Brevet FR2521976A1 — publié le 19830826

Proc#de et dis ositif ermettant d'assurer le traitement anaerobie de liqueurs organiques, suivi d'un#ha e. sans extérieur de calories. La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant d'assurer le traitement anaérobie de liqueurs organiques sans apport extérieur de calories. La présente invention se situe dans le domaine technique du traitement des liqueurs organiques, de toutes origines, dans lequel ces liqueurs sont soumises à une digestion anaérobie, au cours de laquelle il se produit le dégagement d'un gaz combustlble (contenant du méthane), suivie d'un séchage de la matière solide digérée. Un tel traitement s'applique notamment, de nos jours, aux boues d'épuration biologique des eaux urbaines et/ou industrielles, aux lessives ou liqueurs résiduaires provenant de la fabrication de produits chimiques, de papiers, de cartons, de cellulose, de produits pétroliers, de produits pétrochimiques ou carbochimiques, de sucre, de matières alimentaires et plus généralement de toutes les liqueurs, contenant des produits organiques, susceptibles d'etre traités par digestion anaérobie. Les installations dans lesquelles on réalise le traitement de ces liqueurs par digestion anaérobie comportent généralement - un digesteur dans lequel les liqueurs organiques sont traitées et produisent d'une part un gaz contenant un hydrocarbure combustible (méthane) et d'autre part une boue digérée très appauvrie (ou exempte) de matières organiques fermentescibles, - un déshydratateur dans lequel les boues digérées sont séparées d'une partie de l'eau qu'elles contiennent, - et un sécheur dans lequel les boues en provenance du déshydra tateur sont débarrassées de l'eau qu'elles contiennent encore ; ce séchage implique le chauffage des boues jusqu'à une température suffisante pour provoquer la vaporisation de l'eau entrainant la production de vapeur et d'un matériau sec. Dans le digesteur se produit donc une transformation anaérobie, au moyen de micro-organismes, des composés organiques contenus dans les liqueurs à traiter. Cette transformation anaérobie s'effectue à une température supérieure à la température ambiante, généralement entre 30 et 400C ; pour atteindre et maintenir cette température il est donc nécessaire d'apporter, aux boues à traiter et en cours de traitement, une certaine quantité de calories. De plus, par ailleurs, la boue en cours de traitement est régulièrement agitée.Dans les installations actuelles, l'agitation de la boue est obtenue gracie à un recyclage sur elle-même de ladite boue et l'apport des calories est effectué dans un échangeur indirect, monté sur ledit recyclage des boues, alimenté en vapeur ou eau chaude à partir d'une chaudière que l'on peut alimenter,en gaz combustible, avec une partie du gaz combustible produit par le digesteur. Le deshydratateur enlève1 généralement par des moyens mécaniques, la partie de l'eau aisément éliminable contenue dans les boues traitées. Le séchage final est généralement réalisé par passage des boues en provenance du déshydratateur dans un dispositif dans lequel ces boues sont en contact avec des tubes fortement chauffés, contact provoquant la vaporisation de l'eau incluse dans les boues et la production d'un matériau sec (en poudre ou en grain) ; pour chauffer les tubes apportant les calories aux boues, on admet dans ces tubes de la vapeur sous pression, cette vapeur provenant d'une chaudière que l'on peut alimenter, en partie, avec une partie du gaz combustible produit pas le digesteur. Les autres modes de séchage sont connus. Or l'expérience montre que les gaz combustibles produits par le digesteur sont en quantité insuffisante pour pouvoir fournir les calories nécessaires d'une part pour que la température du digesteur soit idéale et d'autre part pour que l'on produise une quantité de vapeur suffisante pour sécher les boues dans le sécheur. Il est donc nécessaire d'utiliser, à un niveau ou à un autre, une quan- tité de combustible extérieure ce qui alourdit le coût de fonctionnement de l'installation et conduit de plus en plus souvent à l'abandon de ce traitement anaérobie des liqueurs organiques. -La présente invention vise à surmonter cette difficulté elle est fondée sur la constatation que les calories produites sous forme de vapeur lors du séchage final peuvent être avantageusement récupérées pour chauffer la boue en cours de digestion. La présente invention concerne donc un procédé pour le traitement de liqueurs organiques digestibles par digestion anaérobie, cette digestion étant effectuée à une