrolyse.
La phase suivante d'acétogenèse permet la transformation des divers composés issus de la phase d’acidogénèse en précurseurs directs du méthane : l’acétate, le dioxyde de carbone et l’hydrogène. On distingue deux groupes de bactéries acétogènes :
- Les bactéries productrices obligées d’hydrogène, anaérobies strictes, également appelées OHPA (« Obligate Hydrogen Producing Acetogens »). Elles sont capables de produire de l’acétate et de l’H2 à partir des métabolites réduits issus de l’acidogenèse tels que le propionate et le butyrate. L’accumulation d’hydrogène conduit à l’arrêt de l’acétogenèse par les bactéries OHPA. Ceci implique la nécessité d’une élimination constante de l’hydrogène produit. Cette élimination peut être réalisée grâce à l’association syntrophique de ces bactéries avec des micro-organismes hydrogénophiles.
- Les bactéries acétogènes non syntrophes dont le métabolisme est majoritairement orienté vers la production d’acétate. Elles se développent dans les milieux riches en dioxyde de carbone. Les bactéries « homoacétogènes » font partie de ce groupe, elles utilisent l’hydrogène et le dioxyde de carbone pour produire de l'acétate. Elles ne semblent pas entrer en compétition pour l’hydrogène avec les Archaea méthanogènes hydrogénophiles et sont présentes en quantité beaucoup plus faible dans les biotopes anaérobies.
- Les bactéries productrices obligées d’hydrogène, anaérobies strictes, également appelées OHPA (« Obligate Hydrogen Producing Acetogens »). Elles sont capables de produire de l’acétate et de l’H2 à partir des métabolites réduits issus de l’acidogenèse tels que le propionate et le butyrate. L’accumulation d’hydrogène conduit à l’arrêt de l’acétogenèse par les bactéries OHPA. Ceci implique la nécessité d’une élimination constante de l’hydrogène produit. Cette élimination peut être réalisée grâce à l’association syntrophique de ces bactéries avec des micro-organismes hydrogénophiles.
- Les bactéries acétogènes non syntrophes dont le métabolisme est majoritairement orienté vers la production d’acétate. Elles se développent dans les milieux riches en dioxyde de carbone. Les bactéries « homoacétogènes » font partie de ce groupe, elles utilisent l’hydrogène et le dioxyde de carbone pour produire de l'acétate. Elles ne semblent pas entrer en compétition pour l’hydrogène avec les Archaea méthanogènes hydrogénophiles et sont présentes en quantité beaucoup plus faible dans les biotopes anaérobies.
Enfin, la phase de méthanogenèse est assurée par des micro-organismes anaérobies stricts qui appartiennent au domaine des Archaea. Cette dernière étape aboutit à la production de méthane. Elle est réalisée par deux voies possibles : l'une à partir de l'hydrogène et du dioxyde de carbone par les espèces dites hydrogénotrophes, et l'autre à partir de l'acétate par les espèces acétophiles (dites aussi acétoclastes). Leur taux de croissance est plus faible que celui des bactéries acidogènes.
CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O
CH3COOH → CH4 + CO2.
CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O
CH3COOH → CH4 + CO2.
La présente invention vise à améliorer l’installation et le procédé de D1 en optimisant le rendement de la production de biogaz, et plus particulièrement en optimisant la réalisation d’au moins une des phases du procédé de méthanisation.
L'invention propose une installation de traitement de déchets solides contenant des matières organiques fermentescibles pour produire du gaz et récupérer le gaz produit, installation comprenant :
- au moins un compartiment , chaque compartiment comprenant des parois périphériques et un fond définissant ensemble un volume intérieur (Vint) adapté pour recevoir des déchets à traiter, une ouverture d’admission des déchets et une zone d’accumulation de liquide provenant au moins en partie de la décomposition des matières organiques,
- au moins une couverture adaptée à recouvrir et fermer au moins un compartiment de manière étanche aux gaz et aux liquides,
- des moyens de captage d’un gaz provenant au moins en partie de la décomposition des déchets, et
- des moyens d'injection de liquide adaptés pour amener du liquide dans le volume intérieur d’au moins un compartiment.
- au moins un compartiment , chaque compartiment comprenant des parois périphériques et un fond définissant ensemble un volume intérieur (Vint) adapté pour recevoir des déchets à traiter, une ouverture d’admission des déchets et une zone d’accumulation de liquide provenant au moins en partie de la décomposition des matières organiques,
- au moins une couverture adaptée à recouvrir et fermer au moins un compartiment de manière étanche aux gaz et aux liquides,
- des moyens de captage d’un gaz provenant au moins en partie de la décomposition des déchets, et
- des moyens d'injection de liquide adaptés pour amener du liquide dans le volume intérieur d’au moins un compartiment.
L’installation selon l’invention est caractérisée en ce que les moyens d'injection de liquide sont configurés pour introduire dans le volume intérieur d’un compartiment bioréacteur actif contentant un massif de déchets à traiter, à au moins un instant prédéfini, un volume Vl de liquide supérieur à un volume minimal Vmin de liquide propre à saturer des couches supérieures du massif de déchets.
L’invention propose également un procédé de mise en œuvre de l’installation décrite ci-dessus, procédé comprenant, pour un compartiment bioréacteur actif :
- une étape de remplissage du volume intérieur du compartiment bioréacteur actif avec les déchets à traiter de façon à former un massif de déchets,
- une étape de couverture consistant à disposer une couverture (20) étanche aux gaz et aux liquides au dessus du massif de déchets de manière à rendre sensiblement étanche le compartiment bioréacteur actif,
- une étape de digestion anaérobie au moins partielle des matières organiques fermentescibles des déchets de manière à produire un gaz et un liquide, le gaz étant capté et le liquide étant accumulé dans la zone d’accumulation, et
- une étape d’injection de liquide dans le compartiment bioréacteur actif.
- une étape de remplissage du volume intérieur du compartiment bioréacteur actif avec les déchets à traiter de façon à former un massif de déchets,
- une étape de couverture consistant à disposer une couverture (20) étanche aux gaz et aux liquides au dessus du massif de déchets de manière à rendre sensiblement étanche le compartiment bioréacteur actif,
- une étape de digestion anaérobie au moins partielle des matières organiques fermentescibles des déchets de manière à produire un gaz et un liquide, le gaz étant capté et le liquide étant accumulé dans la zone d’accumulation, et
- une étape d’injection de liquide dans le compartiment bioréacteur actif.
Le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que l’étape d’injection de liquide consiste à introduire un volume Vl de liquide supérieur à un volume minimal Vmin de liquide propre à saturer des couches supérieures du massif de déchets.
L’invention propose ainsi d’utiliser des moyens d’injection de liquide adaptés pour introduire dans le massif de déchets de grandes quantités de liquide, suffisantes pour saturer en liquide les couches supérieures du massif de déchets. La saturation en liquide des couches supérieures permet une répartition optimisée du liquide sur toute la surface des couches supérieures puis une humidification homogène du massif de déchets lorsque le liquide descend par gravité dans le massif. La saturation en liquide des couches supérieures évite également la formation dans le massif de chemins d’écoulement de liquide entraînant trop rapidement le liquide par gravité vers le fond du compartiment et empêchant la diffusion du liquide sur toute la surface des couches supérieures du massif. La saturation en liquide permet ainsi d’obtenir un taux d’humidité homogène dans les couches supérieures et plus généralement dans toutes les couches du massif, entraînant un avancement de la méthanisation aussi homogène que possible sur l’ensemble du massif. De plus, lorsqu’elle est réalisée en début de méthanisation, l’injection à saturation accélère la phase d’hydrolyse qui a lieu à des vitesses globalement plus homogènes bien que différentes selon la bioaccessibilité des composants de la matière organique solide traitée.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit d'exemples de mises en œuvre de l'invention. Ces exemples sont donnés à titre non limitatif. La description est à lire en relation avec les dessins annexés dans lesquels :
- la est une vue en perspective illustrant une installation selon l'invention,
- la est une vue de dessus de l’installation de la ,
- la est une vue en perspective d’un compartiment de l’installation des figures 1 et 2 illustrant les moyens de captage de gaz,
- la est une vue en perspective d’un compartiment de l’installation des figures 1 et 2 illustrant les moyens de captage de gaz équipant le dit compartiment,
- la est une vue en perspective d’un compartiment de l’installation des figures 1 et 2 illustrant les moyens de circulation de liquide équipant le dit compartiment,
- la est une vue en coupe du compartiment des figures 3 et 4, selon la ligne V-V représentée ,
- la est une vue en perspective du compartiment de la , selon un angle différent des figures 3 et 4, avec arrachements selon la ligne V-V,
- la est une représentation schématique de la circulation des flux de liquides dans une installation selon l’invention.
