Brevet FR2513481A2 — publié le 19830401

FR 2513481 A2 19830401 FR 8118509 A 19810929 La présente invention a pour but à titre de produit industriel nouveau, ur système à fermentation continue sous anaorobiose de tous les déchets organiques, di- gestibles en provenance notamment des exploitations agricoles, pour en produire de l'anergie sous forme de méthane biologique. Malgré l'intérêt de ce genre de procédé, peu de réalisations voient le ot actuellement. La cause principal est le prix élevé des installations proposes uj se prêtent mal à une fabricatior industrielle en grande série adaptable aux nombre sites et cas différents rencontrés. L'objet de la présente invention est un réseau en Fonte ou bPton de canal sations de grand diamètre (/ 1 m à # 2 m) équipé de regards spéciaux également de grand diamètre, le tout formant digesteur à fermentation m#thanique. La conception des digesteurs sous forme de réseau permet une adaptation e cile à tous les sites rencontrés et une fabrication industrielle en grande série. Ce dispositif est conçu sur le même principe qu'un réseau d'assainissement collectif d'une agglomération. Son originalité est qu'il fonctionne sous anaêrobiose et produit du m"'tha qu'il transporte dans le réseau lui-même depuis les rejets de matières organiques lieux d'utilisation de méthane. Ce réseau joue le rôle de station de traitement des sachets sous anaÇrobi, sans qu'on ait besoin de lui adjoindra une station. La conception des appareillages formant l'invention permet une réalisatia répétitive à l'échelon d'une grande fonderie industrielle dans le cas d'une raalis tion en fonte. Son adaptation à des problèmes très différents et des sites particu liers est facile puisqu'il consiste en un montage de canalisations identiques, en série, s'articulant entre des regards également identiques. Conformément à l'invention, l'introduction des déchets dans le roseau fer menteur se fait par l'intermédiaire de tabourets sipholdes étanches classiques pov les eaux vannes et ménagères d'une habitation, et par l'intermédiaire de bouches S pho#des spéciales pour les déjections animales sous les logettes d'une étable. L'effluent est stocké dans le réseau de canalisations spéciales qui iouer le rôle de digesteurs horizontaux continus à trop plein constant. Les tronçons de seaux sont reliés les uns aux autres par des regards nouant le rôle de digesteurs- concentrateurs formant stockage des trop pleins et destinés à être vidés dés que niveau atteint le niveau du trop plein général. Chaque regard comporte un niveau et un niveau bas, le volume constitué entre ces deux niveaux forme le volume tampe d'effluent qu'il faudra pomper lorsque le niveau haut sera atteint. Le haut de chaque canalisation est relié à chaque regard et ainsi de sui par un by-pass muni de vannes afin de pouvoir déplacer le biogaz des lieux de pro. duction vers les lieux d'utilisation, le haut du réseau et des regards Formant ci: cuit de réserve et de transit du biogaz. Le biométhane provenant du réseau sera ensuite épuré dans un épurateur à caissons et stocke dans un gazomètre avant utilisation à 25 qr/cm2 pour usages do ectiïues, soit comprimé à 13O kgs/cm2 en bouteilles. Le réseau est équipé de regards gazomètre à cloche formant également réserve de 11Z Une forme de l'invention est décrite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en se réfPrant aux dessins annexés. ta figure 1 est une vue d'ensemble de l'installation appliquée à une ferme dont le corps de logis est mitoyen aux bâtiments d'élevage. Les lieux de collecte des effluents et qe distribution du biogaz produit sont dispersés dans l'espace. On arrive pourtant aisément avec ce genre de réseau à résoudre ce cas particulier. Les matières organiques en provenance des ","", bains et cuisine de lthabita- tion ou des lisiers des bâtiments d'élevage sont respectivement introduit3 par des bottes de branchement siphoSdes étanches (A) classiques ou des caniveaux siphoTdes de collecte (B) dans des canalisations principales (c) formant digesteurs horizontaux continus articulés sur des regards fermenteur et concentrateur (D) où sera stocké le trp plein en provenance des canalisations principales (C) et de transit (CT) avant d'être évacuées par une tonne à lisier (E). Chaque tête du réseau fermenteur (C) est équipée d'un regard fermenteur gazomètre (F) formant tampon. Le biogaz circule dans tout le réseau et