Brevet FR2461004A1 — publié le 19810130

L'invention concerne un digesteur en continu par fermentation anaérobie de matières organiques fermentescibles pouvant dépasser 25 % de teneur en matières sèches et ayant préalablement subi une préfermentation aérobie. Elle concerne également une nouvelle installation de production en continu de biogaz utilisant ce digesteur. On connait déjà différents dispositifs permettant d'obtenir du biogaz à partir de matières organiques fermentescibles, mais les dispositifs existants offrant un fonctionnement en continu ne permettent que la digestion de matières à très faible teneur en matières sèches. En effet, les dispositifs de production de biogaz à partir de matières à forte teneur en matières sèches sont soit des dispositifs à fonctionnement discontinu, soit des dispositifs dont le fonctionnement peut être continu ou quasi-continu mais qui se ramènent au cas des dispositifs utilisant des matières à très faible teneur en matières sèches par détrempage des matières organiques utilisées au moyen de l'adjonction, à une ou plusieurs reprises avant ou pendant le processus de fermentation, de liquides extérieurs supplémentaires tels que du purin, et éventuellement par broyage des matières utilisées. Les principaux inconvénients de cette adjonction de liquides supplémentaires sont premièrement la nécessité de disposer de ces liquides en quantités suffisantes pour les matières sèches à traiter, deuxièmement celle de réaliser les opérations d'adjonction, principalement dans la phase de préparation des matières à traiter, troisièmement et principalement la pauvreté en matières sèches des matières finalement en fermentation, sachant que la production de méthane se fait principalement à partir de ces matières sèches. Ces inconvénients des dispositifs à fonctionnement continu existants résultent le plus souvent de l'utilisation comme moyen forcé de transfert de matières, de pompes ne supportant le passage que de matières suffisamment liquides. Le but de l'invention est de proposer un nouveau digesteur et une nouvelle installation permettant la production de biogaz en continu dans de meilleures conditions économiques, à partir de matières organiques fermentescibles pouvant dépasser 25 % de teneur en matières sèches, comme les fumiers pailleux et autres matières contenant des déchets solides tels que pailles diverses, tiges de mais, ordures ménagères, etc... Ce but est atteint notamment par le fait que le digesteur selon l'invention comporte une enceinte à deux compartiments communiquant à la fois par leurs parties supérieures et inférieures, ceux-ci étant respectivement un premier compartiment intérieur dans lequel le mouvement de la matière peut être alternativement ascendant et descendant, et un second compartiment principal englobant le premier dans lequel le mouvement de la matière peut être alternativement ascendant et descendant, soit en phase soit en opposition de phase avec le mouvement dans le premier compartiment, ainsi que des moyens de mise en mouvement alternativement ascendant et descendant de la matière à l'intérieur du premier compartiment, de telle sorte que la matière puisse à l'intérieur de ce compartiment soit monter pour être déversée par le haut dans le deuxième, soit descendre pour être refoulée par le bas dans ce deuxième compartiment. Ce but est également atteint grâce à d'autres caractéristiques qu'on va décrire maintenant, à titre nonlimitatfen regard du dessin annexé. La figure 1, unique, est une vue en coupe verticale schématique d'une réalisation de l'invention destinée plus particulièrement à la digestion de fumiers pailleux non préalablement préparés. L'installation est décrite ci-après en même temps que le mode opératoire en regard de la figure 1. L'installation étant supposée déjà en marche, le récipient de préfermentation 1 contient de la matière en phase de fermentation aérobie, fortement exothermique, et l'enceinte de digestion comportant les compartiments 8 et 9 contient de la matière en phase de fermentation anaérobie, productrice de biogaz. Le fond 2 du récipient de préfermentation 1 comporte une porcelaine poreuse imperméable aux matières organiques contenues mais permettant le passage d'air sous pression. Cette porcelaine poreuse permet d'entretenir et d'accélérer la fermentation aérobie par l'insufflation d'air sous pression dans le récipient 1, à une pression de 2 bars par exemple et selon les besoins. L'enceinte de digestion est en grande partie contenue à l'intérieur du récipient de préfermentation 1, de telle sorte que la masse de matière en préfermentation est utilisée à la fois comme isolant thermique évitant les déperditions de chaleur de la masse en digestion, et comme réchauffeur de cette masse en digestion du fait de la forte exothermie de la réaction de fermentation aérobie. En réalité dans un premier temps, la matière fraîche introduite dans le haut du récipient 1 est réchauffée à la fois par la matière déjà contenue dans le bas de ce récipient, en pleine fermentation aérobie, et par la masse contenue dans le compartiment 9 de l'enceinte de digestion, dont la température doit se maintenir aux environs de 37 C. Dans un deuxième temps, la matière introduite entre également en phase de fermentation aérobie et dégage de la chaleur qui réchauffe l'enceinte de digestion. L'ouverture des vannes 3 et 4 et la mise en mouvement alternatif du piston 5 permet le transfert d'une partie de la matière située dans le récipient 1 dans les compartiments 8 et 9 de l'enceinte de digestion, à travers le conduit 6 muni d'un clapet anti-retour 7. En pratique cette opération peut avoir lieu par exemple une fois par à heure fixe, et concerner la moitié du contenu du récipient 1, du fait que la phase de préfermentation a une durée de 1 à 2 jours. Le récipient 1 est aussitôt remis à niveau par déversement de matières fraîches par le haut, au moyen de tout dispositif approprié. L'introduction de matières préfermentées dans les compartiments 8 et 9 provoque simultanément le déversement de matières déjà contenues dans ces compartiments