Brevet FR2291270A1 — publié le 19760611

La présente invention a pour objet une installation de production de méthane par fermentation de fumiers et autres matières analogues. Pour produire du méthane d'une façon régulière par fermentation de fumiers et autres matières analogues, on met en oeuvre un procédé décrit dans le brevet français 893 767 du 28 mars 1942. Selon ce procédé, on fait subir à ces matières une préfermentation aérobie de courte durée et fortement exothermique, après quoi on les noie dans un purin convenable, à l'intérieur d'une cuve close, pour y être soumises à une fermentation anaérobie, beaucoup plus longue, pratiquement froide et productrice de gaz combustible à base de méthane, la chaleur dégagée au cours de la préfermentation étant utilisée pour obtenir dans la cuve au cours de la phase de production anaérobie une température optimale aussi proche que possible de 370C (fermentation mésophile) ou 550C (fermentation thermophile). Pour éviter des manutentions et des pertes de chaleur, il est avantageux que les deux fermentations aient lieu dans la même cuve. Le fond de celle-ci doit etre équipé pour cela d'un système d'insufflation d'air. ta plus grande partie de la production de gaz récupérable est recueillie au cours du premier mois de fermentation anaérobie. La produc'tiXon-sepoursuit ensuite de plus en plus lentement au fur et à mesure que les matières attaquées sont des matières de plus en plus polymérisées. Il y aurait intérEt, du point de vue rentabilité des équipements de production de gaz, à recharger les cuves environ tous les mois. Mais les fumiers ne sont normalement épandus dans les champs qu'une ou deux fois par an. Il est donc nécessaire de prévoir leur stockage jusqu'au moment de leur épandage. Deux solutions sont applicables à cette fin. La première consiste à laisser la fermentation se poursuivre dans la cuve elle-même, utilisée alors comme cuve de production de gaz et comme cuve de stockage de fumier. Elle est coûteuse, car elle conduit à une mauvaise utilisation des équipements prévus pour la récupération du gaz. La seconde consiste à renouveler fréquemment le chargement des cuves et à laisser la matière incomplètement décomposé qu'on en extrait pour suivre son évolution en tas a l'air libre. Cette solution est également couteuse, car elle nécessite une manutention supplémentaire de la matière et entrasse des pertes d'éléments fertilisants. L'invention vise une installation destinée à supprimer au moins en grande partie les inconvénients de ces deux solutions. Elle prévoit des formes de réalisation permettant à la fois une extraction ou "démoulage" aisé de la matière fermentée par rapport à la cuve, une manutention facile de la partie de cuve qui doit être séparée, un déplacement en un bloc de la matière fermentée et, enfin, accessoirement, permettant une fabrication industrielle des cuves, et la forme étant telle qu'elle permet un emboîtage des cuves pour faciliter le transport. Pour mettre en oeuvre le procédé décrit dans le brevet 893 767, on utilise le plus souvent des cuves ouvertes, cylindriques ou parallélépipédiques, pouvant être fermées par un couvercle amovible dont le rebord plonge dans un joint d'eau. Dans un premier mode de réalisation, l'installation selon l'invention comporte au moins une cuve telle que ci-dessus, calorifugée et munie d'un faux fond constitué par une grille amovible délimitant en dessous un compartiment équipé d'un dispositif de vidange et éventuellement d'amenée de purin, d'un dispositif d'insufflation d'air et d'un système de réchauffage complémentaire, constitué, par exemple, par un faisceau de tubes de circulation d'eau chaude ou des câbles électriques chauffants. La grille constitue une palette sur laquelle, en fin de fermentation et après vidange du purin, tout le contenu de la cuve peut être extrait en une fois au moyen d'un engin de levage approprié, et déposé à proximité sur une aire de stockage, sous une bâche de protection, jusqu'au moment de son enlèvement. Il en résulte pour cette manutention intermédiaire une grande amélioration par rapport à la méthode classique de vidange au moyen, par exemple, d'une griffe à fumier. Pour limiter la charge à soulever par l'appareil de levage, on peut fractionner le contenu de la cuve. A cet effet, la grille de fond utilisée comme palette est constituée par plusieurs éléments et au moment du chargement