température supérieure à la température ambiante par un apport convenable de calories et produi sant un gaz combustible, puis, après déshydratation partielle des boues digérées, séchage du solide obtenu avec production de vapeur d'eau, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'apport des calo ries nécessaires pour amener à température voulue les liqueurs organiques au cours de l'opération de digestion est réalisé par utilisa tion de la vapeur d'eau produite lors de l'opération de séchage. L'invention peut être mise en oeuvre quelque soit le mode de sèchage employé. Il est cependant souhaitable que ledit mode de séchage produise une vapeur d'eau aussi exempte que possible de gaz non condensable car ainsi le rendement de la récupération calorifique sera d'autant plus élevé. Ledit apport de calories peut s'effectuer par tous les moyens connus et notamment - par contact direct ; ce contact peut par exemple être réalisé par barbottage de la vapeur d'eau provenant du sécheur dans le liquide contenu dans le digesteur, - par contact indirect ; ce contact peut être réalisé par exemple en effectuant une circulation de la vapeur provenant du réacteur ou de préférence d'eau chaude provenant de la condensation de ladite vapeur dans des tubes échangeurs plongés dans le liquide du digesteur, - en utilisant le circuit de recyclage dont on dispose souvent sur le digesteur, recyclage qui est en particulier employé pour agiter le liquide en cours de digestion ; sur ce circuit de recyclage on réalisera donc entre le liquide recyclé et la vapeur (ou de préférence une eau chaude provenant de la condensation de tout ou partie de cette vapeur) soit un contact direct soit un contact indirect. Dans le cadre du procédé selon l'invention on utili sera le gaz combustible produit par le digesteur pour obtenir la vapeur qui sera employée dans le sécheur ; l'expérience prouve alors que cette quantité de gaz combustible sera suffisante pour l'instal lation (avec dans certains cas un léger excédent de gaz combustible) et qu'il ne sera pas nécessaire d'employer un combustible d'appoint extérieur. Les exemples non limitatifs suivants décrivent d'une part une installation selon l'art antérieur (exemple 1) et d'autre une réalisation de la présente invention (exemple 2). Ces exemples se réfèrent à deux schémas de ces installations qui forment respectivement les figures 1 et 2. Exemple 1 (figure 1) Installation selon l'art antérieur. Sur ce schéma, on distingue - en D un digesteur qui est constitué par un grand réservoir fermé en béton ou en tôle, pouvant être muni d'un agitateur et pouvant comporter un faisceau de tube interne permettant de réchauffer le liquide de traitement, - en 1 le tuyau d'arrivée des liqueurs å soumettre à la digestion anaérobie ; ces liqueurs proviennent généralement d'un épaississeur, - en 2 la sortie des boues digérées, - en P une pompe qui aspire le liquide traité dans le bas du digesteur pour le recycler au haut dudit digesteur ; durant le trajet de ce recyclage, le liquide passe par un échangeur indirect E1 dans cet échangeur E1 le liquide reçoit un certain nombre de calories (nombre suffisant pour que la température du liquide dans le digesteur soit maintenue à la valeur souhaitée, par exemple comprise entre 34 et 380C), par échange indirect avec de l'eau chaude ou de la vapeur produite par la chaudière C1, laquelle est alimentée en combustible par la canalisation 4 provenant du gazomètre G ; ce gazomètre G est alimenté en un gaz combustible (gaz contenant du méthane) par la canalisation 3 qui recueille le gaz produit par la réaction de digestion, - en F un "filtre" dans lequel on réalise une deshydratation partielle de la boue digérée sortant du digesteur par la canalisation 2 les boues digérées contiennent environ 30 à 40 g de matière sèche par kg ; on réalise donc en F ou une filtration ou une centrifugation, ce qui élimine une part notable de l'eau contenue (les boues sortant du filtre ne contenant plus qu'environ 50t à 70Z du poids d'eau), - en S le sécheur ; ce sécheur reçoit les boues en provenance du filtre; il contient une canalisation (faisceau tubulaire) E2 parcourue par de la vapeur en provenance de la chaudière C2 dont le combustible est fourni, en partie, par le gaz combustible provenant du gazomètre G par la canalisation 5 et,pour l'autre partie, par un combustible extérieur amené par la canalisation 6 ; de ce sécheur, on extrait, d'une part, par la canalisation 7, de l'eau sous forme d'une vapeur chaude (par exemple à lOO-l200C) et, d'autre part, par la canalisation 8, une