Brevet FR2455629A1 — publié le 19801128

La presente invention est relative à la production, à partir de produits résiduaires ou dechets organiques ou végetaux, de gaz susceptible d'être utilise en tant que source d'énergie. Il est connu que les produits résiduaires d'origine organique ou végétale peuvent être soumis a une fermentation anaérobie ayant pour effet de produire un gaz utilisable en tant que source d'énergie et de réduire les produits fermentescibles en un résidu pouvant être qualifie d'inerte et susceptible d'être transformé, soit en poudre d'amendement de sol, soit en aliments pour animaux. En général, pour mettre en oeuvre un tel processus de transformation par fermentation anaérobie, il est courant d'utiliser une cuve de fermentation dans laquelle sont introduits les produits résiduaires qui sont alors soumis, pour la masse qu'ils représentent, à une phase de fermentation anaérobie à la fin de laquelle les produits restants sont retirés de la cuve et dirigés vers une station de reprise pour leur traitement ultérieur. Les procédés connus sont longs de mise en oeuvre et exigent des manutentions importantes qui grèvent notablement le rendement d'un tel processus de transformation au point de le rendre pratiquement inutile. En outre, les méthodes connues ne permettent pas d'obtenir une production continue d'une quantité de gaz utile étant donné que le processus de fermentation anaérobie fait intervenir une première phase de fermentation peu productive, une phase de production importante se développant pendant quelques jours après la mise en route du processus de fermentation, puis une troisieme phase de production décroissante couvrant la plus grande partie du processus -qui se déroule en général sur une soixantaine de jours. Apres chaque déroulement du processus de fermentation d'une charge donnée de produits résiduaires, l'installation utilisée doit être débarrassée des produits restant et rechargée, de sorte que seule une production intermittente de gaz peut être escomptée. Un autre inconvénient des techniques connues réside dans le fait qu'il n'est pas possible, pour une même installation, de traiter indifféremment par fermentation anaérobie des déchets d'origine diverse, tels que par exemple des déchets végétaux, animaux, des résidus de transformation laitiere, des déchets de bois, etc. L'objet de l'invention est de remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant un nouveau procédé et une nouvelle installation permettant de produire en continu du gaz utile en tant que source d'énergie et de disposer également de déchets restants dépollués et désodorisés transformables, soit en produit d'alimentation pour le bétail, soit en produit d'amendement de sol. L'objet de l'invention est de proposer un nouveau procédé permettant de réaliser, de façon automatique et en continu, l'alimentation d'une installation de traitement en produits à traiter en fonction de la transformation par fermentation anaérobie se déroulant a l'intérieur de ladite installation. Un autre objet de l'invention est de prévoir une installation susceptible de traiter indifféremment des produits résiduaires d'origine diverse sans nécessiter d'adaptation fondamentale particulière, hormis la mise en oeuvre d'appareillages annexes qui présentent la particularité de pouvoir être aisément adaptés a une installation de type donné lorsque, par exemple, cette derniere doit être amenée h traiter des produits différents de ceux pour lesquels elle était initialement conçue. Un objet supplémentaire de I'invention est de permettre également, par une même installation et un processus semblable, de traiter des eaux usées, du lacto-sérum et autres produits résiduaires semblables sans faire intervenir, comme cela est habituellement le cas, une installation spécifique de ces produits liquides, tel par exemple que lit bactérien, boues activées, filtrations, etc. Conformément h l'invention, le procédé de production en continu de gaz à partir de produits résiduaires est caractérisé en ce qu'on alimente périodiquement une cuve, chargée en produits résiduaires en fermentation, par une vanne placée sur une conduite d'amenée de produits résiduaires h traiter, on commande l'ouverture de cette vanne par un compteur h gaz disposé sur une canalisation d'évacuation de gaz prévue h la partie supérieure de la cuve, on contrôle le temps d'ouverture de ladite vanne au moyen d'un détecteur d'acides gras volatils disposé dans la cuve, on couple l'ouverture de la vanne à une vanne de trop-plein ainsi qu a une électrovanne d'admission d'eau chaude et on mesure en permanence le pH des produits en cours de fermentation dans la cuve au moyen d'une sonde commandant une vanne contrôlant un circuit de décharge dans la cuve d'un produit régulateur de pH. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description ci-dessous faite en référence aux dessins annexés qui montrent, h titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. I est une vue schématique d'une installation pour la mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La fig. 2 est une vue schématique illustrant une variante de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. I montre un premier exemple de réalisation d'une installation de production en continu de gaz utile h partir de produits résiduaires plus particulièrement constitués par des déchets végétaux et animaux, tels que ceux formés par des fumiers, lisiers et autres déchets. L'installation comprend une cuve de fermentation I munie, en partie basse, d'une vidange 2 et, en partie haute, d'un trou d'homme 3 normalement fermé par une plaque d'accès 4 associée a un dispositif d'étanchéité non représenté. La plaque 4 supporte une conduite 5 d'amenée de produits résiduaires a traiter qui peuvent être délivrés directement depuis leur lieu de production ou d'extraction ou après un traitement de granulation ou déchiquetage tel qu'un broyage.La conduite 5 communique ainsi en partie haute, soit directement avec un convoyeur d'amenage 6, soit avec une cellule de broyage 7. Dans les deux cas, la partie haute de la conduite 5 est de préférence reliée a une capacité tampon 8 qui est chargée d'assurer une alimentation régulière de la cuve 1. La section de passage de la conduite d'amenée 5 est contrôlée par une électro-vanne 9 dont la commande en ouverture est placée sous la dépendance d'un compteur a gaz 10 qui est interposé sur une canalisation d'évacuation 11 s'élevant aussi a partir de la plaque 4 du trou d'homme 3. De préférence, le compteur a gaz 10 est précédé par un purgeur 12 permettant de mettre la canalisation il à l'air libre en début de phase de fermentation, notamment pour permettre l'évacuation des vapeurs d'eau et des gaz non inflammables préliminaires. L'électro-vanne 9 est chargée de piloter en ouverture une électro-vanne 13 qui est disposée sur une conduite de trop-plein 14 dont-l'implantation sur la cuve I est déterminée en fonction de la charge maximale admissible de produits résiduaires à l'intérieur de la cuve 1, en vue du déroulement correct du processus de fermentation anaérobie. L'électro-vanne 9 est chargée, de façon semblable, de piloter en ouverture une électro-vanne 15 qui est disposée sur une canalisation 16 d'admission d'eau chaude devant etre délivrée à l'intérieur de la cuve 1. Dans l'exemple illustré, la canalisation 16 est implantée sur la conduite 5 en aval de l'êlec- tro-vanne 9. L'électro-vanne 15 est également pilotée en fermeture par l'intermédiaire de l'électro-vanne 9 qui est placée sous la dépendance, d'une part, du compteur à gaz 10 et, d'autre part, d'une sonde 17 de détection d'acides gras volatils plongeant en permanence dans la cuve I en étant située en-dessous du niveau maximal déterminé par la canalisation de trop-plein 14. La vanne d'admission d'eau chaude 15 est par ailleurs placée sous la dépendance d'une sonde thermique 18 qui est implantée sur la cuve I de manière à mesurer en permanence la température du milieu subissant la fermentation anaérobie à l'intérieur de la cuve 1. Selon une autre disposition constructive de l'invention, la cuve I supporte une sonde 19 plongeant en permanence dans le milieu subissant la fermentation anaérobie et chargée de mesurer le pH de ce milieu. La sonde 19 commande en ouverture et en fermeture une électro-vanne 20 contrôlant