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Les dimensions et plus largement toutes les valeurs numériques dans la description sont pour la plupart des ordres de grandeurs donnés à titre purement indicatif ; elles ne sont pas limitatives de la portée de l’invention et sont naturellement à adapter selon les modes de réalisations et les applications envisagées.
Les figures 1 à 6 reprennent les figures 1 à 6 du brevet D1, complétées par les éléments spécifiques à la présente invention. Les références numériques suivantes sont utilisées sur les dessins :
1 Espace fonctionnel commun
4A-4F compartiments :
2 Embase
1A-1F Parois de 1
3A-3F Parois radiales
10 Fond d’un compartiment
11 Partie extérieure du fond
Z Zone accumulation
12 Paroi d'enceinte
14 Piste périphérique
14' Piste périphérique
15 Rampe oblique
16 Remblai
17 Sol
20 Couverture
moyens de captage :
30, 30' Ensembles de captage
31, 31’ Tube principal
32, 32’ Tubes secondaires
33 Collecteur
34 Pompe de captage
moyens d’injection de liquide :
40, 40' Ensembles d’injection
41 Tube principal
42 Tubes secondaires
44 pompe d’injection
70 moyens de distribution de liquide :
moyens d’extraction de liquide :
43 Organe de pompage
43', 43" Extrémités de 43
46 Pompe d’extraction
45 purge
zones de stockage
47₁, 47₂ zones tampon
47₃, 47₄ zones de stockage
48 moyen de mélange
Vint volume intérieur d’un compartiment
Vl volume de liquide injecté
Vlmin valeur minimale de Vl
Ti temps d’injection
Timax valeur maximale du temps d’injection
1 Espace fonctionnel commun
4A-4F compartiments :
2 Embase
1A-1F Parois de 1
3A-3F Parois radiales
10 Fond d’un compartiment
11 Partie extérieure du fond
Z Zone accumulation
12 Paroi d'enceinte
14 Piste périphérique
14' Piste périphérique
15 Rampe oblique
16 Remblai
17 Sol
20 Couverture
moyens de captage :
30, 30' Ensembles de captage
31, 31’ Tube principal
32, 32’ Tubes secondaires
33 Collecteur
34 Pompe de captage
moyens d’injection de liquide :
40, 40' Ensembles d’injection
41 Tube principal
42 Tubes secondaires
44 pompe d’injection
70 moyens de distribution de liquide :
moyens d’extraction de liquide :
43 Organe de pompage
43', 43" Extrémités de 43
46 Pompe d’extraction
45 purge
zones de stockage
47₁, 47₂ zones tampon
47₃, 47₄ zones de stockage
48 moyen de mélange
Vint volume intérieur d’un compartiment
Vl volume de liquide injecté
Vlmin valeur minimale de Vl
Ti temps d’injection
Timax valeur maximale du temps d’injection
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
Comme dit précédemment, l’installation et le procédé selon l’invention visent à traiter des déchets solides contenant des matières organiques fermentescibles. Les déchets solides sont par exemple des déchets ménagers, des sous-produits agricoles, des déchets des industries chimiques ou agroalimentaires.
Une installation selon l’invention comprend essentiellement au moins un compartiment, au moins une couverture, des moyens de captage de gaz et des moyens d’injection de liquide.
Dans une version perfectionnée telle que représentée sur les figures, l’installation selon l’invention comprend essentiellement un espace fonctionnel commun 1, placé de façon centrale, et plusieurs compartiments s'étendant radialement à partir de cet espace fonctionnel commun. De façon plus précise, l'espace fonctionnel commun 1 est creux et présente une forme polygonale, vue de dessus. Il repose sur une embase 2, également polygonale qui présente des dimensions radiales plus importantes que celles de cet espace. Le nombre de côtés de l'espace fonctionnel correspond au nombre de compartiments, dont est pourvue l'installation. Chaque paroi périphérique 1A à 1F de l'espace fonctionnel, correspondant à un côté de ce dernier, forme une première paroi latérale d'un compartiment respectif. A partir de chaque angle de l'espace fonctionnel, à savoir chaque intersection entre deux côtés consécutifs, une paroi radiale respective 3A à 3F s'étend vers l'extérieur. Deux parois radiales consécutives 3A et 3B, 3B et 3C, ..., 3F et 3A, forment deux autres parois latérales d'un compartiment respectif. Outre des parois latérales, un compartiment comprend un fond 10 ; le fond 10 et les parois d’un compartiment délimitent ensemble d’une part un volume intérieur Vint adapté pour recevoir les déchets à traiter et d’autre part une zone Z dans laquelle le liquide s’accumule par gravité.
Dans sa version la plus simple, une installation selon l’invention comprend un unique compartiment. Dans l'exemple illustré, l'installation conforme à l'invention comprend six compartiments de réception et de traitement des déchets, qui sont affectés des références 4A à 4F. Cependant, on peut prévoir un nombre différent de compartiments, notamment compris entre 4 et 6. Une installation comprenant plusieurs compartiments est plus efficiente. En effet, les compartiments sont utilisés et travaillent décalés dans le temps l’un par rapport à l’autre. Ainsi, dès qu’un compartiment est plein, il est possible de remplir un second compartiment au fur et à mesure de la collecte des déchets, sans attendre que le précédent compartiment ait été vidé après digestion. Également, cela permet d’injecter dans un compartiment du liquide extrait d’un autre compartiment : d’une part cela limite le temps de stockage d’un liquide et d’autre part cela permet de disposer d’une grande quantité de liquide et / ou d’une quantité de liquide ayant des propriétés biochimiques et / ou bactériennes appropriées aux besoin d’un compartiment à arroser.
La couverture 20 est adaptée pour recouvrir sélectivement le volume intérieur de l'un ou l'autre des compartiments ci-dessus de manière étanche aux gaz et aux liquides, en fonction de l'avancement du procédé de traitement des déchets. Une couverture est représentée à titre d’exemple sur le compartiment 4E (plein et couvert) des figures 1 et 2. Le nombre de couvertures 20 (au moins une) de l’installation dépend du nombre de compartiments. Des détails sur le choix du nombre de compartiments, sur la réalisation concrète et les dimensions des compartiments, sur le nombre de couvertures 20, sur la réalisation concrète et la fixation d’une couverture 20 peuvent être trouvés dans le document D1, page 10 ligne 4 à page 14, ligne 14.
Les moyens de captage équipant l'installation conforme à l'invention permettent d'extraire, hors de chaque compartiment, le gaz libéré par les déchets durant leur traitement. Ces moyens de captage sont plus particulièrement visibles sur les figures 5 et 6, ainsi que sur la où les moyens d’injection de liquide ne sont en revanche pas représentés, dans un but de clarté.
Les moyens de captage comprennent un collecteur 33, une pompe de captage 34 et, dans chaque compartiment, au moins un ensemble tubulaire 30, 30’ de captage.
Un ensemble 30, 30’ de captage comprend un tube principal 31 s'étendant radialement ainsi que des tubes secondaires 32. Ces derniers s'étendent dans le plan horizontal de façon oblique, de part et d'autre du tube principal 31 précité. De façon avantageuse, on retrouve au moins deux ensembles tubulaires 30, 30’ analogues (cf ), disposés l'un au-dessus de l'autre à l'intérieur d’un compartiment. Les différents ensembles tubulaires, mis en place dans les compartiments de l'installation, débouchent radialement vers l'intérieur dans le collecteur commun 33, prévu dans l'espace commun central (voir notamment figures 5 et 6). Ce collecteur 33, qui permet de centraliser les flux de gaz, est associé à la pompe 34, par exemple de type centrifuge. De façon avantageuse, le collecteur 33 s'étend hors de l'espace commun central 1 et débouche dans un dispositif de production d'énergie non représenté, par exemple du type moteur (ou turbine) fonctionnant au gaz, entraînant une génératrice électrique et fonctionnant avantageusement en cycle combiné. Des détails sur la réalisation concrète des moyens de captage peuvent être trouvés dans le document D1, page 10 ligne 4 à page 14, ligne 14. De façon avantageuse encore, les moyens de captage sont équipés par des moyens non représentés de mesure de paramètres physico-chimiques des flux de gaz collectés dans chaque compartiment. Peuvent notamment être déterminés, pour chaque compartiment, le volume de gaz capté et / ou le débit de gaz capté, ainsi que la composition du gaz capté, notamment la proportion de méthane (CH4) et / ou la proportion de dihydrogène (H2) dans le gaz capté. Ces paramètres sont représentatifs de l’avancement de la digestion des déchets ; ils permettent d’identifier les phases de la méthanisation dans un compartiment bioréacteur actif.
