Brevet FR2305113A1 — publié le 19761022

L'invention a pour objet un digesteur par fermentation anaérobie de matières organiques ayant préalablement subi une fermentation aérobie. Elle a également pour objet une nouvelle installation de production de méthane pour la mise en oeuvre du procédé de fermentation décrit dans le brevet français n0893 767. Dans le brevet précité nO 893 767 du 28 mars 1942, les demandeurs ont décrit un procédé de fermentation de matières organiques en vue de la production de méthane. Ce procédé consiste: - à faire subir à ces matières une courte préfermentation aérobie fortement exothermique; - à noyer les matières ainsi préfermentées dans un purin adéquat pour les soumettre en cuve close à une fermentation anaérobie, beaucoup plus longue et pratiquement froide, productrice de méthane; - à utiliser la chaleur dégagée durant la phase aérobie pour obtenir dans la masse en fermentation anaérobie une température aussi proche que possible d'un optimum de 370C. Pour la mise en oeuvre de ce procédé on a utilisé jusqu'à présent des équipements constitués par des cuves à alimentation discontinue, assenblées généralement en batteries et chargées successivement par roulement. Le but de l'invention est de proposer un nouveau digesteur et une nouvelle installation permettant la mise en oeuvre en continu ou en quasi-continu du procédé précité et se substituant avantageusement aux batteries mentionnées précédemment et pouvant, éventuellement, servir de cuve de stockage de la matière fermentée. Ce but est atteint notamnent par le fait que le digesteur selon l'invention comporte une enceinte à deux compartiments communiquant seulement par leurs parties supérieures, ceux-ci étant respectivement un premier petit compartiment d'entrée dans lequel le mouvement de la matière est ascendant et un second grand compartiment dans lequel il est descendant, et des moyens de poussée ascendante de la matière dans le premier compartiment, de telle sorte que la matière passe par déversement du premier au second compartiment. Ces buts sont également atteints gracie à d'autres caractéristiques qu'on va décrire maintenant, à titre non limitatif, en regard des dessins annexés. Sur ces dessins - la figure 1 est une vue en coupe verticale schématique d'un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe horizontale schématique d'une variante du dispositif de la fiv.1, - la igure 3 est une vue schématique verticale d'une autre variante, - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de préfermentation conforme à l'invention, - la f5::-c- 5 est une vue en coupe longitudinale d'un autre dispositif de préfermentation conforme à l'invention, - la figure 6 est une vue verticale en coupe schématique d'un mode de réalisation différent de celui de la fiv.1, - la figure 7 est une vue en plan de l'installation de la fig. 6, - la figure 8 est une vue en coupe verticale schématique d'un autre mode de réalisation de l'invention, - la figure 9 est une vue en coupe transversale de l'installation de la fig. 8, - la figure 10 est la vue schématique en coupe longitudinale d'un extracteur de matière convenant au digesteur selon l'invention. L'installation, entièrement calorifugée ,est décrite ci-après en même temps que le mode opératoire en regard de la fiv.1. L'installation étant supposée déjà èn marche, la matière franche non encore diluée, amenée par un transporteur 1, est déversée dans une enceinte de préfernentation aérobie 2 comportant une grille supérieure 3a. L'effacement de cette grille pernet à la matière de descendre sur une grille inférieure 3b, sur laquelle elle est arrosée avec un purin de préfermentation aérobie amené d'une citerne, non représentée, par une canalisation 5; le purin en excès, non absorbé par la matière, fait retour à la citerne par une canalisation 6.Après égouttage, de l'air surpressé est envoyé par une canalisation 7 dans un compartiment trémie 4, sous la grille 3b, afin qu'en traversant la matière humidifiée se trouvant sur la grille il y provoque le développement d'une fermentation aérobie active. Dans une variante on provoque au contraire une aspiration par la canalisation 7 et l'air frais pénètre dans la matière par toute sa surface supérieure. Dans les deux cas on atteint une température élevée qui détruit la plupart des germes pathogènes pouvant être présents dans la matière mise en fermentation. Les gaz chauds aspirés par la canalisation 7 peuvent être utilisés pour réchauffer le grand compartiment par tout moyen d'échange de chaleur approprié ( gaîne, faisceau tubulaire, etc... ). A la fin de cette préfermentation, la matière est diluée dans un mélanose d'eau et de purin de fermentation anaérobie, provenant par la canalisation 8 du compartiment de fermentation 12, ou, à défaut, du compartiment 14. L'effacement de la grille 3b permet à la matière diluée de descendre dans la trémie 4, où elle peut être soumise éventuellenont à l'action d'un hacheur broyeur. La pompe 9 introduit à la base du compartiment 12 la matière chaude qui a été noyée dans