Brevet FR2496887A1 — publié le 19820625

PROCEDE ET DISPOSITIE POUR LA @ESURE DU TAUX ED @ATIERE SECHE DANS UNE CUVE A FER ENTATION @ETHANIQUE, ET APPLICATION A LA REALISATION DE DI GESTEURS DE FALBLE VOLUME. La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour mesurer le taux de matière sèche contenue dans le liquide en cours de fermentation dans une cuve à fermentation méthanique. L'application de ce procédé et de ce dispositif permet la réalisation de digesteurs de faible volume et de fonctionnement automatique. Dans les installations actuellement connues comprenant une cuve de fermentation biologique, installations de production de méthane ou d'épuration, la fermentation doit être contrôlée à intervalles de temps plus ou moins éloignés. On doit notamment surveiller la quantité de boues produite par la fernentation ces boues se déposant par décantation à la partie inférieure de la cuve. Dans les réalisations dlins- tallations de grandes dimensions, on surveille notamment le taux de ma tiXre seche contenue dans la cuve en prélevant une portion de liquide, en faisant évaporer le'liquide dans une éprouvette et en pesant la matière résiduelle.Ces mesures nécessitent des opérations manuelles, produisant un résultat précis, et compatible avec les installations de grandes dimensions dans lesquelles ces mesures peuvent ètre effectuées à intervalles de temps relativement éloignés. Dans les installations de plus petit volume, lfévolution de la fermentation dans des cuves plus petites est plus rapide, et dans ces conditions les mesures de taux de matière sèche devraient être plus rapprochées. Cela nécessiterait des opérations manuelles fastidieuses, et un personnel qualifié, ce qui est incompatible avec l'intérêt économique de ces installations. On n'effectue alors aucune mesure du taux de matière sèche, et les installations ne peuvent pas être automatisées. La surveillance se borne à détecter les anomalies de production de gaz, ce qui conduit le plus souvent à intervenir lorsque les perturbations de la fermentation méthanique sont devenues irréversibles.Pour diminuer ces inconvénients, on réalise généralement des cuves de fermentation de volume relativement important, de sorte que l'évolu- tion se produise de façon relativement lente. Cela interdit dans la pratique la réalisation d'installations de faible volume. Un objet de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif permettant de mesurer le taux de matière sèche dans la cuve de façon à la fois rapide et automatique. On peut ainsi assurer une surveillance pratiquement constante de ce paramètre, ce qui permet la réalisation d'installations de faible volume. Un autre objet de la présente invention est de proposer un dispositif de production de méthane qui soit entièrement automatique,- permettant en outre la surveillance de paramètres de température et d'acidité pour contrer l'évolution de la fermentation. Pour ce faire, et selon une caractéristique de ltinventionS le procédé pour mesurer le taux de matière sèche dans la cuve consiste à homogénéiser le liquide contenu dans cette cuve et à en mesurer la viscosité. La mesure de viscosité est effectuée en insérant une portion du liquide de la cuve dans une enceinte, en brassant cette portion de liquide à l'aide d'un organe de brassage et en nesurant la force de retenue appliquée par le liquide sur cet organe de brassage. La comparaisont de la mesure obtenue avec une échelle de valeurs de viscosité permet de déduire le taux de matière sèche. L'échelle de valeurs peut être réduite à une seule valeur, permettant de donner une information binaire. ainsi ce procédé permet une mesure rapide, ne nécessitant pas d'attendre une évaporation complète, et un tel procédé peut être facilement automatisé. Selon une autre de ses caractéristiques, l'invention propose un dispositif de brassage comprenant au moins une palette plongeant dans le liquide de l'enceinte, entrainée en rotation continue autour d'un axe d'entrainement par un organe moteur ; pour éviter I'entraine- ment en rotation de la masse totale du liquide contenu dans l'enceinte, les parois de l'enceinte comportent des discontinuités ; l'organe d'entrainement peut être un moteur électrique, la force d' entrainement étant évaluée par des moyens de mesure de l'intensité du courant traversant le moteur. Selon une autre caractéristique, l'invention décrit un dispositif de - fermentation méthanique comprenant une cuve, des canalisations pour amener le liquide à fermenter, évacuer les boues produites par la fermentation, évacuer le liquide fermenté, des moyens d'homogénéisation du contenu de la cuve et des moyens d'évacuation des gaz produits, un dispositif de mesure de taux de matière sèche par mesure de viscosité, des moyens pour chauffer le liquide, des vannes pour commander le passage de ce liquide dans les canalisations, des moyens