Brevet FR2505603A2 — publié le 19821119

FR 2505603 A2 19821119 FR 8109145 A 19810331 La présente invention a pour objet à titre de produit industriel nouveau, un dispositif assurant l'épuration biologique sous anaérobiose des déchets organiques en provenance des exploitations agricoles, des habitations individuelles et collectives #par fermentation méthanique. De nombreuses réalisations artisanales ou industrielles de fermentation des matières organiques avec production de biométhane existent dans le monde depuis la dernière guerre. L'aggravation actuelle de la crise énergétique et la diminution des réserves d'énergie fossile accélèrent la construction de réalisations de ce type. n ne demeure pas moins que de nombreuses mises au point restent à faire et que des dé- fauts subsistent dns chaque installation qui ne respecte toujours pas systématiquement les paramètres concourant au déroulement régulier des réactions bio-chimiques idéales. En outre, la manutention des effluents reste encore lourde, dangereuse, malodorante et ces handicaps frènent l'industrialisation de ces installations. L'objet de l'invention est un digesteur container à fermentation méthanique rapide, de faible volume, transportable sur les champs d'épandage par un chariot porte-outil évitant au maximum la manutention, le pompage, les transvasements d' ef- fluents et respectant au mieux toutes les conditions opératoires adéquates. (température 370 PH entre 7-8, i = 30, brassage régulier, broyage des déchets). Conformément à l'invention les déchets organiques préalablement broyés et soumis à une fermentation aérobie dans un simple bassin, sont introduits par une gaine verticale dans un digesteur container composé d'une cuve à double coque surmontée d'un couvercle également à double coque isolés thermiquement. Une séparation naturelle par gravité entre matières solides #t liquides s'effectue dans la cuve. Les matières solides décantée au fond de la cuve sont régulièrement raclées, brassées et ramenées à la surface du liquide par un agitateurracleur favorisant leur fermentation en évitant, d'une part, l'effet de sédiment# tion qui se crait au sein du substrat et, d'autre part, l'effet de croûte qui se forme sur la surface libre du liquide. Après une phase de repos de l'agitateur et sous l'effet de l'arrivée de l'effluent, le liquide clarifié est évacué au niveau du trop plein par le siphon de vidange.Ce siphon de vidange est réalisé par ltemboite- ment des parois verticales du couvercle dans la rainure périphérique des parois vert cales de la cuve et par le liquide clarifié passant dans les lumières pratiquées dans ces deux parois verticales. Deux tuyaux de vidange assurent l'évacuation du trop plein. Le maintien de la température du mélange à 370 est réalisé par un serpentin d'eau chaude formant berceau. L'arrivée de l'eau chaude est régulée par un thermostat automatique monté sur le circuit du trop plein, ouvrant une vanne électrique. Le contrale du PH, du rapport Cft est également réalisé par un appareillage du commerce fixé sur le circui du trop plein. Le biogaz produit par la fermentation anaérobie s'accumule dans le vide formé entre le bas du couvercle et le niveau du trop plein. Il est évacué vers les lieux d'utilisation et de stockage par un tuyau sur lequel sont soudés des disques formant joint de scellement dans l'isolant thermique et rendant parfaitement hermétique le couvercle du digesteur container au niveau du passage du tuyau de gaz. Lorsque le digesteur horizontal aura terminé sa production du biogaz et que les boues décantées atteindront leur remplissage maximal, il sera déconnecté des circuits d'arrivée de l'effluent, d'eau chaude et de départ du gaz. Les bras de relevage articulés en forme de ciseaux du chariot porte-outil commandés par deux vis sans fin et quatre chariots mobiles saisissent le digesteur container par ses attaches et le place en position de transport. Des poutres acier sont glissées au niveau du bati pour assurer le soutien du digesteur container durant le transport. Une rampe d'arrosage est fixée sur le tuyau de vidange muni d'une vanne et l'épandage des boues a lieu par gravité. Après la vidange des boues sur les champs d'épandage, la remise en place et au sol du container est assuré avec raccordements aux différents circuits d'alimentation et de distribution. Une forme de l'invention est décrite ci-après à titre indicatif et nullement limitatif en se référant aux dessins annexés. Les figures 1 et 2 montrent l'ensemble du dispositif comprenant un digesteur horizontal (A) qui se présente sous la forme d'un container transportable sur les lieux d'épandage par un chariot porte-outil (B) tiré par un tracteur (C) et muni d'une rampe d'arrosage (D). La figure 3 est la coupe transversale du digesteur