un circuit de décharge 21 prolongeant une capacité 22 de stockage d'un produit régulateur de pH tel que C03NaH. Le procédé de production en continu de gaz à partir de produits résiduaires, tels que des dechets d'origine végétale et animale, en particulier du fumier et du lisier, se déroule de la façon suivante La cuve 1 est initialement chargée en produits fermentescibles jusqu'au niveau de remplissage maximal et lors d'une première mise en route de l'installation, une activation de la fermentation anaérobie peut être prévue en prévoyant d'ensemencer le milieu avec un apport de bactéries ou microorganismes. Lorsque le processus de fermentation anaérobie se développe, le compteur à gaz 10 mesure la quantité de gaz produite et détecte le seuil inférieur admissible de cette production pour commander l'ouverture de l'electro- vanne 9.Une admission de produits résiduaires est ainsi autorisée à l'intE- rieur de la cuve 1 pour compléter la charge de produits en cours de fermentation et permettre ainsi de retrouver des conditions optimales de production de gaz utile. L'ouverture de l'électro-vanne 9 a pour effet de commander l'ou- verture de la vanne de trop-plein 13 de manière à permettre l'évacuation dtune quantité correspondante de produits ayant déjà subi la fermentation anaérobie, de telle sorte qu'un remplissage maximal de la cuve 1 est ainsi maintenu en vue d'une production optimale de gaz utile. Simultanément aux opérations ci-dessus, l'électro-vanne 9 ouvre l'électro- vanne 15 qui permet l'admission d'une quantité utile d'eau chaude lorsqu'un tel apport est jugé néces-saire pour provoquer la dilution de la charge de produits reçus par l'intermédiaire de la capacité tampon 8. Dans des conditions normales, l'ouverture de l'électro-vanne 9 intervient également lorsque la sonde 17 détecte le seuil retenu de concentration en acides gras et, dans un tel cas, une charge de produits résiduaires non fer mentés est alors introduite comme précédemment dans la cuve de fermentation 1. Il y a lieu de noter que si les conditions optimales de déroulement de la phase de fermentation anaérobie subissent des -modifications de température, une-remise en état de ces conditions intervient automatiquement par l'intermédiaire de la détection de la sonde thermique 18 qui commande l'ouverture de ltélectro-vanne 15 permettant l'admission d'une quantité utile d'eau chaude ré-introduite dans le milieu en cours de fermentation, même si la vanne 9 est fermée. Il peut être prévu de dissocier les deux fonctions de dilution et de maintien en température assumées par l'eau chaude et de mettre en oeuvre pour la seconde, par exemple, un gaz chaud circulant dans un serpentin traversant la cuve et provenantjnotamment de l'échappement d'un moteur thermique utilisant le gaz produit pour son fonctionnement. De même, si au cours du déroulement de la phase de fermentation,la sonde 19 détecte une variation du pH du milieu en cours de fermentation et, notamment, une tendance à l'acidité, l'ouverture de l'électro-vanne 22 permet d'admettre une dose de produit régulateur chargé de ramener le pH aux environs du taux recherché, par exemple 7. Les différentes conditions ci-dessus permettent de constater que le déroulement optimal de la phase de fermentation anaérobie est exactement contrôlé par l'intermédiaire des sondes et des vannes commandées initialement par la mesure de la production de gaz, de sorte qu'une installation comme celle décrite ci-dessus peut fonctionner en continu sans l'aide d'un personnel de conduite à partir du moment où la cellule tampon 8 possede une réserve d'alimentation suffisante pour compenser l'intermittence d'alimentation éventuelle par l'intermédiaire du convoyeur 6.Il en résulte une production continue de gaz utile, une plus grande facilité de conduite, un moindre entretien et surtout l'absence de toute manipulation et manutention en début et en fin de phase de fermentation anaérobie, comme cela se produit dans les installations conçues pour permettre une fermentation d'une charge prédéterminée de déchets résiduaires. A titre d'exemple, on fournit ci-après les conditions de déroulement du processus pour des produits