un purin riche en ferments en pleine activité. Une partie de la matière en fermentation dans la partie supérieure du compartiment 12 se déverse alors dans le compartiment 14.Ce déversement peut autre aidé éventuellerent par un rateau à mouvement alternatif et à dents rétract & les, un hérisson rotatif ou tout dispositif à effet équivalent. La matière ainsi déversée dans le compartiment 14 y sera recouverte, lors de l'introduction suivante de matière nouvelle par la pompe, par d'autre matière provenant du compartiment 12. Les matières en fermentation dans le compartiment 14 s'y enfonccnt progressivement au fkr et à mesure que leur fermentation se poursuit et viennent finalement se déposer sur le fond. Si la capacité du digesteur a été Calculée pour que celui-ci serve uniquement d'enceinte de fermentation, une quantité de matière décomposée équivalente à la quantité de matière nouvelle introduite est alors extraite à la base du digesteur au moyen de la pompe et évacuée vers un silo de stockage ou vers un appareil d'épandage. Si la capacité a été calculée pour permettre au digesteur de jouer aussi le rôle d'enceinte de conservation de la matière fermentée jusqu'au moment de son utilisation, cette extraction se fera seulement à ce moment-là. Le niveau dans le compartiment 14 pourra alors varier considérablement sans aucun inconvénient, la fermentation se poursuivant dans le compartiment 12 et dans la tranche supérieure du contenu du compartiment 14. Pendant l'extraction, du gaz produit dans le digesteur ou refluant si nécessaire d'un gazomètre relié par une canalisation 23 remplace dans le digesteur la matière extraite et il ne s'y produit aucune dépression. En cours de fonctionnement, une circulation de purin est établie périodiquement à travers la matière en fermentation au doyen d'une pompe 20 prélevant du purin en 19, dans la moitié inférieure du digesteur, pour le déverser dans le haut sur la matière fermentant en surface, après avoir été au besoin légèrement réchauffé à l'extérieur du digesteur en traversant un échangeur de chaleur, de préférence à eau chaude. Cette circulation de purin a pour effet de déplacer les colonies microbiennes et d'activer la fermentation. De plus, toute la masse de matière contenue dans la moitié supérieure du digesteur peut être ainsi maintenue à la température optimale de fermentation, la partie basse, contenant de la matière arrivée en fin de fermentation, n'étant pas réchauffée inutilera nt. Cette circulation de purin peut astre assurée éventuellement par le dispositif de remontage automatique décrit dans le brevet 818 680 et dont le fonctionnement peut être accéléré au besoin par réinjection dans le compartiment inférieur de gaz prélevé au niveau du gazomètre. Avec ce système, le retour brutal, dans le digesteur, du purin, préalablement refoulé par la pression du gaz dans une bâche supérieure, y provoque la dislocation de tout chapeau flottant qui pourrait avoir tendance à s'y former. L'extraction par la pompe 9 de la matière fermentée se trouvant dans le fond du digesteur est facilitée par une injection sur le fond, au moyen de la pompe 20, de purin prélevé à un niveau supérieur. On peut aussi utiliser à cet effet une injection de gaz prélevé à la partie supérieure du digesteur et surprisse. toutes les canalisations de l'installation sont de forte section et les vannes sont à passage intégral. L'équipement de l'enceinte de fermentation comporte, de préférence, deux brilles superposées, ltespace compris entre les deux grilles constituant le compartiment de préfermentation proprement dit et la partie située au-aessus de la premier grille constituant un compartiment d'attente de -traitement pour la matière fratche, qui y forme en même temps un écran contre les déperditions de chaleur par le haut de la matière en préfermentation en dessous. Un dispositif d'arrêt automatique de la pompe, commandé par flotteur, lorsque le niveau du purin descend dans la trémie 4 au-dessous d'un niveau minimal de sécurité, s'oppose à toute introduction intempestive d'air dans le digesteur. Un autre dispos tif arrête également la pompe fonctionnant en extraction avant la vidange complète du compartiment 14 du digesteur. L'enceinte de préfermentation est utilisée en général comme il a été décrit, mais il est possible également d'y pré- procéder à la/fermentation de la matière complètement noyée dans du purin en injectant à la base de enceinte de l'air atteinte sous pression. Dans ce cas la température/est bien moins élevée qu'autrement. En pratique, il y a intéret à loger l'enceinte de préfermentatlon à l'intérieur de la paroi latérale du digesteur, comme cela est représenté sur la vue en coupe horizontale schématique de la figure 2. On peut avoir intérêt également à donner à l'ensemble une forme se rapprochant le plus possible de celle d'une sphère, comme on le voit sur la coupe verticale à la figure 1;, où la paroi externe est constituée par un cylindre d'axe vertical, fermé en haut et en bas par deux troncs de cône et deux calottes légèrement