Selon un mode de réalisation, un pression légèrement inférieure à la pression dans le compartiment est maintenue à l’intérieur du ou des ensembles tubulaires 30, 30’, de sorte que les gaz produits sont aspirés par les moyens de captage. Ce mode de réalisation présente aussi l’avantage de limiter les risques d’entrée d’air dans le compartiment pendant la méthanisation.
Dans l’exemple représenté, les moyens d’injection de liquide comprennent notamment un organe d’injection telle qu’une pompe d’injection 44 et, pour chaque compartiment, un ensemble tubulaire d’injection 40 formé par un tube principal 41, s'étendant radialement, ainsi que par des tubes secondaires 42 s'étendant transversalement, de part et d'autre de ce tube principal 41, une extrémité 41’ de ce tube principale étant reliée à une sortie de la pompe d’injection 44. De façon avantageuse, dans un compartiment, on retrouve un unique ensemble tubulaire 40 d’injection, placé au-dessus des ensembles tubulaires 30, 30’ de captage. Cet ensemble tubulaire d’injection 40 est plus particulièrement visible sur les figures 5 et 6, ainsi que sur la où les moyens de captage du gaz ne sont en revanche pas représentés, dans un but de clarté. Des détails sur la réalisation concrète des moyens de captage peuvent être trouvés dans le document D1, page 10 ligne 4 à page 14, ligne 14. La pompe 44 est agencée pour alimenter en liquide alternativement l’ensemble d’injection 40 de l’un ou l’autre des compartiments.
Selon l’invention, l’installation comprend des moyens d’injection de liquide configurés pour introduire dans le volume intérieur d’un compartiment bioréacteur actif contenant un massif de déchets à traiter, à au moins un instant prédéfini, un volume Vl de liquide supérieur à un volume minimal Vlmin de liquide propre à saturer en liquide des couches supérieures du massif de déchets.
En saturant en liquide les couches supérieures, on s’assure d’une percolation des liquides la plus homogène possible à travers l’ensemble du massif de déchets, permettant ainsi une méthanisation efficiente.
A cet effet, dans un mode de mise en œuvre, le volume Vlmin est déterminé par Vmin = S*H*M où
- S et H sont respectivement une surface et une hauteur du massif de déchets et
- M est un indice de macroporosité du massif de déchets.
S et H sont liés à la structure du compartiment, et au volume de déchets dans le compartiment. M est défini comme le rapport entre le volume des vides dans le massif de déchets et le volume total du massif de déchets, exprimé en pourcentage. M est corrélé à la granulométrie des matières organiques constituant le massif de déchets et est habituellement compris entre 20% et 60% respectivement pour une granulométrie fine et une granulométrie grossière. M est par exemple déterminé à partir d’une mesure de la granulométrie des déchets du massif de déchets et d’une table de correspondance ou d’un abaque.
- S et H sont respectivement une surface et une hauteur du massif de déchets et
- M est un indice de macroporosité du massif de déchets.
S et H sont liés à la structure du compartiment, et au volume de déchets dans le compartiment. M est défini comme le rapport entre le volume des vides dans le massif de déchets et le volume total du massif de déchets, exprimé en pourcentage. M est corrélé à la granulométrie des matières organiques constituant le massif de déchets et est habituellement compris entre 20% et 60% respectivement pour une granulométrie fine et une granulométrie grossière. M est par exemple déterminé à partir d’une mesure de la granulométrie des déchets du massif de déchets et d’une table de correspondance ou d’un abaque.
Dans un exemple pratique, la section du tube principal 41 d’un ensemble d’injection, et le débit maximal de la pompe 44 sont choisis de sorte à pouvoir injecter dans le compartiment un grand volume de liquide, et plus précisément un volume de liquide supérieur à Vmin. A titre d’ordre de grandeur, pour un compartiment de section de l’ordre de 130 m² à modifier et une hauteur de l’ordre de 6 m, Vlmin est de l’ordre de 160 m3.
De préférence, le volume de liquide injecté Vl est injecté en un temps d’injection Ti inférieur à un temps maximal d’injection Timax déterminé par : Timax = [Vl /(S*C)] * N où :
- S est la surface du massif de déchets,
- le paramètre C est un indice de conductivité hydraulique du massif de déchets, et
- N est un paramètre représentatif d’une efficacité attendue d’une percolation du liquide injecté dans le massif de déchets, N étant supérieur à 1, de préférence supérieur à 5 et idéalement supérieur à 10.
- S est la surface du massif de déchets,
- le paramètre C est un indice de conductivité hydraulique du massif de déchets, et
- N est un paramètre représentatif d’une efficacité attendue d’une percolation du liquide injecté dans le massif de déchets, N étant supérieur à 1, de préférence supérieur à 5 et idéalement supérieur à 10.
Dans un mode de réalisation pratique, la section du tube 41 et la pompe 44 sont choisis pour pouvoir injecter dans le massif de déchets un volume de liquide supérieur à Vlmin en un temps Ti d'injection de liquide inférieur au temps maximal Timax.
C est par exemple déterminé selon la loi de Darcy, loi physique qui exprime le débit d'un fluide incompressible filtrant au travers d'un milieu poreux. La circulation du fluide entre deux points est déterminée par la conductivité hydraulique ou le coefficient de perméabilité du substrat et par le gradient de pression du fluide. Le paramètre C est habituellement exprimé en m3/h et varie de 0,1 à 2 selon la nature du massif de déchets (types d’intrants, granulométrie, compactage, etc.).
N est un paramètre représentatif des conditions d’une percolation efficace du liquide injecté dans le massif de déchets ; N est supérieur à 1 ; N est de préférence choisi supérieur à 5 pour une efficacité moyenne et N est idéalement choisi supérieur à 10 pour obtenir une accumulation très rapide de liquide dans le massif. Le paramètre N est choisi par l’opérateur de l’installation, notamment en fonction des déchets à traiter, de la durée souhaitée du traitement des déchets et de la capacité d’injection des moyens d’injection de liquide installés.A titre d’ordre de grandeur, pour un compartiment de section S de l’ordre de 130 m² et une hauteur de l’ordre de 6 m de déchets présentant un indice C de conductivité hydraulique égal à 0,3, le temps maximal d’injection du volume Vlmin (calculé au paragraphe précédent) est de 240 minutes, 48 minutes ou 24 minutes respectivement pour un facteur N égal à 1, 5 ou 10.
En complément, l’installation comprend des moyens de distribution 70 de liquide comprenant des zones de stockage 47 de liquide et un moyen de mélange 48 agencé pour fournir aux moyens d’injection un mélange liquide comprenant du liquide provenant d’au moins une zone de stockage.
Avantageusement, dans le mélange liquide, une proportion de liquide provenant de chaque zone de stockage (47₁, 47₂, 47₃, 47₄) peut être fonction de paramètres du gaz précédemment capté dans le compartiment bioréacteur actif et représentatifs d’un avancement du traitement dans le compartiment bioréacteur actif et / ou en fonction de paramètres du liquide précédemment extrait du compartiment bioréacteur actif et représentatifs d’un état biochimique moyen du massif de déchets contenu dans le compartiment bioréacteur actif.
Le liquide ainsi injecté dans le compartiment bioréacteur actif est adapté au mieux à l’avancement de la méthanisation en cours et / ou améliore l’état biochimique moyen du massif de déchets pour une méthanisation efficiente.
Les moyens de distribution 70 comprennent également des moyens d’extraction de liquide 43, 46 agencés pour extraire du liquide dans la zone d’accumulation Z d’au moins un compartiment et pour amener le liquide extrait dans une zone de stockage tampon des moyens de distribution.
Les moyens d’extraction permettent ainsi de transférer tout ou partie du liquide produit dans un compartiment lors de la digestion des matières organiques des déchets, depuis le fond du compartiment où ce liquide s'accumule par gravité, vers une zone de stockage.
Les moyens d’extraction comprennent dans l’exemple représenté une pompe d’extraction 46 et, pour chaque compartiment, un organe de pompage 43.
L’organe de pompage 43 a dans l’exemple représenté une forme tubulaire et s’étend sur sensiblement toute la hauteur de l'espace commun 1. Une première extrémité 43' de l'organe de pompage débouche au voisinage du fond du compartiment dans la zone d’accumulation, en traversant le bas de la paroi de séparation 1A, et une deuxième extrémité 43’’ de l’organe de pompage est reliée à une entrée de la pompe d’extraction 46. Les moyens d’extraction peuvent également comprendre des tubes de drainage (non représentés installés au fond du compartiment dans la zone d’accumulation et reliés à la première extrémité 43’ de l’organe de pompage.
L'organe de pompage 43 est avantageusement équipé de moyens non représentés de mesure d'au moins un paramètre du liquide présent dans chaque compartiment. Les paramètres de liquide susceptibles d’être mesurés ou déterminés sont notamment le volume de liquide écoulé dans la zone d’accumulation, la composition du liquide, le taux de matières organiques en suspension dans le liquide, le pH du liquide, etc. Ces paramètres donnent des informations de l’état biochimique moyen du massif de déchets à l’instant de la mesure.