poudre sèche ; la vapeur sortant par 7 est généralement condensée (E4) et rejetée ; on notera qu'il existe en générai un recyclage d'une partie de la vapeur par l'intermédiaire du ventilateur V et de l'échan- geur E3, Exemple 2 (figure 2) Installation selon l'invention. Sur la figure 2 on retrouve les éléments constitutifs de l'installation tels qu'on les a rencontressur la figure 1, b savoir - le digesteur D, avec le tuyau d'arrivée 1, le tuyau de départ2, le tuyau d'évacuation des gaz 3 allant au gazomètre G et, dans l'exemple choisi, le recyclage du liquide en cours de digestion par l'intermédiaire de la pompe P et de l'échangeur E1, - le filtre F, - le sécheur S comportant ses tubes de vapeur E2 > vapeur produite par la chaudière C2 alimentée par le gaz combustible provenant du gazomètre (canalisation 5), le dispositif de recyclage (V - E3) sur le sécheur et la sortie des matières sèches ; mais on note les différences suivantes - une partie de la vapeur produite dans le sécheur est envoyée par la canalisation 9 dans l'échangeur E1 dans lequel elle cède les calories nécessaires pour le ré chauffage du liquide dans le digesteur après quoi la vapeur (ou l'eau obtenue) est rejetée, - il n'est plus nécessaire de disposer de la chaudière C1 ni de son alimentation (4), ni de prévoir une arrivée supplémentaire de combustible en (6) (cf. figure 1), au contraire, il y a souvent produc tion d'une quantité excédentaire de gaz combustible (10, figure 2). Les avantages principaux apportés par la présente invention sont les suivants a) assurer le séchage des boues digérées sans nécessité d'apport calorifique extérieur (ce qui est le cas avec le schéma classique), b) assurer, avec le seul gaz de digestion, les besoins calorifiques totaux de l'ensemble digestion-sechage tout en obtenant, sous forme d'eau chaude par exemple, une disponibilité calorifique égale A 40-45Z de calories contenues dans le gaz de digestion, c) dans le cas ou les boues séchées sont destinées 3 l'incinera- tion conjointe avec celle des ordures ménagères (ou de toute autre matière), dont la nature calorifique oscille constamment de part et d'autre des minimums requis, ce qui conduit à consommer un combustible d'appoint lorsque le pouvoir calorifique est insuffisant, l'introduction de boues séchées peut, grâce la valeur calorifique élevée de celles-ci, permettre de réduire, voire de supprimer complètement, cet appoint, d'où une nouvelle économie de combustible. L'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrie sur la figure 2 ; on peut par exemple - placer les échangeurs E1 et E4 en série sur le circuit de la vapeur d'eau, cette vapeur entrant en premier lieu soit dans E1 soit dans - condenser la vapeur d'eau sur un échangeur (E4) et utiliser l'eau chaude en lieu et place de la vapeur d'eau ; cette technique a pour avantage de diminuer les surchauffes possibles au niveau de l'échangeur E1, - mélanger directement la vapeur d'eau avec le liquide contenu dans le réacteur ou avec le liquide circulant dans le recyclage P-E1. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le traitement de liqueurs organiques digestibles par digestion anaérobie dans un digesteur, cette digestion étant effectuée à température supérieure à la température ambiante grâce à un apport convenable de calories et produisant un gaz combustible, puis, après déshydratation partielle des boues digérées, séchage du solide obtenu avec production de vapeur d'eau, ledit procédé étant caractérise en ce que l'apport des calories, nécessaires pour amener à température voulue les liqueurs organiques en cours de digestion, est réalisé par utilisation de la vapeur d'eau produite lors du séchage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'apport de calories est effectué par injection directe de vapeur d'eau dans le liquide en cours de digestion et ce dans le digesteur où s'effectue la digestion ou dans un recyclage des liquides pendant la digestion. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'apport de calories est effectué par échange indirect de vapeur d'eau ou d'eau chaude provenant de la condensation de ladite vapeur d'eau, cet échange indirect étant effectué à l'intérieur du digesteur ou sur la canalisation assurant un recyclage des liquides durant la digestion. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, dispositif comportant un digesteur, un filtre et un sécheur, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour mettre en contact direct ou indirect la vapeur d'eau produite dans le sécheur avec le liquide contenu dans le digesteur.