de la cuve des coins sont placés au-dessus des droits de séparation des éléments. Ces coins sont retirés au moment du déchargement pour permettre séparément le dégagement aisé de la charge de matière fermentée se trouvant au-dessus de chaque élément de grille-palette. Afin d'éviter un frottement de la matière contre les parois de la cuve pendant l'extraction, les sections verticales de la cuve sont trapézoidales, la petite base du trapèze correspondant de préférence au fond de la cuve. Cette disposition a pour avantage complémentaire lors de la phase de préfermentation aérobie de provoquer, lorsque la matière se tasse, son serrage contre la paroi et d'éviter que l'air insufflé en dessous ne s'éohappe préférentiellement le long des parois sans traverser la matière reposant sur la grille. Lorsque les cuves sont fabriquées en usine, cette même disposition présente également un autre avantage en permettant de transporter plusieurs cuves emboftées les unes dans les autres. On évite tout coincement pendant le transport en faisant porter le dessous du joint d'eau d'une cuve placée dans une autre sur le rebord de la paroi de cette dernière, ou bien en disposant sur le fond de celle-ci des cales d'écartement. En outre, aucune saillie ne doit exister sur les surfaces interne ou externe des parois latérales si ce n' est, à l'extérieur, au niveau du joint d'eau et, à l'intérieur, à proximité du fond, sur une hauteur au plus égale, suivant le cas, à la profondeur du joint d'eau ou à la hauteur des cales d'écartement. Selon une variante, l'installation selon l'invention comporte au moins une cuve constituée par 1) un bassin de faible profondeur, construit à demeure et dont toutes les parois sont calorifugées, recouvert par une grille et équipé, comme le compartiment inférieur des cuves précédentes : d'un dispositif de vidange et éventuellement d'amenée de purin, d'un dispositif d'insufflation d'air et d'un système de réchauffage complémentaire, constitué, par exemple, par un faisceau de tubes de circulation d'eau chaude ou des câbles électriques chauffants, noyés ici dans l'épaisseur du radier 2) sur le pourtour de ce bassin peut venir s' adapter, avec interposition d'un joint adéquat étanche aux liquides, une enceinte ou virole, amovible constituant la paroi latérale de la cuve.Cette virole porte tout le long de son bord supérieur un joint d'eau dans lequel peut venir plonger le rebord d'un couvercle étanche, amovible également. Sur cp couvercle sont montés, une arrivée de purin, avec dispositif d'arrosage et un départ de gaz, pouvant tous deux être raccordés par des tuyaux souples à des tuyauteries fixes et équipés tous deux de vannes de fermeture. Cette arrivée de purin et ce départ de gaz peuvent, tout aussi bien, être prévus sur la virole, traversée alors par les conduits correspondants en dessous du joint d'eau. Le serrage du bord inférieur de la virole sur son socle support peut être réalisé rapidement au moyen, par exemple, de leviers dont l'extrémité du petit bras appuie sur une rampe montée sur le rebord de la virole. L'étanchéité au gaz de la fermeture du couvercle est obtenue de préférence au moyen d'un joint d'eau, qui constitue le moyen le plus simple et le plus efficace d'atteindre le résultat recherché, mais il est bien évident que l'on peut y parvenir également par tout autre moyen équivalent, en particulier avec un dispositif analogue à celui décrit à propos du joint de base de la virole. Une sortie supplémentaire de purin est à prévoir vers le haut de la virole lorsqu'on désire que le purin chauffé dans le bassin circule à travers la matière encuvée de bas en haut, comme il a tendance à le faire naturellement. Ce sens de circulation facilite en outre le dégagement des bulles de gaz. La grille peut etre constituée par l'assemblage de plusieurs éléments (ce qui facilite son démontage pour nettoyer le fond du bassin) lorsque l'enlèvement de la matière est prévu au moyen de fourches montées sur tracteurs, de griffes ou de bennes preneuses ; elle doit être en revanche d'une seule pièce si l'on prévoit de l'utiliser comme palette pour déplacer d'un bloc tout le tas de matière fermentée. La virole et le couvercle sont réalisés en plastique armé ou éventuellement en toue, mais sont toujours, comme le bassin constituant le fond de la cuve, calorifugés efficacement. L'invention s'applique plus particulièrement à la réali sation des cuves à parois minces. Selon une autre variante de l'invention, on peut éviter l'ouverture de chargement à la partie supérieure de la cuve 8 la condition d'enrober le tas de matière à faire fermenter, à l'intérieur d'une virole ou panier à claire-voie, en une pièce pour les cuves de petites dimensions et en éléments assemblés par des chevilles pour les cuves de plus grandes dimensions. Dans ce cas, la paroi latérale de la cuve et le couvercle sont réunis en une seule pièce pour former une cloche avec laquelle on recouvre le tas après qu'il ait été formé. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description non limitative suivante des formes de réalisation précitées en se référant au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une vue en coupe d'une forme de réalisation d'une installation de fermentation selon l'invention - la figure 2 est une vue en coupe d'une autre forme de réalisation d'installation de fermentation selon l'invention - la figure 3 est une vue en coupe du dispositif de serrage du bord inférieur de l'enceinte amovible ou virole, sur le socle du bassin - la figure 4 est une vue de dessus du dispositif de serrage de la figure 3 ; - la figure 5 est une vue de dessus d'une installation selon l'invention comportant une série de bassins - la figure 6 est une vue en coupe d'une forme particulière de réalisation de trois cuves de fermentation selon l'invention et de leurs couvercles, en position de transport ;; - la figure 7 est une vue en coupe d'une forme particulière de cuve de fermentation selon l'invention ; - la figure 8 est une vue en plan de la cuve de la figure 7 ; et, - la figure 9 est une vue en coupe d'une forme particulière de cloche de fermentation. Sur un bassin 1 comportant une grille 2, un tuyau d'amenée d'air 3 et une conduite de sortie de purin 4, est posée une virole 5, un joint d'étanchéité périphérique 6 étant disposé entre le bord inférieur de la virole et le socle du bassin. La virole 5 présente un joint d'eau 7 dans lequel vient s'engager un couvercle 8 percé d'un tuyau d'amenée de purin 9 et d'une conduite de sortie du gaz 10. L'ensemble de l'installation est calorifugé par un revêtement extérieur approprié li et repose sur une épaisseur de matériau isolant lia. Trois canalisations d, B, C de fluide chaud sont noyées dans le radier 12. Le serrage du bord inférieur 14 de la virole 5 sur la platine fixe 17 du socle support 1 est obtenu par un levier t5 pivotant autour d'un axe fixe 15a scellé dans le socle pour venir s'appuyer en position de verrouillage sur une rampe 16 (fig. 3 et 4). Cette installation peut être mise en oeuvre de la façon suivante 1) la virole 5 étant montée sur le bassin t et le couvercle 8 étant enlevé, on charge la cuve par l'ouverture supérieure 2) on arrose la matière encuvée avec du purin, en mettant en place au besoin le couvercle 8 lorsque celui-ci porte un dispositif d'arrosage 9.Dans ce cas, l'orifice de sortie de gaz 10 est, soit laissé en communication avec l'air libre, soit mis en communication avec une canalisation fixe d'évacuation aboutissant éventuellement à un désodoriseur 3) on laisse s'égoutter à travers la grille 2 l'excès de liquide non retenu par la matière encuvée 4) on insuffle de l'air dans le bassin, de façon qu'il traverse la masse humidifiée et lui permette de subir une fermentation aérobie active 5) on arrête l'insufflation et on remplit la cuve avec un purin provenant d'une cuve déjà en fermentation anaérobie, en complétant au besoin le remplissage avec de l'eau 6) on met le couvercle en place si cela n'est pas déjà fait, on ferme la vanne de l'arrivée de purin et l'on raccorde la sortie de gaz à sa conduite d'évacuation.Dès qu'il est combustible, le gaz est conduit dans un gazomètre en vue de son stockage avant utilisation 7) au cours de la fermentation, on peut périodiquement faire circuler le purin à l'intérieur de la cuve au moyen d'une pompe et procéder en même temps s'il y a lieu à un réchauffage 8) lorsque la production de gaz est devenue insuffisante, on débranche les raccordements avec les canalisations fixes, on enlève le couvercle, on vidange le purin, on laisse la matière s'égoutter, on désolidarise la virole du bassin et, au moyen de vérins non représentés au dessin, par exemple, on la soulève pour la transporter sur un autre bassin et reconstituer une cuve qui sera chargée à son tour. Aussitôt après