A titre d’exemple, l’organe de pompage 43 représenté sur les figures est positionné verticalement et est équipé d’une jauge adaptée pour mesurer une hauteur de liquide dans un tube. En dehors des phases d’extraction de liquide, le liquide dans l’organe 43 de pompage est à la même altitude que le liquide dans la zone d’accumulation associée. La zone d’accumulation Z présentant une géométrie parfaitement définie, la hauteur de liquide dans l’organe de pompage tubulaire permet de déterminer le volume de liquide présent dans la zone d’accumulation et d’en déduire le taux d’humidité à l’intérieur du compartiment. On peut par exemple prévoir de placer, dans l’organe de pompage 43 ou dans la zone d’accumulation à l’intérieur du compartiment un capteur de niveau haut et un capteur de niveau bas, pour maintenir constamment le volume liquide accumulé dans une plage donnée, correspondant à une plage de taux d'humidité visée dans le compartiment.
A titre d’exemple encore, on peut prévoir de placer, dans l’organe de pompage 43 ou dans la zone d’accumulation ou au niveau de la pompe 46, un dispositif de prélèvement d’un échantillon de liquide et prévoir un dispositif d’analyse par spectroscopie de la composition de l’échantillon de liquide.
La pompe 46 d’extraction est adaptée pour extraire du liquide dans la zone d’accumulation Z d’un compartiment et amener le liquide extrait vers une zone tampon. Dans l’exemple représenté, une seule pompe 46 est utilisée pour extraire le liquide de tous les compartiments, de manière séquentielle. Alternativement, on peut prévoir une pompe par compartiment.
Selon un mode de réalisation (représenté , 6), les moyens de stockage comprennent une unique zone de stockage tampon et le liquide extrait de l’ensemble des compartiments est stocké dans la dite zone tampon.
En variante ( ), les moyens de distribution comprennent au moins deux zones de stockage tampon (47₁, 47₂) et les moyens d’extraction sont agencés pour amener du liquide extrait d’un compartiment vers l’une ou l’autre des zones de stockage tampon en fonction d’au moins un paramètre biochimique du liquide extrait. Le pH du liquide est un paramètre susceptible d’être prise en compte pour le choix de la zone de stockage.
La ou les zones tampons permettent de stocker temporairement le liquide extrait d’un compartiment ou de plusieurs compartiments, de sorte à disposer d’une quantité de liquide disponible au moment où une injection de liquide est envisagée pour piloter l’installation, comme on le verra mieux plus loin. La durée d’un cycle de méthanisation étant de l’ordre de plusieurs semaines, le stockage du liquide extrait peut durer quelques jours à quelques semaines, en fonction des besoins en liquide dans les compartiments. La ou les zones de stockage tampon (47₁, 47₂) sont par exemple des silos en béton ou des cuves en inox de grande capacité, de l’ordre de plusieurs dizaines de mètres-cube, par exemple entre 10 et 100 m³.
La ou les zones tampon (47₁, 47₂) permettent également de mutualiser les liquides extraits de plusieurs compartiments, lorsque l’installation en comporte plusieurs, de sorte à disposer par avance d’une quantité de liquide la plus importante possible en vue de réaliser dans un compartiment une injection importante de liquide propre à saturer des couches supérieures du massif de déchets présent dans le comportement. Enfin, la présence de plusieurs zones tampon permet de stocker des liquides extraits ayant des paramètres physico-chimiques ou bactériologiques différents, qui pourront être injectés ultérieurement dans un compartiment au moment opportun selon la phase de digestion en cours, en fonction de leurs paramètres physico-chimiques ou bactériologiques.
Par exemple, les liquides extraits d’un compartiment en phase d’hydrolyse ou d’acidocégène ayant un pH de l’ordre de 5 à 7 peuvent être stockés dans une première zone tampon 47₁ , et les liquides extraits d’un compartiment en phase de méthanogenèse ayant un pH supérieur à 7 peuvent être stockés dans une deuxième zone tampon 47₂. Ils pourront ainsi être utilisés ultérieurement dans un compartiment, en fonction de leur pH, pour rétablir l’équilibre biochimique d’un compartiment selon ses besoins spécifiques pour favoriser la phase de méthanisation concernée.
Les moyens de collecte peuvent également comprendre au moins un organe de purge 45 au niveau de la pompe 46 ou un organe de purge par compartiment. L’organe de purge 45 permet d'éliminer une partie du liquide d’un compartiment. En particulier, on peut purger du liquide si globalement la quantité de liquide dans la zone d’accumulation est trop importante et ne peut être stockée en totalité, ou pour protéger la pompe en cas de viscosité excessive des liquides extraits d’un compartiment.
On peut également purger une partie du liquide si les paramètres de ce dernier ne peuvent pas facilement être corrigés comme on le verra mieux plus loin. L’organe de purge est de préférence utilisé lorsque qu’il n’est pas approprié de stocker le liquide dans une zone tampon, par exemple lorsque les paramètres du liquide ne sont pas appropriés ou lorsque la ou les zones tampon sont remplies.
Dans l’installation selon l’invention, les moyens de stockage peuvent également comprendre au moins une zone de stockage d’un adjuvant liquide (47₃, 47₄).
Un premier type d’adjuvant liquide est par exemple un liquide contenant des inoculums, constitué typiquement de colonies bactériennes préalablement sélectionnées ; les inoculums permettent d’ensemencer rapidement le massif de déchets pour favoriser ou accélérer la réalisation de l’une des phases (hydrolyse, acidogenèse, acétogenèse, méthanogenèse) de l’étape de digestion anaérobie ou la transition entre deux phases de la digestion anaérobie. Par exemple, dans une zone de stockage 47₃ est stocké un adjuvant liquide contenant des bactéries favorisant l’hydrolyse des matières organiques. En général, le liquide est très concentré en inoculum de sorte qu’une petite quantité de liquide est suffisante pour l’installation ; la zone de stockage 47₃ de liquide contenant des inoculums peut ainsi être constituée par exemple de bonbonnes susceptibles de contenir quelques litres ou dizaines de litres de liquides et agencées pour être vidables dans le réseau de réinjection des liquides d’un compartiment donné de façon régulière et contrôlée, par exemple par effet Venturi.
Un deuxième type d’adjuvant liquide est par exemple un liquide contenant des matières organiques en suspension (appelées « la charge organique » du liquide) susceptibles d’être méthanisées. De manière typique, les adjuvants liquides contiennent une charge organique variant entre 5 % et 20 % en volume, charge organique qui se présente sous forme de particules d’une taille variant entre 0 mm (correspondant à des particules dissoutes de taille non mesurable car trop faible) et 13 mm (pour la plus grande dimension de particules tridimensionnelles). Les adjuvants liquides sont par exemple des déchets liquides (encore appelés « digestats liquides ») issus d’autres installation ou des biodéchets alimentaires, collectés sous forme de « soupe »et qui peuvent être stockés temporairement par exemple dans la zone de stockage 47₄ de l’installation. Les adjuvants liquides, facilement hydrolysables, sont par exemple utilisés pour déclencher la phase d’hydrolyse de la méthanisation, comme on le verra mieux plus loin. Dans un mode préféré de réalisation, les déchets liquides sont injectés dans un compartiment dès leur arrivée vers l’installation ou à brève échéance de sorte que la zone de stockage 47₄ peut être par exemple un camion citerne ou des conteneurs dédiés aux déchets liquides, immobilisés pendant un laps de temps de quelques heures à quelques jours, laps de temps nécessaire au transfert des déchets liquides dans un compartiment déterminé. Typiquement, les déchets liquides sont transférés dans un compartiment en phase d’hydrolyse, par l’intermédiaire des moyens d’injection de liquide.
Enfin, comme dit précédemment, l’installation selon l’invention comprend également, pour chaque compartiment :
- des moyens de mesure de paramètres du gaz capté dans le dit compartiment, notamment des paramètres représentatifs d’un avancement de la digestion,
- des moyens de mesure de paramètres du liquide extrait du dit compartiment et représentatifs de l’état biochimique du massif de déchets dans le dit compartiment.
Et l’installation est avantageusement complétée par des moyens de pilotage des moyens de distribution de liquide en fonction des paramètres d’avancement de la digestion et / ou des paramètres biochimiques représentatifs de l’état biochimique du massif de déchets.
- des moyens de mesure de paramètres du gaz capté dans le dit compartiment, notamment des paramètres représentatifs d’un avancement de la digestion,
- des moyens de mesure de paramètres du liquide extrait du dit compartiment et représentatifs de l’état biochimique du massif de déchets dans le dit compartiment.