passe des collecteurs aux regards par des by-pass (G) munis de vannes jusqu'aux lieux d'utilisation équipés d'un gazomètre de distribution (H). Le passage de l'eau chaude pour alimenter les échangeurs thermiques assurant le maintien de la température à 350C de l'ensemble de l'appareillage que l'on appellera le 'Méthaduc" est assuré des collecteurs aux regards par des by-pass (I). La figure 2 présente une vue d'ensemble du réseau de fermentation (") articulé sur le regard fermenteur concentrateur (D) et le regard fermenteur gazomètre (F) appliqué dans l'étable sous le couloir de circulation ou sous les stalles. Depuis l'étable (1), le lisier ou le fumier évacué par des caniveaux (2) et des gaines d'admission (3) siphoTdes est stocké dans un digesteur canalisation (C) en fonte ou béton de grand diam-tre (l à 2 m) à joint standard (4) dont l'étanchéité est assuréepar la compression d'une bague de joint en élastomère (5). L'effluent y séjournera environ vingt jours pour y être digéré par des microorganismes méthanogènes sous anaérobiose. Un berceau de chauFfage (6) à double plaque assemblée entourant e:xt#rîeure- ment ou intérieurement la canalisation à fermentation (C) assure le maintien en température de l'ensemble et une jaquette isolante (7) formée d'une projection de mousse de polyuréthane rigide et d'une cocue de soutien extérieur (8) assure l'isolation thermique. Enfin, des mélangeurs à turbine (9) réalisent une homogénéisation du substrat et la destruction des flottants. Le substat traité et clarifié passe à chaque admission de nouvelles déjections par effet de vase communiquant et déversement par l'intermédiaire d'un siphon (îo) dans le regard de stockage (D) sur lequel est embottée la canalisation (C) où il séjournera avant d'être repris par une tonne à lisier par pompage. Le regard (D) comprend un corps circulaire en fonte (ll) entouré d'un échangeur thermie à plaque ou spire cuivre (12) ou tuyau de polypropylêne (13) noyé dans le fond du radier en béton (14). Le fond du regard est ancré dans un massif de béton (15) par des goujon et boulons (16). Le haut du regard (D) est clos par un couvercle (17) à joint hydre lique (18). Un flotteur à mercure (19) déclanche la pompe de vidange du regard (D), Un autre flotteur à mercure (20) arrtte la pompe pour éviter son désamorçage. Des tubulures (21) permettent d'assurer la jonction du regard (D) avec la canalisation (C).La visite de la canalisation (C) peut être assurée par le regard fermenteur gazomètre (F) qui est semblable au regard (D) sauf qu'il n'est pas aussi profond e que le haut est surmonté d'une cloche mobile (22) coulissant dans un joint hydraul que profond (23) et supporté par un portique (24). Ce regard (F) permet la visite la canalisation (C) par des échelons de descente (25) dont tous les regards sont équipés. La figure 3 représente une vue d'ensemble du réseau de fermentation (C articulé sur deux regards fermenteur concentrateur (D). Cette solution est réalisé pour que tous les regards concentrateurs soient à vider au même moment et éviter à l'agriculteur dtintervenir à tout moment du fait du décalage inévitable du remplis ge des différents regards. Cette fonction permet également d'augmenter la capacité de stockage du gaz ou de l'effluent et le transit du gaz selon un circuit continu des lieux de production aux lieux de consommation. La figure 4 représente un regard concentrateur situé entre deux canali sations de transit (CT) sans arrivée directe de l'effluent. Le regard concentrateur (D) entre les deux canalisations (OT) permette de stocker ltetBluent lorsque le niveau de celui-ci sera supérieur à la génératric supérieure de la canalisation (CT) à partir d'un autre concentrateur (D) également rempli. La figure 5 représente un système de parois siphoSdes fixe. La paroi siphoSde basse (26) est constituée par la paroi du regard concentrateur (il) et li paroi siphoïde haute (27) est constituée par un demi-cercle en fonte soudé à la tubulure (21) du regard (D). Une vidange avec vanne (28) peut servir à vider les canalisations (C) par le regard (D). La figure 6 représente une variante au système de parois siphorder; pr cédentes. La paroi siphorde haute (27) est constituée par la paroi du regard concis trateur (ll) et la paroi sipho#de'basse (26) est un prolongement de la tubulure (21). Une bonde de fond (29) ou une vidange avec vanne (30) peuvent servir à vider le