ce dégagement le joint d'étanchéité est recouvert par un dispositif de protection. La matière laissée sur la grille reste sur place en tas, recouverte par une bâche, jusqu'à son évacuation ultérieure, à laquelle on pourra procéder aisément le moment venu, aucun obstacle ne venant gêner l'accès au tas par les engins mécaniques de manutention (fourche montée sur tracteur, grue ou pelle hydraulique) et les engins de transport (benne ou remorque épandeuse). Il est possible d'envisager également un enlèvement en une fois du tas, sur une palette pouvant être constituée par la grille du bassin elle-meme, ou bien sur des griffes pénétrant a' la base du tas. Dans ce cas, le déplacement par glissement du tas sur une aire de stockage située à proximité au moyen, par exemple, d'un treuil et d'un câble, peut permettre la réutilisation ixmé- diate du bassin équipé ainsi que celle de la virole, qui aura été simplement basculée plus ou moins, suivant une variante de réalisation décrite plus loin, pour pouvoir dégager le tas de matière. Afin d'éviter un frottement de la matière encuvée contre la paroi de la virole pendant l'opération de soulèvement, les sections verticales de la virole ne sont pas rectangulaires mais tra pézoïdales, la petite base se trouvant z la partie supérieure. Sur la figure 2 est représentée une autre forme de réalisation dans laquelle le dégagement de l'ensemble couvercle 8 virole 5, d'une seule pièce, s'opère par basculement autour d'un axe 0. Pour éviter lors de cette opération un frottement sur la matière restant en place, la paroi opposée à l'axe de basculeoent est une surface cylindrique 5a d'axe 0'. Pour la mme raison, les deux parois voisines ne sont pas parallèles mais s'écartent à leur base. A la figure 5 est représentée schématiquement une installation comprenant une série de bassins I, II, III, construits à demeure, sur lesquels des cloches amovibles viennent s'adapter seulement pendant la période de production intense de gaz. Une installation pourra ainsi ne comporter, par exemple, que deux cloches pour six bassins, ce qui permet de limiter l'importance des investissements à effectuer pour traiter une quantité donnée de matière. Il est même possible de réduire le nombre des bassins au nombre des cloches et de limiter ainsi davantage encore les investissements quand on peut déplacer d'un bloc le tas de matière fermentée sur une aire de stockage voisine. En pointillé sont représentées les différentes tuyauteries d'amenée et de sortie des fluides, commandées par des vannes V1, V2, V3, V4, V5, V6. Cette disposition peut trouver, en particulier, une application dans une usine de traitement d'ordures ménagères par fermentation. A la condition de maintenir par des arrosages suffisamment fréquents la matière constamment mouillée, il est possible avec les équipements décrits de réaliser des fermentations anaérobies en milieu non noyé. L'étanchéité du joint inférieur de la virole peut alors être obtenue très simplement en faisant plonger son bord inférieur dans un canal rempli d'eau entourant le bassin au-dessus duquel est placée la grille qui supporte la matière en fermentation. La virole n'ayant dans ce cas pas de pression de liquide à supporter à sa base, sa construction peut être considérablement allégée. Dans la forme de réalisation de la figure 6, les joints d'eau 107 sont extérieurs aux viroles 105 à sections verticales trapézoïdales qui peuvent de ce fait être emboîtées pour le transport, les couvercles 108 étant superposés sur le dernier joint d'eau. Pour éviter une détérioration en cours de transport, on a prévu sur le fond des cuves des cales 120. Dans une des cuves, une grille 5 est supportée par des cales 52a, 52b. Des anneaux, non représentés, peuvent être prévus à l'extérieur des joints d'eau pour permettre, d'une part, de lever les cuves, d'autre part, de fixer les couvercles sur les cuves lorsque celles-ci sont en production. La forme de réalisation des figures 7 et 8 concerne une disposition particulière des grilles 102a, 102b portant le fumier et séparé par un coin 12t amovible dont l'arAte tAta repose sur le fond du bassin 101. Un système de préhension par câbles est prévu pour prélever les matières de fermentation. Un système de tuysux de chauffage a, b, c, d est noyé dans le radier. En pointillé est représenté un couvercle 208 avec arrivée de purin 209 et sortie de gaz 210. Dans la forme de