Et l’installation est avantageusement complétée par des moyens de pilotage des moyens de distribution de liquide en fonction des paramètres d’avancement de la digestion et / ou des paramètres biochimiques représentatifs de l’état biochimique du massif de déchets.
La schématise les mouvements de flux de liquide possibles entre les différentes composantes d’une installation selon l’invention, les mouvements de flux de liquide étant réalisés par les moyens de distribution. Les moyens d’extraction sont pilotés pour extraire (flux 60A-60F) le liquide d’un compartiment 4A-4F au fur et à mesure de sa production, dans des quantités appropriées pour maintenir l’état biochimique du massif de déchets le plus approprié à la phase (hydrolyse, acidogenèse, acétogenèse ou méthanogenèse) de la digestion en cours. Les moyens d’extraction sont également pilotés pour stocker (flux 65₁ 65₂) le liquide extrait dans une zone de stockage 47₁, 47₂ appropriée ou pour évacuer le liquide extrait via l’organe de purge 45. Les moyens de mélange sont pilotés pour fournir (flux 50A-50F) aux moyens d’injection du liquide provenant (flux 66₁, 66₂, 66₃, 66₄) d’une ou plusieurs des zones de stockage 47₁, 47₂ de liquide extrait, éventuellement complété par un adjuvant liquide stocké dans les zones 47₃, 47₄ et / ou éventuellement complété par de l’eau, en fonction de la composition du liquide nécessaire pour optimiser l’efficience de la phase de digestion en cours ou préparer la phase de décomposition suivante.
Le procédé de mise en œuvre de l’installation selon l’invention va maintenant être décrit ci-dessous.
De manière classique, le procédé de mise en œuvre d’une installation telle que décrite ci-dessus comprend, pour un compartiment bioréacteur actif :
- une étape de remplissage du volume intérieur du compartiment bioréacteur actif avec les déchets à traiter de façon à former un massif de déchets,
- une étape de couverture consistant à disposer une couverture (20) étanche aux gaz et aux liquides au dessus du massif de déchets de manière à rendre sensiblement étanche le compartiment bioréacteur actif,
- une étape de digestion anaérobie au moins partielle des matières organiques fermentescibles des déchets de manière à produire un gaz et un liquide, le gaz étant capté et le liquide étant accumulé dans la zone d’accumulation, et
- une étape d’injection de liquide dans le compartiment bioréacteur actif.
- une étape de remplissage du volume intérieur du compartiment bioréacteur actif avec les déchets à traiter de façon à former un massif de déchets,
- une étape de couverture consistant à disposer une couverture (20) étanche aux gaz et aux liquides au dessus du massif de déchets de manière à rendre sensiblement étanche le compartiment bioréacteur actif,
- une étape de digestion anaérobie au moins partielle des matières organiques fermentescibles des déchets de manière à produire un gaz et un liquide, le gaz étant capté et le liquide étant accumulé dans la zone d’accumulation, et
- une étape d’injection de liquide dans le compartiment bioréacteur actif.
Le remplissage du compartiment se fait classiquement par tous moyens mécaniques appropriés permettant le chargement du compartiment par le haut. Le vidage du compartiment se fait par les mêmes moyens éventuellement complétés par l’emploi d’engins de chantiers munis de godets qui peuvent pénétrer dans le compartiment par la rampe prévue à cet effet. Préalablement au remplissage, les déchets peuvent être broyés et / ou mélangés de sorte à obtenir des déchets présentant une granulométrie homogène.
Le pilotage de l’installation consiste à optimiser les paramètres physico-chimiques et bactériologiques à l’intérieur d’un compartiment dans lequel l’étape de digestion anaérobie est en cours, afin que cette étape soit la plus complète et la plus rapide possible. L’étape de digestion étant réalisée par des bactéries, de surcroît des bactéries de natures différentes selon les phases successives de l’étape de digestion anaérobie, le pilotage de l’installation consiste à optimiser dans le compartiment les paramètres physico-chimiques et bactériologiques permettant un bon développement des colonies bactériennes nécessaires à la réalisation de la phase en cours de l’étape de digestion. Dans le cadre de l’invention, l’optimisation se fait notamment en optimisant l’injection de liquide dans le compartiment au fur et à mesure de l’avancement de l’étape de digestion.
Le procédé selon l’invention vise ainsi à piloter les conditions opératoires au sein du compartiment bioréacteur actif, durant la phase de digestion anaérobie, de sorte à avoir avantageusement dans le compartiment bioréacteur actif :
- une température comprise entre 25°C et 65°C, et de préférence entre 45°C et 55°C
- un taux d'humidité compris entre 20% et 80%, et de préférence entre 40% et 60%.
- un pH compris entre 5 et 9, et de préférence entre 5 et 6,5 lors des phases d’hydrolyse et d’acidogénèse, et un pH supérieur à 7 lors de la phase méthanogénèse. De façon avantageuse, l’invention met en œuvre cette étape de digestion anaérobie de façon à permettre d’exprimer au moins 70%, et de préférence au moins 90%, du potentiel méthanogène des matières organiques dégradables présentes dans les déchets. Cette étape de digestion anaérobie présente dans un compartiment une durée typiquement comprise entre 1 et 10 mois, et de préférence entre 2 et 3 mois.
- une température comprise entre 25°C et 65°C, et de préférence entre 45°C et 55°C
- un taux d'humidité compris entre 20% et 80%, et de préférence entre 40% et 60%.
- un pH compris entre 5 et 9, et de préférence entre 5 et 6,5 lors des phases d’hydrolyse et d’acidogénèse, et un pH supérieur à 7 lors de la phase méthanogénèse. De façon avantageuse, l’invention met en œuvre cette étape de digestion anaérobie de façon à permettre d’exprimer au moins 70%, et de préférence au moins 90%, du potentiel méthanogène des matières organiques dégradables présentes dans les déchets. Cette étape de digestion anaérobie présente dans un compartiment une durée typiquement comprise entre 1 et 10 mois, et de préférence entre 2 et 3 mois.
Le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre dans une installation comprenant un unique compartiment, tel qu’il va être décrit ci-dessous. Avantageusement toutefois, il est mis en œuvre dans une installation comprenant plusieurs compartiments (au moins deux) ; le cas échéant, le procédé est mis en œuvre compartiment par compartiment, à des instants décalés les uns par rapport aux autres, au fur et à mesure de la collecte des déchets et du remplissage séquentiel des compartiments. Par exemple, dans une installation à 8 compartiments bioréacteurs fonctionnant sur un cycle de traitement de 12 semaines, remplissage et vidage compris, le décalage de démarrage de traitement entre deux compartiments bioréacteurs est idéalement de 1,5 semaines.
Dans une installation à plusieurs compartiments, les liquides extraits dans un compartiment peuvent ainsi avantageusement être utilisés dans un autre compartiment, pour accélérer la cadence des injections de liquides dans l’autre compartiment aux fins d’accélérer la digestion dans le dit autre compartiment et, simultanément, aux fins de réduire le temps de stockage du liquide extrait. De plus, le stockage dans une même zone de stockage de liquides extraits de plusieurs compartiments permet de disposer d’une quantité de liquide importante pour mettre en œuvre l’étape essentielle de l’invention décrite ci-dessous.
Le procédé selon l’invention est en effet caractérisé en ce que l’étape d’injection de liquide consiste à introduire un volume Vl de liquide supérieur à un volume minimal Vmin de liquide propre à saturer des couches supérieures du massif de déchets.
L’introduction d’un volume important de liquide propre à saturer les couches supérieures du massif de déchets permet d’obtenir un taux d’humidité plus homogène sur l’ensemble du massif, facilitant la digestion plus homogène du massif de déchets.
La première étape d'injection de liquide est réalisée de préférence entre l’étape de couverture et l’étape de digestion anaérobie. L’introduction de liquide permet ainsi d’initier la phase d’hydrolyse juste après la couverture du compartiment. Et l’introduction d’une grande quantité de liquide permet d’homogénéiser la phase d’hydrolyse dans le massif, d’accélérer la phase d’hydrolyse et de raccourcir cette phase au cours de laquelle aucun gaz n’est produit.
D’autres étapes d'injection de liquide peuvent être réalisées ensuite au cours de l’étape de digestion anaérobie. Les instants de réalisation de telles étapes, ainsi que la quantité et la qualité du liquide injecté à chaque fois pourra dépendre de l’avancement de la réaction de digestion anaérobie, de paramètres physico-chimique du gaz capté et / ou de paramètres physico-chimique du liquide extrait, comme on le verra mieux plus loin.
Le liquide injecté dans le massif de déchets peut provenir d’une source externe à l’installation selon l’invention. Avantageusement, le liquide injecté provient au moins partiellement de l’installation elle-même.
