Brevet FR2471124A1 — publié le 19810619

Domaine technique. La présente invention concerne un procédé de I-rmentatlon anaérobie de lisier dans une cuve ou digesteur cylindrique à axe horizontal comprenant un agitateur central à palettes dont l'axe traverse ladite cuve sur toute sa longueur, le niveau du lisier dans la cuve étant tel que l'extrémité des palettes émerge dudit lisier quand elles passent dans la partie supérieure de la cuve, ladite cuve comprenant en outre, - à un bout, une entrée de lisier à fermenter avec un contrôle du débit, - à l'autre bout, une sortie de lisier digéré avec un controle de débit, - à la partie supérieure, une évacuation du gaz, - des moyens d'isolation extérieurs, - des moyens de réchauffage de la masse de lisier, ladite cuve ayant un volume proportionnel au débit de lisier et au temps nécessaire à la digestion. Elle concerne aussi l'appareil permettant de mettre en oeuvre ledit procédé. Problème posé. Les digesteurs à lisier sont destinés à la fermentation anaérobie du lisier pour le rendre inodore, en extraire le méthane et/ou d'autres hydrocarbures et l'utiliser comme engrais agricole sans les inconvénients du lisier frais qui résultent essentiellement dans un dégagement d'odeurs désagréables. Ces digesteurs sont constitués généralement de capacités fermés, appelées aussi cuves de fermentation, qui sont construites en acier, en ciment armé, en matière plastique ou en tout autre matériau. Dans ces cuves, on introduit le lisier, soit à l'état brut, soit après avoir subi une première oxydation. Après un certain temps de fermentation anaérobie, pendant lequel on recueille le gaz, le lisier est extrait de la cuve et peut être utilisé sans pollution ni odeur désagréable. I1 faut toutefois réaliser une fermentation homogène de l'ensemble car autrement il se forme des croûtes à la surface des matières liquides avec des poches de gaz qui en se dégageant brutalement, peuvent provoquer des accidents. I1 faut aussi s'arranger pour que les bactéries intervenant lnrs de la fermentation agissent méthodiquement car, tout au long de cette fermentation, apparaissent des bactéries différentes qui sont parfois antagonistes. I1 faut donc assurer un certain brassage de la matière mais il faut aussi que ce brassage ne bouleverse pas celre-ci au point de mélanger le lisier frais injecté dans la cuve avec le lisier déjà traité par les bactéries.En d'autres termes, il faut éviter les circuits préférentiels à l'inté- rieur de la cuve pour laisser s'opérer méthodiquement la fermentation et soutirer un lisier complètement traité. Etat de la technique antérieure et inconvénients. On pourra se faire une idée de ce qui se fait Jusqu'd présent à la-lecture de l'ouvrage de Monsieur Bernard LAGRANGE édité par EDISUD à La Calade 13100 AIX-EN-PROVENCE, et qui a pour titre BIOMETHANE ; les pages 228, 229 et 23G du Tome 2 de cet ouvrage citent une cinquantaine de brevets français traitant du sujet. Les appareils décrits sont divisés en systèmes continus et en systèmes discontinus. La présente invention peut être considérée comme étant du type continu. Le dernier brevet cité dans cet ouvrage parmi les systèmes continus est le brevet français 2.272.726 qui est représentatif de l'état de la technique la plls récente. Outre le fait que la réalisation décrite est très complexe et par conséquent onéreuse. à cause de la présence de plusieurs dispositifs d'agitation et de brassage des substances solides de différentes densité, il existe une grande partie du volume de la cuve qui n'est pas affectée par le brassage des agitateurs et à travers lequel s'établissent des circuits préférentiels.Par conséquent, on n'est jamais sûr que la partie du lisier extraite soit justement celle qui. a subi le traitement nécessaire et qui ne contiennent aucune partie de lisier plus frais qui n'a pas subi le traitement suffisant. I1 s'ensuit que le lisier extrait n'est pas toujours entièrement digéré et qu'il subiste une odeur désagréable qui ne s'élimine qu'après plusieurs jours d'épendage. En outre, si l'on considère, comme on l'a vu précédemment, que certaines catégories peuvent avoir des actions antagonistes, le brassage de lisier frais avec du lisier déjà traité au sein de la cuve dans la masse en fermentation met en présence ces bactéries, ce qui retarde le processus de fermentation. Si l'on veut obtenir une fermentation convenable il faut alors augmenter considéra- blement les dimensions de l'appareil, ce qui en augmente le prix de revient. Dans d'autres réalisations, qui ont été décrltes et sur lesquelles il serait trop long de revenir, on prévoit plusieurs cuves successives pour les différents stades de la fermentation à savoir, d'abord une fermentation aérobie, puis plusieurs cuves de fermentation anaérobie avec chacune leur dispositif d'admission, d'évacuation, de brassage, de réchauffage, etc... I1 est bien certain que ces installa tions sont beaucoup trop couteuses surtout, si