par l'intermédiaire de l'orifice 19 et du siphon 10, nécessaire au maintien des conditions de stricte anaérobiose. Ces matières sont déversées dans un lieu de stockage, au besoin par l'intermédiaire d'un dispositif de transport approprié, et pourront servir ultérieurement d'engrais. Le volume du récipient de préfermentation et celui de l'enceinte de digestion sont dans un rapport tenant compte de la durée respective des deux phases successives et du séjour moyen de la matière dans chacun des deux dispositifs. Ce rapport peut être par exemple de l'ordre de 1 à 15. De temps à autre, par exemple quatre à huit fois par jour, et pour faciliter la digestion, il est procédé à l'homogénéisation du produit contenu dans l'enceinte de digestion, au moyen du moteur hydraulique 11. Ce moteur actionne d'abord quelques minutes la vis sans fin 12 dans le sens ascendant, à vitesse relativement rapide, et ensuite dans le sens descendant, à vitesse plus lente, en même temps que des bras munis de palettes 13, qu'un dispositif de roue libre permet de mettre en mouvement lorsque la vis est actionnée dans le sens descendant. Un orifice 14 situé dans la moitie supérieure du compartiment 9, et un conduit descendant 15, permettent de recycler le pied de cuve en fonction des besoins, par l'ouverture des vannes 17 et 4 et mise en mouvement alternatif du piston 5. Le conduit 15 comporte un réchauffeur 16 qui permet de réchauffer le produit si nécessaire, principalement au démarrage de l'installation. Des sondes thermiques permettent de surveiller la température et de décider s'il y a lieu d'effectuer les opérations de recyclage du pied de cuve ou de réchauffage du produit. La mise en route de ces opérations pourra être automatisée de même que celle des opérations d'homogénéisation et de brassage précédemment décrites, ainsi que l'ensemble des opérations nécessaires au fonctionnement de l'installation. Le biogaz, produit en continu par la fermentation de la matière en digestion, est évacue vers un dispositif de stockage au moyen de l'orifice 18 muni d'une valve, tarée à 1,2 bar par exemple. L'installation est entièrement calorifugée, au moyeu d'une protection 20. Bien entendu, on ne sortira pas du cadre de l'invention en utilisant ses .1... différents éléments constitutifs autrement que dans l'exemple décrit, ni en l'appliquant à d'autres usages que la digestion de fumiers pailleux non préalablement préparés. REVENDICATIONS I - Digesteur pour fermentation anaérobie de matières organiques ayant préalablement subi une préfermentation aérobie, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte à deux compartiments communiquant à la fois par leurs parties supérieures et inférieures, ceux-ci étant respectivement un premier compartiment intérieur dans lequel le mouvement de la matière peut être alternativement ascendant et descendant, et un second compartiment principal englobant le premier dans lequel le mouvement de la matière peut être alternativement ascendant et descendant, soit en phase soit en opposition de phase avec le mouvement dans le premier compartiment, ainsi que des moyens de mise en mouvement alternativement ascendant et descendant de la matière à l'intérieur du premier compartiment, de telle sorte que la matière puisse à l'intérieur de ce compartiment soit monter pour être déversée par le haut dans le deuxième, soit descendre pour être refoulée par le bas dans ce deuxième compartiment. 2 - Digesteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mise en mouvement de la matière à l'intérieur du premier compartiment sont constitués par une vis sans fin animée par un moteur. 3 - Digesteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte de digestion comporte dans sa partie supérieure un dispositif permettant de brasser en surface la matière contenue dans le deuxième compartiment. 4 - Digesteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de brassage de la matière contenue dans le deuxième compartiment est constitué de bras munis de palettes, animés par un moteur. 5 - Digesteur selon les revendications 1 à 4, cractérisé en ce que le même moteur permet d'actionner la vis sans fin et le dispositif de brassage à palettes, au moyen d'un dispositif de roue libre ou autre qui enclanche le dispositif à palettes lorsque la vis sans fin est animée d'un mouvement descendant. 6 - Digesteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième compartiment comporte dans sa hauteur un conduit descendant relié au bas de l'enceinte de digestion par l'intermédiaire d'un moyen forcé de transfert de matière. 7 - Digesteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit conduit descendant comporte un dispositif de réchauffage. 8 - Installation de digestion de matières organiques caractérisée en ce qu'elle comporte ur digesteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dont l'entrée est raccordée à la sortie d'un dispcsitif de préfermentation aérobie à travers un moyen forcé de transfert de matière. 9 - Installation selon la revendication 8 caractérisée en ce que le dispositif de préfermentation est utilisé a la fois comme isolant thermique et comme .1... réchauffeur de l'enceinte de digestion. 10 - Installation selon la revendication 9 caractérisée en ce que le dispositif de préfermentation est un récipient à l'intérieur duquel se trouve contenue l'enceinte de digestion ou une partie de celle-ci. 11 - Installation selon la revendication 10 caractérisée en ce que le fond du récipient de préfermentation comporte une porcelaine poreuse imperméable aux matières organiques contenues mais permettant le passage d'air sous pression. 12 - Installation selon les revendications 6 et 8 caractérisée en ce que le même moyen de transfert forcé de matière est utilisé pour injecter dans l'en- ceinte de digestion les matières issues du dispositif de préfermentation et les matières issues du haut du deuxième compartiment du digesteur. 13 - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisée par l'utilisation d'un moyen de transfert forcé de matières constitué par un cylindre dans lequel se déplace un piston.