A cet effet, le procédé selon l’invention peut comprendre une étape d’extraction d’au moins une partie du liquide hors de la zone d’accumulation, le liquide extrait étant amené dans une zone de stockage 47₁, 47₂. L’étape d’extraction de liquide est réalisée au cours de l’étape de digestion.
Au cours de l’étape de digestion, l’étape d’extraction du liquide peut être réalisée une ou plusieurs fois. L’étape d’extraction peut être réalisée à des intervalles de temps prédéfinis, par exemple de 1 à 40 fois par semaine, selon l’étape de traitement dans laquelle se trouve le compartiment concerné. En variante, l’étape d’extraction peut être réalisée en fonction du taux de saturation en liquide du compartiment. Le dit taux de saturation peut être par exemple déterminé indirectement par les moyens de pilotage de l’installation ou directement à partir d’une mesure d’une hauteur de liquide dans l’organe de pompage 43 comme évoqué plus haut.
En pratique, les paramètres physico-chimiques du liquide extrait, de même que la variété et la quantité des bactéries majoritaires dans le liquide extrait, évoluent au fur et à mesure de l’avancement de la réaction de digestion anaérobie, et notamment en fonction des phases de l’étape de digestion : l'hydrolyse, l'acidogenèse, l'acétogenèse et la méthanogenèse.
Pour pouvoir utiliser au mieux les propriétés du liquide collecté, au cours de l’étape de digestion anaérobie, le liquide extrait peut être amené dans une première zone de stockage 47₁ ou une deuxième zone de stockage 47₂ en fonction d’au moins un paramètre biochimique du liquide extrait.
Dans un mode de réalisation, le paramètre biochimique pris en compte est le pH du liquide extrait, le pH du liquide extrait étant par exemple mesuré dans l’organe de pompage 43 ; le liquide extrait est dans ce cas amené dans la première zone de stockage 47₁ ou dans la deuxième zone de stockage 47₂ selon qu’une valeur de pH du dit liquide extrait est inférieure ou supérieure à une valeur de pH neutre (pH 7) pour le procédé.
Pour piloter le déroulement de l’étape de digestion anaérobie, le procédé selon l’invention comprenant également, réalisées en parallèle de l’étape de digestion :
- une étape de surveillance d’au moins un paramètre du liquide accumulé et / ou d’au moins un paramètre du gaz capté dans le compartiment bioréacteur actif et,
- si au moins un paramètre atteint une valeur d’alerte prédéfinie associée au dit au moins un paramètre, une étape d’injection de liquide ou une étape d’injection de gaz dans le compartiment bioréacteur actif est réalisée.
- une étape de surveillance d’au moins un paramètre du liquide accumulé et / ou d’au moins un paramètre du gaz capté dans le compartiment bioréacteur actif et,
- si au moins un paramètre atteint une valeur d’alerte prédéfinie associée au dit au moins un paramètre, une étape d’injection de liquide ou une étape d’injection de gaz dans le compartiment bioréacteur actif est réalisée.
L’étape de surveillance consiste à acquérir des paramètres du liquide accumulé et / ou des paramètres du gaz capté dans le compartiment, et à comparer les paramètres acquis à des paramètres attendus représentatifs d’une digestion optimale ; les paramètres acquis du gaz sont comparés à des paramètres attendus relatifs à une digestion à efficience optimale, et les paramètres acquis du liquide sont comparés à des paramètres attendus représentatifs d’un état biochimique en adéquation avec la croissance et l’activité des colonies bactériennes requises pour optimiser l’efficience de la phase de l’étape de digestion en cours et / ou pour préparer par anticipation l’étape suivante.
Certains paramètres sont acquis directement par des mesures, comme par exemple le pH du liquide ou le débit du gaz. D’autres paramètres sont déterminés immédiatement à partir de mesures et de caractéristiques structurelles de l’installation. Par exemple, le volume du liquide accumulé ou le taux d’humidité dans le compartiment sont obtenus à partir d’une mesure de la hauteur du liquide dans l’organe de pompage 43 et la forme et les dimensions de la zone d’accumulation, le volume de gaz extrait est déterminé à partir du débit de gaz capté, mesuré en continu, et de la section des tubes principaux de captage 31, etc. D’autres paramètres encore nécessitent des analyses qui ne peuvent être réalisées en temps réel et qui sont réalisées à des intervalles prédéfinis, par exemple toutes les heures, tous les jours, tous les mois, etc. Le taux de matières organiques dans le liquide est par exemple déterminé par une spectrographie de masse ; la nature des colonies bactériennes présentes dans le liquide est par exemple déterminée par une mise en culture d’un échantillon de liquide dans une boîte de Pétri et une analyse.
L’étape de surveillance est réalisée idéalement tout au long de l’étape de digestion anaérobie ; certains paramètres sont mesurés ou déterminés en temps réel, d’autres à des intervalles de temps prédéfinis. Les prélèvements et analyses sont par exemple réalisés toutes les heures ou deux fois par heure. Ils peuvent être réalisés par des automates présents dans l’installation ou à proximité immédiate de l’installation.
Dans un exemple, au cours de l’étape de surveillance, une hauteur du liquide dans le compartiment bioréacteur actif est mesurée et, si la dite hauteur est inférieure à une hauteur basse d’alerte, l’étape d’injection de liquide dans le compartiment bioréacteur actif est répétée. Une hauteur de liquide inférieure à la hauteur basse d’alerte peut en effet être représentative d’un taux de saturation en liquide, dans le massif de déchets, insuffisant pour permettre le bon développement des colonies bactériennes nécessaires à la digestion.
Dans un autre exemple, au cours de l’étape de surveillance, un paramètre du gaz capté représentatif d’un avancement de l’étape de digestion anaérobie est surveillé et, lors de la répétition de l’étape d’injection de liquide, une composition du liquide injecté est ajustée en fonction de l’au moins un paramètre du gaz capté. Par exemple, à tout instant, la quantité de méthane CH4 et la quantité d’oxygène O2 présent dans le biogaz capté donne une information sur l’avancement de la réaction de l’étape de digestion anaérobie : l’absence de CH4 et / ou la présence de O2 dans le gaz capté indique une digestion au stade de l’hydrolyse, de l’acidogénèse ou de l’acétogénèse ; la présence de CH4 et / ou l’absence de O2 indique une digestion au stade de la méthanogénèse ; etc.
Les paramètres attendus pour le liquide accumulé ou le tas capté peuvent être déterminés à partir de valeurs moyennes de mesures réalisées lors de précédentes mises en œuvre du procédé, ou à partir d’abaques issus de la littérature.
En variante, le procédé selon l’invention peut avantageusement comprendre une étape d’initialisation au cours de laquelle on détermine les résultats théoriques attendus de l’étape digestion anaérobie. Les dits résultats sont par exemple obtenus par les étapes suivantes :
- les déchets sont analysés avant leur placement dans un compartiment ; l’analyse permet d’identifier les principaux composants biochimiques dans les déchets à traiter (tels que cellulose, hémicellulose, sucres, protides, lipides, etc. ), et de déterminer la masse relative de chaque composant identifié dans les déchets à traiter, puis
- pour chaque composant biochimique on détermine ses paramètres caractéristiques pour la digestion anaérobie, par exemple à partir d’abaques ; les paramètres caractéristiques comprennent notamment :
* la quantité théorique de CH4 (appelée « potentiel méthanogène », ou BMP) qu’on peut espérer obtenir lors de la digestion anaérobie du dit composant biochimique identifié ; cette quantité théorique de CH4 est usuellement exprimée en litres par kg de matière sèche
* la vitesse de dégradation en condition anaérobie (appelée facteur cinétique ou facteur k) du dit composant biochimique identifié ; cette vitesse de dégradation est usuellement exprimée en % de dégradation par jour et enfin
- on détermine, par exemple par un calcul en moyenne pondérée, les résultats attendus de l’étape de digestion anaérobie des déchets présents dans le compartiment ; les dits résultats attendus sont par exemple représentés sous forme d’une courbe théorique de dégazage, montrant le volume de CH4 produit à tout moment pendant la durée de la digestion anaérobie entre t0 (instant de déclenchement de la phase d’hydrolyse par la première injection de liquide) et t0 + D (D étant la durée prévue de la digestion anaérobie)
- les déchets sont analysés avant leur placement dans un compartiment ; l’analyse permet d’identifier les principaux composants biochimiques dans les déchets à traiter (tels que cellulose, hémicellulose, sucres, protides, lipides, etc. ), et de déterminer la masse relative de chaque composant identifié dans les déchets à traiter, puis
- pour chaque composant biochimique on détermine ses paramètres caractéristiques pour la digestion anaérobie, par exemple à partir d’abaques ; les paramètres caractéristiques comprennent notamment :
* la quantité théorique de CH4 (appelée « potentiel méthanogène », ou BMP) qu’on peut espérer obtenir lors de la digestion anaérobie du dit composant biochimique identifié ; cette quantité théorique de CH4 est usuellement exprimée en litres par kg de matière sèche
* la vitesse de dégradation en condition anaérobie (appelée facteur cinétique ou facteur k) du dit composant biochimique identifié ; cette vitesse de dégradation est usuellement exprimée en % de dégradation par jour et enfin
- on détermine, par exemple par un calcul en moyenne pondérée, les résultats attendus de l’étape de digestion anaérobie des déchets présents dans le compartiment ; les dits résultats attendus sont par exemple représentés sous forme d’une courbe théorique de dégazage, montrant le volume de CH4 produit à tout moment pendant la durée de la digestion anaérobie entre t0 (instant de déclenchement de la phase d’hydrolyse par la première injection de liquide) et t0 + D (D étant la durée prévue de la digestion anaérobie)
La courbe théorique de dégazage attendue permet de piloter de manière optimale l’étape de digestion, le pilotage consistant à amener la courbe réelle aussi proche que possible de la courbe théorique.