sys tème par le regard (D). La figure 7 représente une troisième variante au système des parois siphordes. La paroi siphotde basse (26) peut-être à seuil variable et ajustable. Elle se présente sous forme d'une paroi cylindrique (31) se logeant dans des rainures (32) soudées sur le corps (ll) du regard et formant vanne. Pour vider les canalisations on enlève ou soulève la paroi cylindrique (31) et (C) se vide dans (D). La figure 8 représente le système de fermeture hermétique du haut du regard qui est constitué par un couvercle circulaire (17) à parois sipholdes plongeant dans un joint hydraulique (18) à parois circulaires. La figure 9 représente une variante à ce système. Le tampon de fermeture (33) est celui rencontré dans le commerce avec joint caoutchouc. La figure 10 représente une autre variante transformant le regard (D) en digesto-gazomètre à cloche mobile. La fermeture du regard est réalisée par une cloche mobile (22) coulissant dans un joint hydraulique profond (23) et guidé par un portique (24) et des galets mobiles (34) et roulettes (35). La figure ll représente une autre variante de ce système mais la cloche (22) coulisse à l'intérieur du corps (ll) du regard. La figure 12 représente une variante aux regards (D) à concentration qui peut se présenter à passage directe comme les regards classiques, c'est-àZdire que le fond du regard (D) correspond au fil d'eau de la canalisation (C). Tous les regards peuvent recevoir plusieurs tubulures (21) comme les regards classiques, et l'angle d'arrivée au regard peut-être fixé en fonction des impératifs du terrain et du site. La figure 13 montre que quelque soit la pente du terrain on peut trouver une solution. Si la pente le permet on peut situer les canalisations (C) horizontalement en cascade de regard en regard. Si la pente ne le permet pas, on peut retrouver le niveau en intercalant une canalisation de transi; non horizontale. La figure 14 montre une utilisation du regard concentrateur (D) dans le cas d'un camping à WZ collectif (36) dans lequel on peut vider également les ordures ménagères broyées (37). Ce dispositif peut également être utilisé dans le tiers monde et servir de sanitaire collectif. On peut, en bout de bâtiment, installer des cuisines qui se chaufferont avec le gaz produit par le digesto-gazomètre. ta figure 15 représente le gueulard d'admission des matières organiques dans un digesteur équipé d'un séparateur lamellaire pour évacuer l'eau et augmenter le pourcentage de matière sèche dans le digesteur. L'effluent arrive dans la goulotte (37) au-dessus des lamelles (38) et descend dans les espaces inter-lamentaires. T matière oranique glisse des parois inférieures tandis que ''eau devient de plus e nlus #'####claire Hans la nnr- tie supérieure de l'espace in#er-lamellaire. l#u est collectée par une botte (39) lonqeant 1s partie inférieure, muni d'une membrane filtrante, 40 remonte dans les tubes (41) nui reIoiqnent li goulotte d'eau décantée (41) et le trop plein (42#. Ce séparateur lamellaire permet de préle- ver le maximum d'eau existant dans un lisier et 1'augmenter le pourcentace de matie sèche de lisier qui peut passer de 6 % à 50 % diminuant le volume des diqesteurs. La figure 16 représente un élément du séparateur lamellaire avec Sa botte de collecte (39), sa membrane (40), ses tubes de collecte (41) formant également longerons canalisant le flot et servant de support. La figure 17 représente un digesteur iui peut se présenter avec des sépaz rateurs lamellaires situés de part et d'autre des parois latérales (43) et servant de concentrateur de boues. La figure 18 représente le gazomètre de distribution (H 5 qui est du tyDe cylindrique vertical. Il est constitue d'une cuve cylindrisue A double paroi For- mant joint d'étanchéité (44) lorsque les parois verticales (45) du couvercle coulis. sent dans l'interstice (46) formé par la double paroi cylindrique de la cuve en pr - sence d'eau additionnée d'alcool méthylique. L'entrée des gaz se fait au bas de la cuve centrale contenant de l'eau de chaux (47) Formant clapet antiretour des gaz protégé par un chapeau chinois (48). Des caissons (49) contenant du charbon de bois (épurateur NH3) et de la paille de Fer (épurateur du s#2) surmontent l'eau de chaux Des poids (50) situés en haut de la cloche permettent de régler la presse de service à 25 gr/cm2. Une règle graduée (51) peinte sur la cloche permet d'évaluer