résiduaires constitués par du lisier de porcs. Pour assurer le traitement en continu de 1000 kilos de lisier dilués dans 80 % en poids d'eau et obtenir une production de gaz utile par une fermentation anaérobie se déroulant pendant 60 jours, il convient de réunir les conditions suivantes - température à l'intérieur de la cuve : 370C - pH 7 - taux d'acides gras volatils inférieur à 17 micro-molécules/millilitre comprenant 0,3 d'acide acétique et 16,7 d'acide propianique. Le traitement de 1000 kilos de lisier permet de récupérer 60m3 de gaz utile comprenant - 42 % de CO2 - 0,2 % de CNHN - 1,2 % de 02 - 0,2 % de CO - 54,4 z de CH4 - 2 % de N. Le gaz ainsi obtenu se caractérise par les points suivants - calories m3 : 5400 - poids spécifique en Kgs/m3 : 1,6 - densité par rapport a l'air : 0,98. En p1 IIS des 60m3 de gaz récupéré, il faut noter que le traitement par fermel1t.l ..aerobie permet de récupérer 90 % en poids de déchets liquides qui peuvent être utilisés a la sortie du tuyau de trop-plein 14, soit en tant qu'épandage pour l'amendement de sol, soit, après séchage, pour former des fumures ou des aliments pour le bétail. Pour Im3 de déchets liquides, on obtient - 120 kgs de matières sèches comprenant environ - 95,30 t. d'humus - 2,34 % d'azote - 2,01 % de phosphate - 0,35 % de potasse. Les essais ont permis dè constater que des productions de gaz de l'ordre de 120 et 150m3 pouvaient être obtenues en traitant dans des conditions semblables des déchets de paille et de bois respectivement. L'installation décrite ci-dessus concerne le traitement de produits résiduaires du type lisier ou fumier, mais l'objet de l'invention est également a même de permettre le traitement d'effluents liquides, tels que les eaux usées ou encore les résidus de l'industrie laitière. La fig. 2 montre que, dans un tel cas, le convoyeur 6 est remplacé par une conduite d'amenée d'effluents liquides jusque dans la capacité tampon 8 dont le contenu est délivré par l'intermédiaire de l'électro-vanne 9 à l'intérieur de la cuve I selon les mêmes conditions que celles définies précédemment. Le tuyau de trop-plein 14 est, dans cet exemple, prévu pour assurer l'alimentation d'une cuve de décantation 24 qui est munie en partie haute d'un déversoir de rejet-25 et, en partie basse, d'une pompe 26. La pompe 26 est destinée à prélever, sous l'appréciation d'un détecteur de niveau 27, les boues se décantant dans la cuve 24 pour les renvoyer dans une cuve de stockage 28. La pompe 26 est également chargée de prélever les boues de la cuve de stockage 28 lorsque le niveau de cette derniere atteint le seuil maximal considéré et de recycler ou de refouler lesdites boues à l'intérieur de la cuve 1 par l'intermédiaire d'une conduite de retour 29.De cette façon, les boues utiles et/ou nécessaires au bon déroulement du processus de fermentation anaérobie restent incluses dans un circuit ,1ne et une concentration favorable au bon déroule ment du processus peut ainsi être maintenue en minimisant les pertes. Dans le même but, il peut être avantageusement prévu de disposer à l'in térieur de la cuve i, quel que soit le type de déchets traités, des pieges a bactéries ou micro-organismes chargés de retenir ces derniers à l'intérieur de la cuve pour éviter leur évacuation lors de l'ouverture de la vanne 13 de trop-plein. Une installation du type de celle illustrée par la fig. 2 peut être mise en oeuvre pour traiter, par exemple, du lacto-sérum provenant d'une installation de transformation de produits laitiers. Le traitement de 1000 litres de lacto-sérum par 24 heures peut être obtenu en prévoyant de maintenir les conditions suivantes - température 370C - pH 7 - teneur en acides gras volatils inférieure à 17 micro-molécules par millilitre. Le maintien des conditions ci-dessus permet de récupérer 37 a 40 litres de gaz par litre de lacto-sérum, ledit gaz ayant les mêmes composants et proportions que ceux indiqués précédemment pour ce qui concerne l'exemple de traitement de lissier. A la suite du traitement ci-dessus, on récupere, pour 1000 litres de lacto-sérum traité, environ de 5 x a 8 % de boues qui peuvent être utilisées en amendement de sol,et de 92 % à 95 % d'eau pouvant être directement rejetée, étant donné que la DB05 présente une valeur de 333 par rapport à une valeur de 31600 normalement trouvée en cas de rejet sans traitement ou aussi, dans le cas de laiterie, notamment, directement recyclée dans les chaudières de production de vapeur. Un traitement plus rapide des produits résiduaires peut être obtenu et ramené à 45 jours pour le lisier et à 20 heures pour le lacto-sérum en maintenant une température de 550C. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détail car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier, bien que cela ne soit pas représenté, il peut être envisagé de prévoir une alimentation en eau chaude de la capacité tampon de manière à réaliser une pré-dilution des produits à traiter avant leur introduction dans la cuve de fermentation 1. REVENDICATIONS 1. Procédé de production en continu de gaz à partir de produits résiduaires, caractérisé en ce qu on alimente périodiquement une cuve, chargée en produits résiduaires en fermentation3 par une vanne placée sur une conduite d'amenée de produits résiduaires à traiter, on commande l'ouverture de cette vanne par un compteur à gaz disposé sur une canalisation d'évacuation de gaz prévue à la partie supérieure de la cuve, on controle le temps d'ouverture de ladite vanne au moyen d'un détecteur d'acides gras volatils disposé dans la cuve, on couple l'ouverture de la vanne à une vanne de trop-plein, on maintient et les produits dans la cuve à température constante,/ on mesure en permanence le pH des produits en cours de fermentation dans la cuve au moyen d'une sonde commandant une vanne contrôlant un circuit de décharge dans la cuve d'un produit régulateur de pH. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise l'électro-vanne d'admission de produits pour piloter une électro-vanne d'admission d'eau de dilution. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise l'eau de dilution pour maintenir les produits à température constante par une sonde thermique agissant sur l'électro-vanne. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on assure l'alimentation de la cuve à partir d'une capacité tampon. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on capte les bactéries de fermentation par des pièges pour éviter leur evacuation par la vanne de trop-plein. 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on récupère les produits évacués par le trop-plein dans une cuve de décantation munie, en partie haute, d'un déversoir de rejet et, en partie basse, d'une pompe de refoulement de boues dans une cuve de stockage et de reprise desdites boues depuis la cuve en vue de leur réintroduction dans la cuve de fermentation. 7 - Installation pour la production en continu de gaz-.à partir de produits résiduaires comprenant une cuve de fermentation équipée d'une vidange, d'un orifice de remplissage et d'une canalisation d'évacuation de gaz, caractérisée en ce que - l'orifice de remplissage communique avec une conduite d'amenée contrôlée par une vanne, - la canalisation d'évacuation de gaz est munie d'un compteur à gaz com mandant l'ouverture de la vanne d'amenée, - la vanne d'amenée est commandée en fermeture par une sonde de détection d'acides gras volatils, - la cuve est équipée d'une sonde de contrôle thermique agissant sur un moyen régulateur de température, - la cuve contient une sonde de mesure du pH des produits commandant une vanne de contrôle d'un circuit de décharge d'un produit régulateur stocké extérieurement à la cuve. 8. Installation selon la revendication 7, caractérisé en ce que la cuve est équipée d'un circuit d'admission d'eau chaude de dilution et de régulation de température. 9. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la cuve de fermentation contient des pièces à bactéries. 10. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le trop-plein de la cuve aboutit à une cuve de décantation munie, en partie haute, d'un déversoir de rejet et, en partie basse, d'une pompe de refoulement des boues dans une cuve de stockage et de reprise desdites boues depuis la cuve de stockage en vue de leur ré-introduction dans la cuve de fermentation.