container horizontal (A). L'effluent préalablement aéré, broyé et réchauffé introduit par une gaine d'admission (1) munie d'un entonnoir (2) et d'un coude au quart (3) s'accumule dans une cuve en polyéthylène à base cylindrique (4) entourée d'un serpentin de chauffage (5), d'un bourrelet isolant en mousse de polyuréthane injectée (6) et d'une jacquette de fixation en polyéthylène à base trapézoTdale (7). La cuve intérieure (4) est soutenue par deux berceaux en acier galvanisé (8) et sa partie supérieure forme rainure périphérique (9) dans laquelle coulisse la base verticale de la cloison du couvercle (10) en polyéthylène entouré d'un bourrelet isolant en mousse de polyuréthane t11) et d'une jacquette intérieure en polyéthylène (12). Le couvercle (10) est maintenu serré sur la cuve (4) par des feuillards à vis et écrous (13). l'assemblage cloison périphérique (9) - cloison verticale du couvercle (10) forme, avec l'effluent liquide présent dans la cuve, joint hydraulique et siphon de vidange grace également aux lumières (14) pratiquées dans les parois verticales de la cuve (4) et du couvercle (10). Deux tuyaux (15) forment trop plein de la cuve (4). L'effluent est brassé dans la cuve de digestion (4) par un agitateur à axe horizontal (16) muni de quatre roues à six branches (17) supportant des balais racleurs en isobutylène (18) fixés par des machoires à serrage vis-écrous (19). Cet agitateur entraîné par un moteur à rotation lente (20) dont l'axe de transmission 21) passe par une gaine étanche (22) a pour effet de racler 1'efflu- ent qui se sédimente au fond de la cuve (4), de brasser le substrat pour réamorcer de façon constante les réactions biochimiques, d'écumer la croute qui a tendance à se frimer au niveau du trop plein. Le biogaz produit s'accumule dans la chambre à gaz (23) avant d'être acheminé vers les lieux d'utilisation et de stockage par un tuyau (24) muni d'une vanne de purge (25). Des disques concentriques (26) soudés au tuyau (24) forment avec l'isolant thermique (11) joint hermétique au niveau du passage du couvercle (10). Le tuyau de vidange des boues (27) est équipé d'un robinet vanne (28). La figure 4 est la coupe transversale du digesteur container (A) et du chariot porte-outil (B). On y remarque la ceinture de rigidité (2 & qui une fois la production de méthane terminée et les bpues décantées, permettra aux bras de relevage (30) du chariot porte-outil (B) de le saisir et de le soulever. La figure 5 représente la vue longitudinale du digesteur container (A) et du chariot porte-outil (B). Les bras de relevage articulés (30) sur un moyeu (31)et commandés par l'axe du moteur du tracteur (32), la vis sans fin (33) et les chariots à rotules (34) saisissent la ceinture (29) du digesteur container grace à sa machoire (35) et l'attache à galet (36) et le place en position de transport. Des poutres supports (37) sont mises en place dans les glissières (38) pratiquées dans le chassis général en I (39) supporté par quatre essieux -(40) et roues (41). Des mandrins (42) assurent une rigidité du système vis sans fin et des différentiels (43) permettant une transmission du mouvement de l'axe moteur (32) sur les deux vis sans fin (33). Une rampe d'anDsage (44) peut être adaptée à 12 sortie de la vidange (28) et l'épandage des boues a lieu par gravité ou par pression. Ce dispositif présente l'intérêt d'éviter au maximum les manutentions et les transferts successifs de cuve à cuve, le coptainer jouant le rôle de digesteur et de tonne à lisier. La présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui constitue un exemple auquel de nombreuses modifications peuvent être apportées sans qu'on s'écarte de la présente invention. Le digesteur container peut être fixe, enterré, d'un volume plus important allant de 2 m3 à 1000 m3. La figure 6 représente la coupe transversale du digesteur horizontal qui peut se présenter sous forme d'une cuve cylindrique fixe à double paroi de tissu souple en isobutylène (45-46) dont l'armature de soutien en spirale (47) forme serpentin de chauffage. L'ensemble est entouré d'une gaine isolante de béton cellulaire coulé (48). La figure 7 représente une variante à la solution précédente consistant en une cuve cylindrique en béton armé (49) formant stockage thermique et dont l'armature est constituée d'un tuyau de chauffage (50). L'ensemble est entouré d'une gaine de béton cellulaire coulé (48). La canne centrale formée de deux cylindres concentriques (51 et 52) permet l'alimentation en matières organiques par un tuyau (53). L'évacuation du biogaz se fait par un tuyau (54). La partie centrale (52) admet une pompe dissecatrice (55) qui assure le mélange et la vidange des effluents digérés. La mise en marche de la pompe (55) est réali- sée par niveau flotteur à mercure (56) dès