l'on considère qu'elles doivent pouvoir s'appliquer à des exploitations agricoles, par exemple. dont le volume à traiter et les moyens financiers, sont limités. La présente invention est destinée à remédier à ces inconvénients. Exposé de l'invention. Le procédé de l'invention est caractérisé essentiellement par le fait qu'on s'arrange pour brasser toute la masse de lisier avec l'agitateur tout en évitant toute progression horizontale des différentes strates de lisier à des vitesses différentes de façon à extraire le gaz dudit lisier dont tous les éléments ont subi le temps de digestion nécessaire et suffisant. Plus précisément, le lisier est brassé par les agitateurs perpendiculairement à son sens d'écoulement de façon que chaque tranche verticale de matière dans le digesteur se trouve au meme stade d'évolution homogène en évitant les mélanges entre ces différentes tranches. D'autre part, l'appareil permettant de mettre en oeuvre le procédé qui vient d'être défini est caractérisé principalement par le fait que les pales de l'agitateur présentent, en combinaison, les caractéristiques suivantes a) elles balayent la quasi totalité de la section de la cuve, b) elles ont une partie perpendiculaire à leur sens de déplacement et au moins une partie inclinée pour que leur déplacement provoque un reflux ou tout au moins une poussée du lisier vers le fond de la cuve du côté de l'admission pour s'opposer, normalement à la progression du lisier vers la sortie autre que la progression provoquée par la pompe d'alimentation. Suivant une forme préférée de réalisation, les pales ont une section en Z dont la partie droite médiane est parallèle à l'axe de l'agitateur et dont les autres parties droites sont convenablement orientées pour faire refluer le lisier vers l'admission. On pourrait réaliser une alimentation continue de la pompe avec, simultanément, une évacuation continue, mais on préfère employer un dispositif programmateur automa tique actionnant les cycles des séquences et du fonctionnement de la vanne de sortie, de la pompe de distribution et, éventuellement de l'agitateur, en fonction du volume inclus dans la cuve, ainsi que le réchauffage de la cuve. Solution au problème, avantages et résultat industriel. Dans le digesteur de 1 ' inventlon, les différentes tranches de masse en fermentation se déplacent parallèlement à elles-memes depuis le fond de la cuve située à côté de l'admission jusqu'd l'autre fond de la cuve situé du côté de la sortie. Etant donné la forme et l'action des pales de l'agitateur, les masses en fermentation passent d'un stade à un autre sans qu'il y ait mélange entre elles et on obtient, près de la sortie, des masses homogènes, complètement digérées. La digestion étant complète, on récupère la quantité maximum de gaz et le lisier peut être épandu sans dégager d'odeurs désagréables. Par ailleurs la construction de l'appareil de l'invention est relativement simple et d'un prix de revient très abordable. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante qui en donne un exemple non limitatif de réalisation pratique et qui est illustré par les dessins joints. Brève description des figures. Dans ces dessins La figure 1 est une coupe longitudinale verticale schématique de l'ensemble de la cuve de l'invention dans laquelle on a fait abstraction du calorifuge pour augmenter la clarté. La figure 2 est une coupe transversale de la cuve suivant I-I de la figure 1. La figure 3 est une vue en bout d'une pale de l'agitateur de la cuve. Description d'un mode de réalisation. Le digesteur est constitué d'une cuve ou réservoir 1, de forme générale cylindrique de révolution et horizontale. I1 peut ëtre construit en métal, en ciment armé, en matière plastique ou de tout autre façon et matière. Ses parois sont partiellement doublées de jaquettes 9 où circulent un fluide destiné au réchauffage nécessaire à la bonne digestion des matières. Si on le veut, les jaquettes 9 peuvent recouvrir la totalité de la surface desdites parois. L'ensemble est recouvert d'un calorifuge 10. A l'intérieur du réservoir ou cuve 1, tourne un axe 7 soutenu par deux paliers 12 et 16 et entraîné à une extrémité par un moteur-réducteur ll-et un train d'engrenages 17. Si la cuve ou réservoir 1 a besoin d'être relativement longue, l'axe 7 est soutenu par plusieurs paliers intermédiaires qui sont tous convenablement lubrifiés. Sur l'arbre 7 sont fixés des pales 8 dont la section en Z avec une partie droite 18 parallèle à l'axe 7 et deux autres parties droites 19 et 20 convenablement orientées pour faire refluer le lisier dans le sens de la flèche 21 alors que normalement, le sens d'écoulement de celui-ci s'effectue dans le sens de la flèche 22 qui est répété en 23 à la figure 1, tout ceci lorsque l'axe 7 tourne dans le sens des flèches 24 et 25. Le lisier est pompé dans une citerne 26 par la pompe 4 et il est refoulé dans l'embout d'entrée 2 à la base d'une extrémité du réservoir