Le liquide introduit au cours d’une étape d’injection de liquide est de préférence du liquide extrait d’au moins un compartiment de l’installation et stocké dans la ou les zones de stockage tampon 47₁, 47₂ de l’installation. Si la quantité de liquide extrait et stocké n’est pas suffisante pour réaliser une étape d’injection de liquide à un instant donné et / ou si les paramètres physico-chimiques du liquide extrait et stocké ne sont pas en adéquation avec les paramètres physico-chimiques du liquide qui doit être injecté à un instant donné, il est possible d’injecter, en complément ou à la place du liquide extrait et stocké, un ou des adjuvants liquides qui peuvent être un liquide contenant des inoculums ciblés, ou un liquide contenant des matières organiques en suspension, comme cela a été décrit plus haut, ou encore de l’eau.
Ainsi, au cours d’une étape d'injection de liquide dans le compartiment bioréacteur actif, le liquide injecté comprend du liquide extrait d’au moins un compartiment de l’installation et / ou un adjuvant liquide. D’un point de vue pratique, dans l’installation, à partir des liquides contenus dans les moyens de stockage de l’installation, et des paramètres mesurés pour le liquide extrait ou le gaz capté, les moyens de distribution fournissent aux moyens d’injection un mélange liquide comprenant du liquide extrait d’au moins un compartiment de l’installation et / ou un adjuvant liquide, selon une composition appropriée
Également, au cours de l’étape de surveillance, un taux de di-hydrogène (H2) dans le gaz capté est mesuré et, si le dit taux de di-hydrogène est inférieur à une valeur basse d’alerte, une étape d'injection de di-hydrogène dans le compartiment est réalisée. La présence de H2 favorise le développement des bactéries hydrogénophiles au stade de la fin de l’acidogénèse et du début acétogénèse. L’ajout d’hydrogène permet de rechercher un équilibre entre les types de bactéries présentes dans le compartiment pour optimiser le passage d’une phase à l’autre.
A la fin de l’étape de digestion anaérobie, le procédé peut encore comprendre une étape d'injection d’air dans le compartiment bioréacteur actif, étape réalisée à la fin de l’étape de digestion anaérobie et déclenchant une étape de fermentation aérobie à l’intérieur du compartiment. Ainsi, à la fin de l’étape de digestion anaérobie, la digestion aérobie (ou compostage) peut être réalisée directement dans le compartiment bioréacteur actif, sans qu’il soit nécessaire de vider le compartiment et d’épandre les déchets résiduels sur une zone d’épandage annexe.
Idéalement, l’injection d’air est réalisée de manière coordonnée avec le retrait de la couverture 20 et peut être poursuivie pendant tout ou partie de l’étape de fermentation aérobie (compostage) de sorte à accélérer sa réalisation. Le retrait de la couverture peut être total ou partiel ; il peut aussi être réalisé progressivement afin de maîtriser les rejets d’effluves, et les éventuelles nuisances olfactives. L’étape de digestion aérobie présente une durée typiquement comprise entre 1 et 6 semaines , préférablement entre 2 et 3 semaines.
Avantageusement, au cours de l’étape d’injection d’air, l’air est injecté par l’intermédiaire de moyens précédemment utilisés pour l’extraction du liquide (organe de pompage 43, pompe d’extraction 46, tube de drainage) et / ou par l’intermédiaire des moyens 30, 30’ précédemment utilisés pour le captage du gaz.
Ainsi, l’injection d’air ne nécessite pas de moyens additionnels. En variante, les moyens 40, 40’ précédemment utilisés pour injecter le liquide peuvent être démontés. A la fin de l’étape de digestion aérobie, on réalise le vidage du compartiment, notamment grâce aux moyens mécaniques utilisés pour le remplissage initial du compartiment complétés par l’emploi d’engins de chantier pouvant pénétrer dans le compartiment par la rampe d’accès prévue à cet effet.
A titre d’exemple, dans une installation utilisée en continu, installation comprenant 10 compartiments remplis l’un après l’autre, en tenant compte des temps (de quelques semaine à quelques mois) nécessaires à la réalisation de chaque étape, on peut avoir :
- un compartiment en cours de remplissage,
- un compartiment en phase d’hydrolyse suivie de d’acidogénèse (pH sensiblement acide),
- un compartiment en phase d’acidogénèse (pH sensiblement neutre),
- cinq compartiments en phase méthanogénèse (pH sensiblement basique),
- un compartiment en cours de digestion aérobie, et
- un compartiment en cours de vidage qui, une fois vidé, pourra être rempli à nouveau.
- un compartiment en cours de remplissage,
- un compartiment en phase d’hydrolyse suivie de d’acidogénèse (pH sensiblement acide),
- un compartiment en phase d’acidogénèse (pH sensiblement neutre),
- cinq compartiments en phase méthanogénèse (pH sensiblement basique),
- un compartiment en cours de digestion aérobie, et
- un compartiment en cours de vidage qui, une fois vidé, pourra être rempli à nouveau.
Selon un autre aspect de l’invention, la composition du massif de déchets entreposé à l’intérieur du compartiment peut être optimisée pour optimiser la réalisation de l’étape de digestion anaérobie.
Tout d’abord, avant remplissage du compartiment, les déchets à traiter peuvent être broyés de sorte à disposer de déchets présentant une granulométrie homogène et adaptée à la durée du procédé souhaitée.
Également, pour former le massif de déchets au cours de l’étape de remplissage, sont introduits dans le compartiment des matières solides structurantes de forme allongée ayant une largeur ou un diamètre de 1 à 10 cm, une longueur égale à 5 à 10 fois la largeur ou le diamètre et toujours supérieure à 10 cm, la dite fraction de déchets structurants constituant au moins 10 % et de préférence au moins 30 % en volume du mélange de déchets.
Idéalement, pour former le massif de déchets au cours de l’étape de remplissage, sont introduites dans le compartiment une alternance de couches de matières structurantes et de couches de matières organiques méthanogènes.
Idéalement, pour former le massif de déchets au cours de l’étape de remplissage, sont introduites dans le compartiment une alternance de couches de matières structurantes et de couches de matières organiques méthanogènes.
Les matières solides structurantes, de part leur forme, leurs dimensions et leur rigidité, limitent la compacité du massif lors du remplissage du compartiment ; de plus, les matières structurantes contenant une forte proportion de composés carbonés de type ligniques ou ligno-cellulosiques, leur décomposition en condition anaérobie est limitée voire insignifiante pendant l’avancement de l’étape de digestion ce qui limite le tassement du massif de déchets pendant l’étape de digestion ; le massif conserve ainsi son caractère homogène tout au long de l’étape de digestion anaérobie ; les matières structurantes facilitent ainsi l’étape de digestion. Le mélange de matières organiques structurantes et de matières organiques méthanogènes optimise le rendement (en terme de quantité de méthane produit et de durée) de l’étape de digestion.