que le niveau du trop plein est dépassé. Le joint de scellement (26) assure une étanchéité parfaite de la cuve au niveau du passage de la canne centrale. Ce procédé de cuve peut être utilisé pour réaliser des lagunes anaérobies enterrées constituant de véritables gisements de biogaz et d'engrais à partir des déchets organiques préalablement broyés. En outre, le système du digesteur container de petite capacité (2 à3 13) pernet de revenir à l'assainissement individuel des habitations d'une aggloMération, qui par un traitement efficace et suivi des effluents à l'origine des rejets, évite la mise en place des réseaux de collecte fort couteux qu'impose l'assainissement collectif. Chaque habitation d'un village peut donc être pourvue d'un container digesteur dont le trop plein est évacué par épandage souterrain ou par le réseau des eaux pluviales du village avec lagune terminale aérobie. Afin de garantir le bon fonctionnement des installations, un contrat d'entretien, de réparation et de gestion de ces digesteurs container sera toutefois obligatoirement passé entre les usagers de la commune et une entreprise spécialisée. La figure 8 représente un exemple d'application du digesteur container (A) dans une exploitation agricole équipée d'un évacuateur mécanique de fumier (5?), les eaux clarifiées se déversant par un trop plein (58) dans la cuve à lisier (59) g~~ néralement existante dans toutes les fermes. La figure 9 montre une variante dans le cas d'une exploitation agricole équipée d'un caniveau évacuateur de lisier (60) à seuils d & ersoir successifs (61). La figure 10 présente une autre solution possible dans le cas d'une exploitation agricole nouvelle qui consiste à recueillir les déjections animales dans une goulotte horizontale (62) équipée de tubulures verticales de distribution (63) munies de vanne (64) et permettant de déverser l'effluent dans des digesteurs container (Al) - (A2) et (A3) situés en sous-sol ou à un niveau inférieur à l'étable. (Al) rempli et couvercle enlevé peut servir de réchauffeur biothermocapteur de (A2) et (A3) en fermentation anaérobie. La figure 11 représente la coupe transversale du digesteur horizontal qui peut se placer sous le couloir de circulation de l'étable. Les déjections pénètrent par les caillebotis (65), tombent au fur et à mesure dans le joint hydraulique (66) formant goulotte d'évacuation avant d'être recueillies dans le digesteur horizontal (A) et broyées puis brassées par le mélangeur (67). La figure 12 représente une vue en perspective de l'agitateur à axe horizontal (67) constitué de cadres hexagonaux (68), réalisé par six lames à bord tranchant forman hachoir. Ces cadres (68) sont assemblés entre eux par des lames (69) tranchantes formant balai racleur. L'agitateur (67) est démontable et son entratnement s'effec tue par un système carré de manoeuvre avec bague d'entratnement (70) et goupille (71). La figure 13 représente la coupe transversale du digesteur horizontal qui peut se placer sous les stalles d'une étable. La forme du digesteur est tronconique et il est muni à sa base d'une vis sans fin (72) assurant l'évacuation des boues sédimentées. La figure 14 représente une variante à cette solution en ce sens que le digesteur est une cuve rectangulaire à base (73) et sommet (74) demi-circulaires reliés par deux cloisons verticales (75). Les goulottes d'évacuation (76) de forme conique et surmontées d'une grille (77) reliées à des tuyaux d'amenée (78) å joints étanches (79) forment siphon. La figure 15 présente une vue d'ensemble de l'installation appliquée dans l'étable sous le couloir de circulation ou sous les stalles. Depuis l'étable (80), le lisier ou le fumier évacué par des caniveaux (81) et des gaines d'admission (82) est stocké dans un digesteur (A) où il séjournera environ vingt jours pour y être digéré par des micro-organismes méthanogènes sous anaérobiose0 Un berceau de chauffage (83) assure le maintien de la température à 35- et une jaquette isolante (84) évite les déperditions calorifiques. Enfin, des mélangeurs à turbine (85) réalisent une homogénéisation du substrat et la destruction des flottants. Le fumier traité et clarifié passe par l'intermédiaire d'un siphon de vidange (86) dans une fosse de stockage (87) souvent déjà existante dans l'exploitation agricole, sous forme de fosse à lisier, où il séjournera avant d'être repris par une tonne à lisier (88) en vue d'épandage. Le biométhane (89) produit au cours de la fermentation anaérobie est stocké dans un gazomètre à cloche mobile (90) et joint hydraulique profond (91), puis dirigé par une canalisation (92) vers la cuisinière à gaz (93) et le groupe électrogène (94) fournissant l'eau chaude et l'électricité assurant le chauffage (95) du digesteur et de la ferme ainsi que l'éclairage (96) de tous les batiments. La figure 16 représente une coupe de l'épurateur de biométhane qui est constitué d'une cuve cylindrique (97) renfermant un tube cylindrique (98). Les parois verticales d'un couvercle cylindrique (99) coulissent dans l'interstice (100) des deux cuves (97) et (98) qui, en présence d'eau ou d'huile, forme joint hydraulique hermétique. La cuve (97) comporte une tubulure d'entrée de gaz (101) munie d'un chapeu conique de répartition (102).Le couvercle (99) comporte également une tubulure de sortie des gaz épurés (103). Le tube cylindrique intérieur (98) formant cuve centrale reçoit, à sa partie inférieure, de l'eau de chaux qui absorbe le C02 Une cuve cylindrique perforée dans sa partie inférieure (104), posée sur taquets (105), contient du charbon de bois épurant le NH3 et reçoit sur sa partie supérieure un disque perforé (106) supportant les copeaux de fer absorbant le H2S. Des poignées (107) et (108) permettent d'enlever successivement les copeaux de fer et le charbon de bois après saturation en soulevant le disque (106) et la cuve (104). Un système vis-écrou (109) fixe le couvercle (99) sur la cuve (97). Des pieds (110) maintiennent l'épurateur au sol. Par (lll) et (112) on vide respectivement le trop plein et le fond du joint hydraulique (100) REVENDICATIONS 1-- Dispositif selon la revendication n0 10 du brevet principal destiné à l'épuration biologique des déchets organiques sous anaérobiose avec production de méthane caractérisé par le fait qu'il se présente sous forme d'un container transportable sur les lieux d'épandage par un chariot à bras articulés tiré par un tracteur. 2-- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'embottement des parois verticales du couvercle dans la rainure périphérique de la cuve en U munie de lumières forme joint d'étanchéité et siphon de vidange du trop plein de la cuve en présence de l'effluent. 3-- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la cuve cylindrique du digesteur container et munie, à sa partie extérieure, d'un berceau constitué de spires en cuivre ou de deux cloisons avec interstice formant échangeur de chaleur, soit pour chauffer le digesteur en fermentation anaérobie, soit pour utiliser la chaleur dégagée par la fermentation aérobie pour chauffer d'autres digesteurs. 4 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le broyage et l'agitation de l'effluent se font par un agitateur constitué de cadres hexagonaux composés de six lames à bord tranchant assemblés entre eux par des lames formant balais racleur, le tout étant démontable par un système carré de manowuvre-bague d'entratnement et goupille. 5-- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le relevage du digesteur container s'effectue par quatre bras formant deux ciseaux articulés dont la remontée s'effectue grâce au mouvement d'avancée par translation de quatre chariots rendus mobiles par la rotation de deux vis sans fin mises en mouvement par le système de transmission du tracteur. 60 Dispositif selon les revendications 1 et 5 caractérisé par le fait que chaque ciseau est constitué de deux bras de relevage dont l'un se termine par une mâchoire qui glisse et s'arrime dans un galet pratiqué dans la ceinture en U du container, et l'autre bras se termine par un galet mobile qui glisse dans la ceinture du container afin de permettre le relevage de celui-ci. 7e- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les serpentins de chauffage des grands digesteurs horizontaux se présentent sous forme de spires liées entre elles par des barres de fers à béton et forment armature de maintien du cylindre de la cuve du digesteur fixe. 8-- Dispositif selon les revendications 1 et 7 caractérisé par le fait que la canne centrale formée de deux cylindres concentriques de longueur inégale, obturés au sommet et raccordés respectivement au tuyau d'arrivée et de sortie de l'effluent, permet le remplissage, la vidange du digesteur et l'Evacuation du gaz produit en un seul endroit. 90 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le digesteur container muni de goulottes de réception latérales reliées au container par des tubulures d'admission formant joint hydraulique, peut se placer directement sous les stalles ou le couloir de circulation d'une étable et jouer le rible de caniveau fermenteur 100 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le Paît que l'on épure le biogaz brut en le séparant du C02 - NH3 - H2S qu'il contient, par passage dans une cuve cylindrique fermée hermétiquement par un couvercle cylindrique dont les parois plongent dans un joint hydraulique formé par le premier tube et une cuve le contenant. Le tube médian contient, de haut en bas, de l'eau de chaux, du charbon de bois et des copeaux de fer soutenus par un cylindre perforé.