sphériques. Dans tous les cas une ou nlusieurs ouvertures 24 de visite de dimensions suffisantes, fermées en fonctionnement par des tampons étanches sont prévues dans le dome du digesteur. Lorsque le terrain s'y prête, un tel digesteur peut être à demi enterré, la terre extraite de la fouille est dans ce cas rapportée sur la partie supérieure pour augmenter l'isolation thermique. Le dispositif décrit permet d'obtenir des fermenta- tions régulières et rapides en maintenant constamment les microorganismes qui en sont responsables dans les meilleures conditions de travail. Dans une variante représentée à la fig.4 convenant plus particulièrement, par exemple, pour une installation destinée à ttre alimentée en 31 directement en paille et non en fumier préalablement préparé à I'extérieur, enceinte de préfermentation peut titre un tunnel 30, dont le fond est constitué, soit par une grille à barreaux longitudinaux sur laquelle se déplacent d'un mouvement lent, pouvant être discontinu, des raclettes fixées à des channes sans fin, soit une.bande transporteuse 32 formée de lanières parallèles reliées par des traverses régulièrement espacées. La paille hachée, reçue dans une trémie 33 d'alimentation placée à l'entrée du tunnel 30 est entrarnée à l'intérieur de celui-ci par le fond mouvant.Elle y est d'abord arrosée de purin par des jets 36 disposés à la partie supérieure du tunnel 30. Le liquide non absorbé par la paille est recueilli en dessous de la grille et fait retour en 35 à la citerne d'où il provenait. L'air nécessaire à la préfermentation est aspiré à travers la paille imprégnée de purin par un orifice 36 se trouvant sous la grille, vers la sortie du tunnel et en relation avec un aspirateur. du bout du fond mouvant, le fumier préfermenté ainsi préparé tombe, éventuellement avec l'aide d'un hérisson 39, dans une gouttière 37 où il est, suivant le cas, soit entratné en 38 par un courant de purin vers la pompe d'alimentation du digesteur, soit repris directement par un mécanisme, analogue à un tasseur de benne à ordures ménagères, qui le fait pénétrer dans le digesteur-par un siphon, comme cela sera décrit autrement plus loin. Dans une réalisation simplifiée, représentée à la figure 5, le tunnel précédent peut entre remplacé par une aire allongée 40 à l'air libre, équipée de caillebotis 41 sur lesquels on épand de la paille 42 pour l'arroser de purin et la mettre en fermentation. Celle-ci est encore activée par insufflation ou aspiration d'air sous les caillebotis. En fin de préfermentation, le fumier ainsi préparé est poussé par un tracteur équipé d'une lame racleuse jusque dans la gouttière 43 d'alimentation du digesteur 44, où il est repris par un tasseur symboliquement représenté sous la référenee 45. Les figures 6 et 7 correspondent à un autre mode de réalisation. Un piston tasseur 53, suspendu à un treuil 65 ou à un vérin hydraulique, étant soulevé, la matière franche transportée par un élévateur 51 est déversée, comme dans le cas précédent, dans un compartiment 52 où, après avoir été humidifiée avec du purin, elle subit, gracie à un surpresseur d'air 61 une préfermentation aérobie. Elle est ensuite poussée par le piston 53 à travers un siphon 54 dans un petit compartiment de fermentation anaérobie 55, puis dans un grand compartiment 6 dont le fond est incliné pour faciliter la descente des matières fermentées. Dans le coude du siphon, des fourches 64, s'effaçant quand la matière est poussée par le piston et se redressant en sens contraire, s'opposent à tout reflux de la matière vers l'orifice d'entrée. Une valve 57, du type décrit dans le brevet 818 680, ou tout autre système équivalent, assure un échappement discontinu dans un gazomçtre 53 du gaz qui s'accumule à la partie supérieure du compartiment 56, ce qui y provoque des oscillations du niveau du liquide, celui-ci étant refoulé dans le compartiment 52 et dans un puits 59 lorsque la pression augmente dans le compartiment 56 et faisant retour dans celui-ci à chaque détente du gaz. Ces oscillations maintiennent constante ou lentement variable la composition des sociétés microbiennes ce qui est favorable à leur activité et au glissement de la matière. Pendant le fonctionnement, une circulation de purin à travers la matière en fermentation dans 56 peut, en outre, être établie au moyen d'une pompe 62 installée sur une tuyauterie faisant communiquer à leur partie supérieure le puits 59 et le compartiment 52, et il est possible d'injecter autour des lèvres inférieures du siphon, ou dans le gazomètre 58 à travers la valve 57 de l'ammoniac provenant d'une bouteille sous pression 53. Cette injection entrasse la formation de sesquicarbonate d'ammonium, qui est un accélérateur de la méthanisation, et l'élimination d'une partie du gaz carbonique contenu dans le gaz produit; ce qui permet de rée ire la capacité du gazomètre. l'extraction de la matière fermentée s'effectue avec une griffe 60 se déplaçant dans le puits d'extraction 9, ou bien avec un émulseur, un hydrant ou un hydro-éåecteur. Le surpresseur 16 peut être