Claims (21)
- Installation de traitement de déchets solides contenant des matières organiques fermentescibles pour produire du gaz et récupérer le gaz produit, installation comprenant :
- au moins un compartiment (4a-4F), chaque compartiment comprenant des parois périphériques (1A-1F, 3A-3F) et un fond (10) définissant ensemble un volume intérieur (Vint) adapté pour recevoir des déchets à traiter, une ouverture d’admission des déchets et une zone d’accumulation de liquide provenant au moins en partie de la décomposition des matières organiques,
- au moins une couverture (20) adaptée à recouvrir et fermer au moins un compartiment de manière étanche aux gaz et aux liquides,
- des moyens de captage (30, 30’, 33, 34) d’un gaz provenant au moins en partie de la décomposition des déchets, et
- des moyens d'injection (40, 40’, 44) de liquide adaptés pour amener du liquide dans le volume intérieur d’au moins un compartiment,
installation caractérisée en ce que les moyens d'injection de liquide sont configurés pour introduire dans le volume intérieur d’un compartiment bioréacteur actif contentant un massif de déchets à traiter, à au moins un instant prédéfini, un volume (Vl) de liquide supérieur à un volume minimal Vmin de liquide propre à saturer des couches supérieures du massif de déchets. - Installation selon la revendication 1 dans laquelle le volume minimal Vmin est déterminé par Vmin = S*H*M où
- S et H sont respectivement une surface et une hauteur du massif de déchets et
- M est un indice de macroporosité du massif de déchets. - Installation selon l’une des revendications 1 ou 2 dans laquelle les moyens d’injection de liquide sont configurés pour injecter le volume (VI) de liquide pendant un temps d'injection (Ti) de liquide inférieur à un temps maximal d’injection (Timax) déterminé par Timax = [Vl/(S*C)]*N où :
- S est la surface du massif de déchets,
- C est un indice de conductivité hydraulique du massif de déchets, et
- N est un paramètre représentatif d’une efficacité attendue d’une percolation du liquide injecté dans le massif de déchets, N étant supérieur à 1, de préférence supérieur à 5 et idéalement supérieur à 10. - Installation selon l’une des revendications précédentes comprenant également des moyens de distribution (70) de liquide comprenant des zones de stockage (47₁, 47₂, 47₃, 47₄) de liquide et un moyen de mélange agencé pour fournir aux moyens d’injection un mélange liquide comprenant du liquide provenant d’au moins une zone de stockage.
- Installation selon la revendication précédente dans laquelle, le moyen de mélange est configuré pour fournir le mélange liquide comprenant une proportion de liquide provenant de chaque zone de stockage (47₁, 47₂, 47₃, 47₄) fonction de paramètres du gaz précédemment capté dans le compartiment bioréacteur actif et représentatifs d’un avancement du traitement dans le compartiment bioréacteur actif et / ou en fonction de paramètres du liquide précédemment extrait du compartiment bioréacteur actif et représentatifs d’un état biochimique moyen du massif de déchets contenu dans le compartiment bioréacteur actif.
- Installation selon la revendication précédente, dans laquelle les moyens de distribution (70) comprennent également des moyens d’extraction de liquide (43, 46) agencés pour extraire du liquide dans la zone d’accumulation (Z) d’au moins un compartiment et pour amener le liquide extrait dans une zone de stockage tampon des moyens de distribution.
- Installation selon la revendication précédente, dans laquelle les moyens de distribution (70) comprennent au moins deux zones de stockage tampon (47₁, 47₂) et dans laquelle les moyens d’extraction sont agencés pour amener du liquide extrait vers l’une ou l’autre des zones de stockage tampon en fonction d’au moins un paramètre biochimique du liquide extrait.
- Installation selon l’une des revendications précédentes dans laquelle des moyens de stockage comprennent également au moins une zone de stockage d’un adjuvant liquide (47₃, 47₄).
- Procédé de mise en œuvre d’une installation de traitement de déchets contenant des matières organiques fermentescibles pour produire du gaz et récupérer le gaz produit, ladite installation étant conforme à l’une des revendications précédentes et comprenant au moins un compartiment (4A-4F), le ou chaque compartiment comprenant des parois périphériques (1A-1F, 3A-3F) et un fond (10) définissant ensemble un volume intérieur (Vint) adapté pour recevoir des déchets à traiter, une ouverture d’admission des déchets et une zone d’accumulation (Z) de liquide provenant au moins en partie d’une décomposition des matières organiques des déchets,
le dit procédé comprenant, pour un compartiment bioréacteur actif :
- une étape de remplissage du volume intérieur du compartiment bioréacteur actif avec les déchets à traiter de façon à former un massif de déchets,
- une étape de couverture consistant à disposer une couverture (20) étanche aux gaz et aux liquides au dessus du massif de déchets de manière à rendre sensiblement étanche le compartiment bioréacteur actif,
- une étape de digestion anaérobie au moins partielle des matières organiques fermentescibles des déchets de manière à produire un gaz et un liquide, le gaz étant capté et le liquide étant accumulé dans la zone d’accumulation, et
- une étape d’injection de liquide dans le compartiment bioréacteur actif,
procédé caractérisé en ce que l’étape d’injection de liquide consiste à introduire un volume (Vl) de liquide supérieur à un volume minimal Vmin de liquide propre à saturer des couches supérieures du massif de déchets. - Procédé selon la revendication 9 dans lequel l’étape d’injection de liquide est réalisée avant l’étape de digestion anaérobie.
- Procédé selon l’une des revendications 9 à 10 comprenant également au cours de l’étape de digestion, une étape d’extraction d’au moins une partie du liquide hors de la zone d’accumulation, le liquide extrait étant amené dans une zone de stockage (47₁, 47₂).
- Procédé selon la revendication 11 dans lequel, au cours de l’étape de digestion anaérobie, le liquide extrait est amené dans une première zone de stockage (47₁) ou une deuxième zone de stockage (47₂) en fonction d’au moins un paramètre biochimique du liquide extrait.
- Procédé selon l’une des revendications 9 à 12 comprenant également, en parallèle de l’étape de digestion :
- une étape de surveillance d’au moins un paramètre du liquide accumulé et / ou d’au moins un paramètre du gaz capté dans le compartiment bioréacteur actif et,
- si au moins un paramètre atteint une valeur d’alerte prédéfinie associée au dit au moins un paramètre, une étape d’injection de liquide ou une étape d’injection de gaz dans le compartiment bioréacteur actif est réalisée. - Procédé selon la revendication 13 dans lequel, au cours de l’étape de surveillance, une hauteur du liquide dans le compartiment bioréacteur actif est mesurée et, si la dite hauteur est inférieure à une hauteur basse d’alerte, l’étape d’injection de liquide dans le compartiment bioréacteur actif est répétée.
- Procédé selon la revendication 14 dans lequel :
- au cours de l’étape de surveillance, un paramètre du gaz capté représentatif d’un avancement de l’étape de digestion est surveillé, et
- lors de la répétition de l’étape d’injection de liquide, une composition du liquide injecté est ajustée en fonction de l’au moins un paramètre du gaz capté. - Procédé selon l’une des revendications 9 à 15 dans lequel, au cours de l’étape d'injection de liquide, le liquide injecté comprend du liquide extrait d’au moins un compartiment de l’installation et / ou un adjuvant liquide.
- Procédé selon l’une des revendications 13 à 16 dans lequel, au cours de l’étape de surveillance, un taux de di-hydrogène (H2) dans le gaz capté est mesuré et, si le dit taux de di-hydrogène est inférieur à une valeur basse d’alerte, une étape d'injection de di-hydrogène dans le compartiment est réalisée.
- Procédé selon l’une des revendications 9 à 17 comprenant également une étape d'injection d’air dans le compartiment, étape réalisée à la fin de l’étape de digestion anaérobie et déclenchant une étape de fermentation aérobie à l’intérieure du compartiment.
- Procédé selon la revendication 18 dans lequel, au cours de l’étape d’injection d’air, l’air est injecté par l’intermédiaire de moyens précédemment utilisés pour l’extraction du liquide et / ou par l’intermédiaire de moyens précédemment utilisés pour le captage du gaz.
- Procédé selon l’une des revendications 9 à 19 dans lequel, pour former le massif de déchets au cours de l’étape de remplissage, sont introduits dans le compartiment des matières solides structurantes de forme allongée ayant une largeur ou un diamètre de 1 à 10 cm, une longueur égale à 5 à 10 fois la largeur ou le diamètre et supérieure à 10 cm, la dite fraction de déchets structurants constituant au moins 10 % et de préférence au moins 30 % en volume du mélange de déchets.
- Procédé selon la revendication 20 dans lequel, pour former le massif de déchets au cours de l’étape de remplissage, sont introduites dans le compartiment une alternance de couches de matières structurantes et couches de matières organiques méthanogènes.
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8329455B2 (en) * | 2011-07-08 | 2012-12-11 | Aikan North America, Inc. | Systems and methods for digestion of solid waste |
| WO2017006067A1 (fr) * | 2015-07-08 | 2017-01-12 | Pastre Frédéric | Installation et procédé de traitement séquentiel de déchets contenant des matières organiques, en vue de leur valorisation énergétique |
| FR3038532A1 (fr) | 2015-07-08 | 2017-01-13 | Frederic Pastre | Installation et procede de traitement sequentiel de dechets contenant des matieres organiques, en vue de leur valorisation energetique |
| EP3377608A1 (fr) * | 2015-11-20 | 2018-09-26 | Yannco | Dispositif de méthanisation à partir de biomasse solide et procédé de production de biogaz correspondant |
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