ou cuve 1. I1 est évacué à l'autre bout du réservoir par l'embout 3 dont le débit est contrôlé par la vanne de sortie 5. Une che minée d'équilibre 27 est branchée sur l'embout 3 et s'élève nettement au-dessus de la cuve ou réservoir 1 qui est maintenu sous une pression de l'ordre de 0,2 bar. A la partie supérieure de la cuve ou réservoir 1 plusieurs conduites 13 évacuent le gaz dégagé au sein de la matière à digérer 6 pour le diriger vers un gazo mètre (non représenté). La cuve ou réservoir 1 comporte également un ou plusieurs trous d'homme 14 ainsi qu'un orifice de vidange 15, à la partie inférieure. La commande de la pompe 4, du moto-réducteur 11, de la vanne 5 et du dispositif de chauffage des jaquettes 9 peut être réalisée manuellement. Toutefois, cette commande peut être automatisée par un programmateur. La taille de l'appareil dépend du débit du lisier à traiter. Il faut tenir compte que la digestion dure une vingtaine de jours. Pour un débit de 2,5 m3 par jour, ce qui est classique dans une ferme moyenne, il faudra donc prévoir une cuve ou réservoir 1 de 90 m3. REVENDICATIONS 1 / Procédé de fermentation anaérobie de lisier dans une cuve ou digesteur cylindrique à axe horizontal comprenant un agitateur central à palettes dont l'axe tra verse ladite cuve sur toute sa longueur, le niveau du lisier dans la cuve étant tel que l'extrémité des palettes émerge dudit lisier quand elles passent dans la partie supérieure de la cuve, ladite cuve comprenant en outre, - à un bout, une entrée de lisier à fermenter avec un contrôle du débit, - 8 l'autre bout, une sortie de lisier digéré avec un contrôle de débit, - à la partie supérieure, une évacuation du gaz, - des moyens d'isolation extérieurs, - des moyens de réchauffage de la masse de lisier, ladite cuve ayant un volume proportionnel au débit de lisier et au temps nécessaire à la digestion, c a r a c t é r i s Q par le fait qu'on s' arrange pour brasser toute la masse de lisier avec l'agitateur tout en évitant toute progression horizontale des différentes strates de lisier à des vitesses différentes de façon à extraire le gaz dudit lisier dont tous les éléments ont subi le temps de digestion nécessaire et suffisant. 2 / Procédé de fermentation anaérobie, tel que défini dans la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait que le lisier est brassé par des agitateurs perpendiculairement 8 son sens d'écoulement de façon que chaque tranche verticale de matière dans le digesteur se trouve au meme stade d'évolution homogène en évitant les mélanges entre ces différentes tranches. 30/ Appareil permettant de mettre en oeuvre le procédé, tel que défini d-ans l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, prise isolement, se composant d'une cuve cylindrique de révolution à axe horizontal comprenant un agitateur central dont l'axe, colncidant avec celui de la cuve, traverse toute la longueur de celle-ci en étant supportée au moins par deux paliers d'extrémité traversant les fonds de la cuve, ledit agitateur étant entraîné en rotation par un train d'engrenages et un moto mréducteur, et ladite cuve comprenant, en outre, - à un bout une admission de lisier à traiter contrôlée par une pompe d'alimentation, - à l'autre bout, une sortie de lisier digéré avec une vanne, - à la partie supérieure, une évacutation de gaz relié un gazomètre, par exemple. - un calorifugeage, - des moyens de réchauffage du lisier, c a r a c t é r i s é par le fait que les pales de l'agitateur presentent, en combinaison, les caractéristiques suivantes a) elles balayent la quasi totalité de la section de la cuve, b) elles ont une partie perpendiculaire à leur sens de déplacement et au moins une partie inclinée pour que leur déplacement. provoque un reflux, ou tout au moins une poussée, du lisier vers le fond de la cuve du côté de l'admission pour s'opposer, normalement, à la progression du lisier vers la sortie autre que la progression provoquée par la pompe d'alimentation. 4 / Appareil, tel que défini dans la revendication 3, c a-r a c t é r i s é par le fait que les pales ont une section en Z dont la partie droite médiane est parallèle à l'axe de l'agitateur et dont les autres parties droites sont convenablement orientées pour faire refluer le lisier vers l'admission. 5 / Appareil, tel que défini dans la revendication 4, c a r a c t é r i s é par le fait qu'une cheminée d'équilibre est prévue dans la tubulure de sortie. 60/ Appareil, tel que défini dans la revendication 4-, c a r a c t é r i s é par le fait que des paliers intermédiaires soutiennent l'axe de l'agitateur. 7 / Appareil, tel que défini dans l'une quelconque des revendications 3 à 6, prise isolément, c a r a c t é r i s é par le fait qu'un dispositif programmateur automatique actionne les cycles des séquences et du fonctionnement de la vanne de sortie, de la pompe de distribution et, éventuellement de l'agitateur en fonction du volume de matière incluse dans la cuve.