Brevet FR2470161A1 — publié le 19810529

La présente invention concerne un dispositif de fermentation anaérobie en continu d'une masse hétérogène solide ou liquide contenant plus de 10 % de matières sèches. Ce dispositif s'applique en particulier à la fermentation méthanique. Cette fermentation est un processus complexe qui se déroule en milieu anaérobie grâce à des populations complémentaires de microorganismes et qui donne lieu à la formation d'un gaz contenant du méthane et du gaz carbonique (C02). Cette fermentation est faiblement exothermique et pour obtenir un bon rendement la masse fermentée doit avoir une température de 35 à 370. Sous les climats tempérés il est donc en général nécessaire de chauffer la masse à fermenter. Le dispositif de la présente invention permet de traiter des masses hétérogènes solides ou liquides contenant plus de 10 % de matières sèches. Il s'applique aux masses fermentables d'origine urbaine ou agricole telles que les ordures ménagères, les fumiers d'élevage contenant les éléments de la litière, par exemple de la paille, la pulpe de betterave, ou les algues marines. I1 était connu jusqut présent de traiter ces masses hétérogènes en discontinu par cuvées successives. Mais dans ce cas il est nécessaire d'inoculer chaque nouvelle masse à traiter et de relancer après chaque opération de déchargement ou chargement le processus de fermentation aboutissant à la méthanogénèse. D'autre part il est connu de traiter des substrats liquides par des systèmes de pompage. Ces procédés sont difficilement applicables au traitement de substances hétérogènes car il est nécessaire d'effectuer un broyage pour éliminer les solides hétérogènes qui boucheraient et bloqueraient les installations. Les dépenses de broyage nécessaires pour obtenir un produit fluide sont très élevées. Le problème à résoudre était donc de trouver un dispositif de fermentation anaérobie d'une masse hétérogène qui fonctionne en continu et qui soit étanche au gaz obtenu par fermentation. La présente invention concerne un dispositif qui permet de résoudre ce problème. La présente invention concerne un dispositif de fermentation anaérobie en continu d'une masse hétérogène solide ou liquide contenant plus de 10 z de matieres seches comportant une chambre de fermentation fermée munie d'un dispositif d'évacuation du gaz, d'un dispositif d'introduction de la masse à traiter et d'un dispositif de soutirage de la masse fermentée et éventuellement d'un dispositif de chauffage caractérisé par le fait qu' il comporte un premier sas hydraulique d'alimentation constitué par un bac contenant du liquide dans lequel plonge une cloison ne touchant pas le fond du bac, l'une des parois du bac étant constituée par la paroi de la chambre de fermentation et la cloison par une partie du toit de la chambre de fermentation, le sas étant muni d'un dispositif d'alimentation mécanique et d'un contrôleur de niveau, et un second sas hydraulique de soutirage également constitué par un bac contenant du liquide dans lequel plonge une cloison ne touchant pas le fond, une paroi et la cloison étant constituées par les parois inférieures de la chambre de fermentation, le second sas étant muni d'un dispositif de soutirage mécanique. La présence des sas hydrauliques empêche l'échappement du gaz de fermentation, la pression de gaz que l'on souhaite obtenir étant contrôlée par la hauteur de liquide dans le sas hydraulique. D'autre part il est possible d'introduire à travers la partie inférieure du sas, sous Ba cloison séparant le sas en deux compartiments, des substances hétérogènes sans qu' il y ait de bouchage. Selon la présente invention la matière à traiter est alimentée dans le premier sas, pénètre dans la chambre de fermentation et après un séjour dans celle-ci ressort à travers le second sas. I1 est le plus souvent nécessaire que les niveaux de liquide dans les deux sas soient contrô- lés. En effet la matière première introduite va, en fonction de sa teneur en matière sèche et de son pouvoir de rétention, absorber une plus ou moins grande quantité du liquide contenu dans le premier sas. De plus, souvent le dispositif d'introduction mécanique va, par effet de pompage ou par suite de projections, introduire une partie du liquide du sas dans la chambre de fermentation. Le niveau du liquide dans le premier sas a donc tendance à baisser.Il est donc nécessaire de le contrôler et de réintroduire du liquide pour ramener ou maintenir le niveau