utilisé pour émulsionner le contenu du puits 59, en vue de pallier les effets d'une préfermentation insuffisante. On peut dans le m8me but remplacer une partie du purin du puits 60 par de l'eau ou du purin neuf. L'installation est semi-enterrée. La partie supérieure peut autre placée dans une serre 67 et les parois hors-sol extérieures à la cuve du gazomètre peuvent autre recouvertes d'une couche de fumier de 30 à 40 cm d'épaisseur. Le gazomètre est équipé d'une porte de visite 66 audessus de la valve 57. Les figures 8 et 9 représentent une variante dans laquelle la préfernentation n'a pas lieu dans la branche verticale du siphon d'entrée du digesteur, mais sur les plateaux à grilles d'un élévateur 70 durant leur ascension lente dans une cheminée ou tour 71, dans laquelle est créée une circulation d'air de m8me sens que le déplacement des plateaux 70. Les plateaux 70 se vident par basculement à la partie supérieure en amont d'un tasseur 45; une autre solution, applicable également, consiste à utiliser pour cette opération une lame râcleuse poussée par un vérin hydraulique. La figure 10, enfin, représente schématiquement un pressoir 80 continu à vis susceptible d'trie employé comme extracteur à la partie inférieure d'un digesteur. Le liquide extrait par pression reste dans le digesteur. La matière solide comprinée et asséchée forne dans le cylindre 81 de sortie de l'extracteur, avant autre rejetée à l'extérieur, un bouchon 82 qui s'oppose à la sortie du liquide. Bien entendu, on ne sortira pas du cadre de l'invention en combinant autrement que dans les exemples ses différents éléments constitutifs, ni en l'appliquant à d'autres usages que la digestion de fumier, préparé avec ou sans paille éventuellement hachée, des gadoues triées et broyées avec addition de purin en quantité suffisante pour permettre leur injection et leur mobilité dans l'installation. REVENDICATIONS 1. Digesteur par fermentation anaérobie de matières organiques ayant préalablement subi une préfermentation aérobie, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte à deux compartiments communiquant seulement par leurs parties supérieures, ceux-ci étant respectivement un premier petit compartiment d'entrée dans lequel le mouvement de la matière est ascendant et un second grand compartiment dans lequel il est descendant, et des moyens de -poussée ascendants de la matière dans le premier compartiment, de telle sorte que la matière passe par déversement du premier au second compartiment. 2. Digesteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de recirculation sous pression des produits liquides. 3. Digesteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de recirculation sous pression des produits liquides est un moyen automatique sensible à la pression des produits gazeux. 4. Digesteur selon'la revendication 3, caractérisé en ce que les produits gazeux sont accumulés dans un gazomètre à eau surmontant ltenceinte. 5. Installation de digestion de matières organiques, caractérisée en ce qutelle comporte un digesteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dont l'entrée est raccordée à la sortie d'un dispositif de préfermentation aérobie à travers un moyen forcé de transfert de matière. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif de préfermentation est un récipient offrant à la matière à traiter un cheminement vertical contrôlé par des grilles escamotables et une pompe assure le transfert des matières. 7. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif de préfermentation est un couloir comportant un transporteur horizontal et une pompe assure le transfert dtune enceinte à l'autre. 8. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif de préfermentation est une aire comportant un caillebotis ou une grille offrant la possibilité d'intervention de moyens mécaniques assurant le cheminement de la matière puis son transfert au point bas du premier compartiment du digesteur, ou comportant de tels moyens mécaniques. 9. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif de préfermentation aérobie et le premier compartiment de enceinte de digestion sont conjointement conformés en un siphon contenant, au voisinage de son point bas, un dispositif antiretour, un dispositif de poussée est prévu au point haut du siphon du côté préfermentation et l'enceinte de digestion comporte en son point haut une valve tarée. 10. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le premier compartiment du digesteur et son accès sont conformés en un siphon contenant au voisinage de son point bas un dispositif antiretour. 11. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif de préfermentation est un élévateur lent dont le point de décharge supérieur alimente le digesteur. 12. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que enceinte de digestion comporte des moyens d'extraction, égouttage et pressage de la matière fermentée comprenant au moins un moyen tel que pompe, émulseur, griffe preneuse se déplaçant dans un puits vertical, extracteur à vis, pressoir continu à vis.