de mesure de tes- pérature et d'acidité ; des moyens de commande permettent, par l'ouver- ture des vannes d'alimentation et de sortie de liquide et de boues, de réguler les différents paramètres de la fermentation de façon automatique.Ainsi, les installations de petit volume peuvent être réalisées sans nécessiter une intervention fréquente et délicate d'un opérateur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation particulier, faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles - la figure 1 représente une vue générale schématique en coupe partielle d'urne installation de production de méthane selon la présente invention et - la figure 2 représente une vue de dessus en coupe de l'enceinte d'un dispositif de mesure de taux de matière sèche selon l'invention. Comme le représente la figure 1, l'installation selon la présente invention conprend une cuve de fermentation étanche 1, comportant une isolation thermique 2, et destinée à contenir le liquide à fermenter 3. Lors de la fermentation, le liquide 3 se transforme et des boues sont produites qui se déposent par décantation dans le fond de ls cuve 4 Des canalisations permettent lZentrée et la sortie de fluide : une pre mière canalisation 5 permet, en passant à travers un échangeur de chaleur 6, une pompe 7, et un réchauffeur 8 d'admettre du liquide à traiter dans la partie inférieure de la cuve par l'orifice 9. Une seconde canalisation 10, partant de la partie supérieure 11 de la cuve, permet d'évacuer le trop-plein de liquide à travers l'échangeur 6.Cette seconde canalisation 10 est conformée de façon à maintenir un niveau constant de liquide dans la cuve. Pour cela, elle comporte une extrémité coudée 12 en forme de siphon, munie d'une canalisation 13 dont une première extrémité 14 communique avec la partie supérieure coudée du siphon et dont la seconde extrémité 15 communique avec la zone supérieure 16 de la cuve recueillant le gaz produit par la fermentation. Une troisième canalisation 17 comporte une première extrémité 18 située au voisinage de la partie supérieure du liquide 5 contenu dans la cuve, et conduit, par l'intermédiaire d'une pompe 19, à un organe de mesure de viscosité 20. Cet organe 20 comporte une canalisation le sortie 21 rejoignant la canalisation 5 à l'entrée du réchauffeur 8 et permettant de réinjecter le liquide par l'orifice 9. La canalisation 17 permet ainsi par I'aetion de la pompe 19, le brossage du liquide contenu dans la cuve, et son ho homogénéisation en mélangeant les boues contenues dans le- fond de la cuve 4 et le liquide plus fluide contenu dans la partie supérieure 11.Cette canalisation 17 permet en outre, par l'action du réchauffeur, 8, de maintenir à un niveau déterminé la température du liquide de la ouve. Une quatrième canalisation 22 a une première extrémité 23 disposée au voisinage du fond 4 de 15 cuve et rejoint, par l'intermédiaire d'une vanne 25, la canalisation 10 à l'ertrée de l'échangeur 6. Cette canalisation 22 permet d'évacuer les toues déposées au fond de la cuve. Les gaz produits par la fermentation sont évacués par la canalisation 40. Le liquide admis à l'intérieur de la cuvge par l'intermédiaire de la première canalisation 5 est généraiement à une température inférieure au liquide éjecté par la cannlisation 10. Ainsi, l'échangeur 10 permet de réchanffer le liquide admis em prélevant des calories dans le liquide sortant de la ouve. Le complément de calories nécessaires pour atteindre la température désirée de fonctionnement de la ouve est fourni par ls récheuffeur 8. Lors de l'adsission de liquide par la canalisetion 5, le siphen 12 permet de maintenir le aiveau de liquide constant dans la euve et d'évaeuer en mêrs temps du liquide par la canalisation 10, provoquant le fenetionmement de l'éch@ageur 6 et le préchauffage du liquide admis. L'ergane de meaure de viscosidé 20 temprand une cnesinte 26 pour conte@ir du liquide provenant de li ouve 1. Un ozgane de brassage 27, comprement des palettes 28 mobiles antour d'unh axe de rotation 29, permet l'agitation du liquide. Un moteur 30 entreine les palettes 28 en rotation. Le moteur 30, du type moteur éleotrique, est alimenté par des moyens d'alémsntation électrique et des moyens de mesure 51 permettant de mesurer l'intensité du eourant traversant le moteur. La mesure du taux de matière sèche du liquide contenu dans la cuve 1 est effeotués de la manière suivante : dans une première phase, on brasse le liquide 3 en faisant fonctionner la pompe 19 jusqu'à obtenir une bonne homogénéité du liquide contenu dans la ouve. Une portion de ce liquide est admis dans l'enceinte 26, et, par brassage au moyen des palettes 28, on évalue la viscosité de ce liquide en mesurant l'intensité du courant débité dans le moteur 30. Les palettes gaz en rotation dans l'enceinte 26, tendent à provoquer une rotation uniforme du liquide contenu dans