désiré dans le sas. Une fraction du liquide provenant du premier sas est absorbée par la matière en fermentation mais le plus souvent l'autre partie est recueillie au fond de la chambre de fermentation et vient compléter la masse liquide du sas de soutirage. D'autre part lorsque la masse en fermentation est chauffée à l'aide d'un liquide caloporteur une fraction de ce liquide vient également compléter le niveau du liquide dans le sas de soutirage. Par conséquent le niveau de ce liquide a rarement tendance à diminuer. Cependant il peut être préférable d'introduire également un contrôleur de niveau dans les cas où la quantité de liquide soutirée avec la substance fermentée est élevée ou lorsque l'évaporation est importante. Selon la nature de la matière première traitée le liquide ajouté pour maintenir le niveau dans les sas sera constitué par de l'eau claire ou toute autre solution compatible avec la matière traitée. Il peut être préférable d'introduire dans le premier sas une solution contenant un inoculum pour faciliter la fermentation. Dans le cas où la masse en fermentation est chauffée à l'aide d'un liquide caloporteur on peut également compléter le niveau à l'aide d'une fraction de ce liquide caloporteur. Dans ce cas le contrôleur de niveau du sas d'alimentation est relié à une dérivation de la conduite d'alimentation en liquide caloporteur. Le contrôleur de niveau peut être de tout type connu tel que contrôleur à flotteur, à bullage ou à écho. Les dispositifs d'alimentation mécaniques contenus dans les sas d'alimentation et de soutirage doivent d'une part être adaptés à la forme géométrique du sas, d'autre part à la forme physique de la masse traitée. Ces dispositifs peuvent être soit des chaînes ou des dragues à racoleurs, à godets ou à doigts de fourche, soit un système à tambour muni de pales, de doigts de fourche ou d'ergots, soit un système à vis d'Archimède gaveuse ou à bouclier à vérin, soit un système à lames de type chasse-neige. La forme géométrique de la chambre de fermentation peut être quelconque. La chambre de fermentation comporte de préférence une paroi latérale inclinée de façon à faciliter l'écoulement de la masse en fermentation. Elle comporte également un toit dont une partie est inclinée ou verticale de façon à former la cloison du premier sas hydraulique. Le toit est également muni d'un dispositif de fermeture étanche aux gaz comportant une conduite de soutirage du gaz de fermentation. Les parties inférieures des parois latérales forment respectivement une paroi et la cloison du sas de soutirage. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention la chambre de fermentation a une forme allongée, le sas d'alimentation et le sas de soutirage ayant une forme de canal et étant reliés aux côtés-longs de la chambre de fermentation. Dans ce cas il est préférable, pour équilibrer 1' apport de matière première et le soutirage de matière fermentée, que les dispositifs de chargement ou de déchargement soient mobiles et puissent se déplacer le long de la chambre de fermentation. Dans ce but les dispositifs de chargement et de déchargement sont, par exemple, montés sur des chariots à translation manuelle ou motorisée. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention le dispositif mobile de chargement et/ou de déchargement circule dans un sas rempli d'eau claire et il est dans une enceinte, fermée,isolée du sas d'eau claire. Dans ce but le dispositif mobile de chargement comporte également un sas hydraulique dont le niveau est contrôlé. Un siphon embarqué permet par exemple de prélever la quantité de liquide nécessaire dans le sas rempli d'eau claire. La description donnée ci-dessous à titre non limitatif permettra de mieux comprendre l'invention. La figure 1 représente en coupe verticale un dispositif de fermentation selon l'invention. Les figures 2 à 4 représentent schématiquement différents types de dispositifs mécaniques d'introduction de la masse à fermenter. Les figures 5 et 6 représentent schématiquement un mode de réalisation particulier d'un dispositif d'alimentation mobile. Le dispositif de fermentation selon l'invention représenté sur la figure 1 comporte un premier sas hydraulique d'alimentation en masse a traiter (1), une chambre de fermentation (2) et un deuxième sas de soutirage de la masse fermentée (3). Le premier sas est constitué par un bac comportant une paroi latérale de retenue (4) et une paroi (6) commune avec la chambre de fermentation (2). La cloison du sas est constituée par une partie du toit (5). Dans ie mode de réalisation représenté sur la figure 1 le chargement de la masse à traiter est effectué à l'aide d'une chaîne à doigts de fourche (12).D'autres dispositifs de chargement sont possibles : tambour muni d'ergots (Fig. 2), ensemble de deux tambours tournant dans le même sens et situés dans chaque compartiment du sas (Fig. 4), vis d'Archimède (Fig. 3 > La chambre de fermentation (2) est fermée par un couvercle étanche dans lequel sont prévus des départs de conduite vers un gazomètre de stockage du gaz. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1 l'étanchéité est obtenue par des joints hydrauliques (10). Dans la chambre de fermentation (2) une partie de la paroi (6) est inclinée de façon à faciliter l'écoulement de la masse traitée vers la partie inférieure de la chambre de fermentation et le sas hydraulique de soutirage (3). Cette paroi (6) constitue également une des parois du sas hydraulique (3).La paroi (7) de la chambre de fermentation qui est verticale dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, constitue la cloison interne du sas hydraulique (3). Le dispositif mécanique d'extraction représenté sur la figure 1 est constitué par une drague à fourche (8). L'aire d'égouttage (9) de la masse fermentée est faiblement inclinée de façon à faciliter le recyclage des égouttures. Les figures 5 et 6 représentent schématiquement un sas hydrauli que d'alimentation (1) contenant un-dispositif mobile de chargement. La figure 5 est une vue latérale et la figure 6 une vue en coupe verticale. Le dispositif mobile de chargement est constitué par une cuve en forme de siphon (11) qui peut se déplacer latéralement dans le sas (1). Dans le mode de réalisation représenté le dispositif d'introduction (12) est constitué par un tambour muni d'ergots. Un siphon embarqué (13) permet dk maintenir l'équilibre des niveaux entre le sas (1) et la cuve mobile (11). Selon le mode de réalisation schématisé sur la figure 5 le niveau de liquide du sas (1) est contrôlé par un flotteur((14). Le dispositif de fermentation peut être construit en béton, en maçonnerie, en chaudronnerie de tôles d'acier ou en matière plastique rigide ou souple. il suffit que le matériau utilisé assure l'étanchéité. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de fermentation anaérobie en continu d'une masse hétérogène solide ou liquide contenant plus de 10 % de matières sèches comportant une chambre de fermentation fermée munie d'un dispositif d'évacuation du gaz formé, d'un dispositif d'alimentation de la masse à traiter, d'un disposi tif de soutirage de la masse fermentée, et éventuellement d'un dispositif de chauffage caractérisé par le fait qu'il comporte un premier sas hydrau lique d'alimentation constitué par un bac contenant du liquide dans lequel plonge une cloison ne touchant pas le fond du bac, l'une des parois du bac étant constituée par la paroi de la chambre de fermentation et la cloison par une partie du toit de la chambre de fermentation, ce premier sas étant muni d'un dispositif d'alimentation mécanique et d'un contrôleur de niveau, et un second sas hydraulique de soutirage également constitué par un bac contenant du liquide dans lequel plonge une cloison ne touchant pas le fond, une paroi et la cloison du sas étant constituées par les parois inférieures de la chambre de fermentation, ce second sas étant muni d'un dispositif de soutirage mécanique. 2/ Dispositif de fermentation anaérobie selon la revendicationlcomportant un système de chauffage par liquide caloporteur caractérisé par le fait que le contrôleur de niveau du sas hydraulique d'alimentation est relié à une dé rivation de la conduite d'alimentation en liquide caloporteur. 3/ Dispositif de fermentation anaérobie selon les revendications 1 ou 2 carac térisé par le fait que la chambre de fermentation a une forme allongée, que les sas d'alimentation et de soutirage ont une forme de canal et sont reliés aux côtés longs de la chambre de fermentation et que les dispositifs de chargement et de déchargement sont mobiles le long de la chambre de fermen tation. 4/ Dispositif de fermentation anaérobie selon la revendication 3 caractérisé par le fait que les dispositifs de chargementet/ou déchargement sont dans une enceinte fermée isolée du sas d'alimentation et/ou soutirage et compor tatégalement un sas hydraulique contenant un dispositif de contrôle du ni veau.