réalisation particulière de la figure 9, la virole et le couvercle ne forment plus qu'une cloche 130 présentant une arrivée de purin 109 et une sortie de gaz 110. Cette cloche repose sur le joint d'eau 132 prévu sur le socle 133 du bassin de fermentation. Le fumier est maintenu sur la grille 152 par un grillage 131. Il est évident que l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus, mais qutelle englobe toutes les variantes et modifications issues des mêmes principes de base. C'est ainsi que, dans une variante de réalisation non représentée au dessin, on peut, au lieu d'une virole d'une seule pièce, utiliser une-virole constituée par des panneaux séparés que l'on assemble sur place ; le -joint d'eau, de préférence d'une seule pièce, pouvant alors être rapporté sur l'ensemble. Cette solution a toutefois l'inconvénient de multiplier la longueur des joints dont il y a lieu d'assurer l'étanchéité entre les divers éléments d'une cuve. REVENDICATIONS 1. Cuve de fermentation pour installations de production de méthane par fermentation de fumiers, caractérisée par le fait qu'elle est constituée d'une enceinte en au moins deux éléments séparables, bassin et couvercle, l'un d'eux formant la paroi latérale ou virole ayant une section verticale trapézoïdale pour faciliter le dépotage de la matière fermentée, et d'une grille 2 espacée du fond de la cuve pour servir de support à la matière fermentée et le cas échéant de palette pour l'enlèvement de cette dernière, cette cuve étant par ailleurs munie sous la grille de conduits de vidange de purin 4, d'un dispositif d'insufflation d'air 3 et d'un système de réchauffage A, B, C, et, à la partie supérieure, d'une arrivée de purin et d'un départ de gaz. 2. Cuve selon la revendication 1 comportant un joint d'eau entre la partie formant bassin et la partie constituant un couvercle sur lequel sont prévus une arrivée de purin avec dispositif d'arrosage eut orifice de sortie du gaz. 3. Cuve selon la revendication t, caractérisée par le fait que l'ensemble virole - couvercle ou cloche est monté pivotant sur le bord du bassin, de façon à pouvoir être basculé. 4. Cuve selon la revendication t, dans laquelle la virole est séparable du bassin dont elle fait partie. 5. Cuve selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'un joint d'eau est prévu entre la virole ou enceinte amovible et le bassin. 6. Cuve selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le dispositif de joint d'eau est intérieur à la paroi latérale de la cuve. 7. Cuve selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la virole est constituée de panneaux séparés que l'on assemble sur place. 8. Cuve selon la revendication 2, caractérisée par le fait que la virole est solidaire du bassin et que le joint d'eau est placé à l'extérieur de l'enceinte. 9. Cuve selon l'une des revendications 1 h 7, caractérisée par le fait que la grille est constituée d'au moins un élément en forme de palette préhensible à l'aide des moyens de manu tention habituels. 10. Cuve selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait qu'est prévue vers le haut de la virole une sortie supplémentaire de purin. 11. Cuve selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le serrage inférieur de la virole sur le socle du bassin est réalisé au moyen d'au moins un système de levier dont ltextré- mité du petit bras appuie sur une rampe montée sur le rebord de la virole. 12. Cuve. selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le système dé réchauffage supplémentaire est constitué d'un faisceau de tubes de circulation d'eau chaude ou des câbles électriques chauffants noyés dans l'épaisseur du radier. 13. Cuve selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que chaque grille est séparée de la grille voisine par un coin dont l'arête vient s'encastrer entre les grilles. 14. Cuve selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la matière à fermenter est déversée dans un panier à claire-voie et que l'ensemble virole - couvercle de la cuve forme une cloche sans ouverture de chargement à la partie supérieure. 15. Cuve selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisee par le fait qu'est prévu un équipement de circulation du purin. 16. Cuve selon l'une des revendications t à 15, faite en métal, 'béton vibré ou en matière plastique avec isolant incorporé, par exemple laine de verre ou mousse de polyuréthane.