l'enceinte. Pour viter une telle rotation, on prévoit, comme le représente en coupe en vue de dessus la figure 2, des parois latérales 32 de l'enceinte comportant des discontinuités 33 s' opposant à la circulation du liquide. On pourra notamment prévoir une enceinte à section carrée, ou toute autre forme de discontinuité telle que des pales fixes transversales. Le dispositif de production de méthane comprend en outre des moyens de mesure de température 34 sensibles à la température du liquide 3. Ces moyens 34 permettent, par l'intermédiaire de moyens de commande 37, de commander le fonctionnement du ré chauffeur 8 pour maintenir constante la température du liquide à fermenter 3. En outre, cette mesure de température permet, en relation avec les mesures du courant débité dans le moteur 30, de déterminer le taux de matière sèche contenue dans la cuve 1 i des températures différentes. En effets la vis comité du liquide dépend d'une part du ta.x de matière sèche et d'autre paru de la température. Les moyens de commande 37 provoquent l'évacuation d'une quantité déterminée de boues lorsque le taux de matiere sèche dépasse un seuil prédéterminé. La quantité de boues pourra être déterminée par le moyen 37 pour ramener le taux à une valeur acceptable favorisant la production de méthane. Pour l'évacuation des boues, l'invention prévoit des moyens comparateurs 36 dont les bornes d'entrée sont connectées aux bornes de sortie des moyens de mesure de température 34 et des moyens de mesure d'intensité 31, et dont la borne de sortie est connectée aux moyens de commande 37. Les moyens comparateurs 36 fournissent un signal lorsque l'intensité est supérieure à un seuil donné, ce seuil étant fonction décroissante de la température. Sous l'action de ce signal, les moyens de commande 37 provoquent l'éjection des boues, après un délai permettant leur décantation dans le fond 4 de la cuve. On a prévu en outre des moyens 35 pour mesurer l'acidité du liquide de la cuve. Cette mesure d'acidité permet de contrôler la fermentation, et d'éviter notamment l'apparition d'un milieu acide défavorable au développement des bactéries permettant la production de méthane. Ces moyens de mesure d'acidité 35, connectés aux moyens de coanande, permettent, par la manoeuvre des vannes et des pompes, dtin- terrompre les introductions de liquide à traiter et d'intensifier le brassage du liquide contenu dans la cuve jusqu' disparition de l'aci dité. Les divers moyens et organes décrits précédemment permettent de réaliser une installation de faible volume, en permettant le con trôle rapide et automatique des divers paramètres reflétant l'évolution de la fermentation du liquide à l'intérieur de la cuve. On peut ainsi realiser une installation entièrement automatique fonctionnant selon le procédé suivant la cuve 1 est remplie de liquide à fermenter 3 par 1' intermédiaire de la canalisation 5.Le liquide est pompé par la pompe 7, et réchauffé à travers le réchauffeur 8 pour l'amener à une température désirée ; lorsque la cuve 1 est déjà pleine de liquide avant cette introduction, l'introduction de liquide produit l'évacuation d'une quantité égale de liquide traité par la canalisation 10, et l'échange de chaleur entre le liquide introduit et le liquide sortant par 1' échangeur 6.On introduit ainsi, à intervalles de temps réguliers, par exemple tous les quarts d'heure, une quantité prédéterminée de liquide à traiter ; Après plusieurs étapes d'introduction, par exemple toutes les heures, on brasse le contenu de la cuve pour homogénéisation ; ce brassage s'effectue par fonctionnement de la pompe 19 et circulation de liquide à travers les canalisations 17, le réchauffeur 8 et 1' orifice 9 ; En fin de brassage, on mesure l'acidité du liquide è l'aide du moyen 352 et on mesure le taux de matière sèche à l'aide de l'organe de mesure de viscosité 20 et de la mesure de température par l'organe 34 ; On laisse décanter le contenu de la cuve pour que les boues produites par la fermentation se déposent dans le fond 4 de la cuve ; ; Si la mesure du taux de matière sèche indique que ce taux est supérieur à un seuil prédéterminé, on évacue une quantité déterminée de boues pour ramener ce taux à une valeur inférieure prédéterminée ; Si la mesure de acidité indique une valeur trop basse, on arrëte les introductions de liquide jusqu'à la phase d'homogénéisation suivante, le brassage pouvant être intensifié. Dans la description qui précède, les moyens comparateurs 36 et les moyens de commande 37 ont été décrits seulement par leurs fonctions, pour la clarté du texte. Ces moyens pourront notamment être réalisés par des moyens de technique électronique bien connus des spécialistes de ce domaine, l'indication des fonctions telles que décrites était suffisante pour permettre la réalisation de ces moyens. La présente invention ntest pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les di- verses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour mesurer le taux de matière sèche dans une cuve à fermentation méthanique, caractérisé en ce qu'il consiste à homogénéiser le liquide contenu dans la cuve et à en mesurer la visco- sité. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de mesure de viscosité consiste à admettre une portion de liquide de la cuve (1) dans une enceinte (26), à brasser cette portion de liquide à l'aide d'un organe de brassage (27) entraîné par un organe motaur (30), à mesurer la force de retenue appliquée par le liquide @u4r l'organe de brassage, et à comparer la mesure obtenue avec une échelle de valeurs de viscosité correspondante. 3 - Dispositif pour mesurer le taur de matière sèche dans une euve à fermentation méthanique, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte (26) formant récipient, des moyens pour homogénéiser le liquide de la ouve (17, 19 9), des moyens d'amenée de liquide (17, 19) et une canalisation de retour de liquide (21, 8, 9) reliant la cuve (1) et l'enceinte (26), un organe de brassage (27) comportant une portion plongeant dans le liquide contexu dans l'enesinte et sellicité par un organs teuy (30), des moyens (31) pour mesurer la foree d'entrains ment méessaire pour entrafner l'organe de brassage et des moyens pour compares cette mesure avee une échelle de valeurs de viscosité. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe de brassage (27) comprend au moins une paltette (28), plongeant dans le liquide de l'enceinte et entraîrée en rotation continue @@@our @@@n are d'entraînement sollioité par l'organe moteur (30). 5 - Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les parois latérales (32) de l'enceinte comportent des discontinuités (33) pour s'opposer à la rotation du liquide. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'organe moteur (30) est un moteur électrique alimenté par des moyens d'alimentation électrique (31), la forse d'entraînement étant évaluée par des moyens de mesure (31) de l'intensité du courant traversant le moteur. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de mesure de la température (34) du liquide et des moyens comparateurs (36) connectés aux moyens de mesure de te pbrature (34) et aux moyens de mesure de l'intensité (31) pour fournir un signal lorsque l'intensité est supérieure à un seuil donné, le seuil étant fonction décroiss2nte de la température. 8 - Dispositif de fermentation méthanique comprenant une cuve (1), des canalisations pour introduire le liquide à fermenter, évacuer les boues, et évacuer le liquide fermenté et des moyens d'évacuer tion des gaz produits, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de mesure de taux de matière sèche selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 et des moyens d'homogénéisation (172 19, 9) du contenu de la cuve. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qutil comprend en outre des moyens de mesure (35) du degré d'acidité du liquide, des moyens (8) pour chauffer le liquide, des vannes pour commander le passage du liquide dans les canalisations, et des moyens de commande (37) sensibles aux signaux produits par les moyens comparateurs (36), par les moyens de mesure de température (34) et par les moyens de mesure d'acidité (35) pour commander les moyens de chauffage afin de régler la température de la cuvez pour commander après temporisation les vannes d'éJection de boues et pour commander les vannes d'introduction du liquide à des instants prédéterminés en l'absence de signal du moyen comparateur (36). 10 - Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la canalisation d'évacuation de liquide (10) comprend, dans la cuve, une portion d'extrémité coudée (12) formant siphon, munie d'une canalisation (13) formant évent reliant le sommet du siphon et la zone supérieure (16) de la cuve recueillant le gaz produit, de sorte que le niveau du liquide dans la cuve est maintenu à la hauteur du coude du siphon. 11 - Procédé pour la mise en oeuvre d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes, au cours desquelles la température est maintenue sensiblement constante s - introduire par pompage une quantité prédéterminée de liquide à traiter - extraire simultanément par siphonage une mêne quantité de liquide traité - après plusieurs étapes d'introduction, homogénéiser le contenu de la cuve - après homogénéisation, mesurer le taux d'acidité et le taux de matière sèche du liqui@@ contenu dans la cuve ; - laisser décanter la: : contenu de la cuve; - si le taux de mati@@@ sèche est supérieur à un seuil prédéterminés évacuer une quantité déterminée de boues pour ramener ce taux à une valeur inférieure prédéterminée ; et - si la mesure du tan@ d'acidité indique une valeur trop basse, arrE- ter les introductionn jusqu'à la phase d'homogénéisation suivante.