la réserve de gaz disponible dans l'appareil. La fiqurel9 représente une coupe du digesteur horizontal container (52) équipé du rotor à lames (53). Afin que ce rotor puisse mieux hacher la paille, on a Fixé en bas de cuve un double cadre (54) à lamelles tranchantes au milieu duquel les cadres (53) du rotor à lames passeront. La figure 20 représente une vue d'ensemble d'un digesteur horizontal (55) arrimé par un clip (56) à un concentrateur (57), le tout Fournissant du biogaz stocké dans un gazomètre à cloche (58). Les digesteurs (55) pourront se mettre en batterie grace è leur clip (56) sur des concentrateurs (57) ou se mettre bout à bout sur des digesteurs (55). La figure 21 représente la coupe d'un thermocapteur sur déchets végétaux broyés. Des canalisations (55) assemblées dans un cadre (57) Formant également tuyauterie capte la chaleur dégagée par la fermentation aérobie d'un Fumier (58) pour assurer le chauffage d'un digesteur ou d'eau chaude sanitaire.Ces cadres (57) s'articulent sur un axe (59) et viennent se poser deux par deux sur un support (50) Des assemblés de la même manière que le circuit eau chaude assure uns venfi tison for#'e du tas de Fumier avec sortie dans des tuyères (62). cette circu'ation Forcée d'air chaux est assurée par des capteurs solaires à tubes (63). TE arrosage interne du tas de Fumier peut être également réalisé de la même manière avec cadre et tuyau perforés. la n figure 22 représente une variante au thermocapteur sur déchets végétaux précédents. Des tubes concentriques (64) à double paroi cylindrique (65) dans laquelle circule de l'eau, captent la chaleur dégagée par la fermentation aérobie d'un fumier (66) maintenue par la circulation d'air forcé qui circule entre les interstices (67) formés par ltemboitement des tubes (64) entre eux. Le haut des tubes (64) possède une spire de canalisation percée de trous (68) formant rampe d'arrosage du tas en fermentation. L'ensemble peut être démonté et soulevé par des poignées (69) de reprise lors de l'enlèvement du tes de fumier. La figure 23 représente un dispositif de tri sélectiF des ordures ménagères. Depuis le plan de travail de la cuisine (70) une double ou quadruple gaine en polyester (71) reliée aux couvercles (72) de poubelles (73) par un manchon souple (74) avec collier de fixation (75) permet le tri et le stockage sélectif des ordures ménagères dans les poubelles (73). Un broyeur (76) diminue le volume des ordures ménagères digestibles avant leur stockage dans la poubelle (73). Ce dispositif peut être utilisé pour faciliter le tri des ordures ménagères à ltorigine des rejets et l'utilisation des ordures digestibles dans une fermentation méthanique. 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 t on pourra également ajouter dans la cuve d'un digesteur des feuillets plastique, par exemple, afin d'augmenter la surface de contact des microorganismes. Pour faciliter encore la fermentation notamment de la cellulose, on pourra également casser la lignine à l'amont d'un digesteur à partir d'un microdigesteur. R v V E N D I C A T I O N S l#. Dispositif selon la revendication n0 4 du brevet principal destiné à la ferme tation anaérobie des déchets organiques en vue de la production de méthane caraco risé par le fait qu'il se présente sous forme d'un réseau composé de canalisation et regards fermenteurs. 20. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les canalisations à joint standard et bague néoprène jouent le rôle de digesteurs hori#ontaux continus du fait qu'elles sont munies de goulottes de réception latérales herméti ques, d'agitateurs, d'échangeurs thermiques à plaque et de bourrelets isolants. 3 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les regards d jonction et de changement de direction des canalisations de fermentation jouent 1 rôle de digesto-gazomètre tampon des trop pleins de ces canalisations du fait qu' sont équipés d'un échangeur de chaleur, d'un bourrelet isolant et surmontés de ta pon fixe ou mobile à joint hydraulique profond les rendant hermétiques. 40. Dispositif selon les revendications 1 - 2 - 3 caractérisé par le fait que la tubulure du regard de fermentation avec le corps du regard et une paroi haute sou dée dans la tubulure forme siphon de vidange du trop plein de la canalisation de vidange. La paroi basse du siphon de vidange peut-être composée d'une plaque coul sant dans des rainures fixées sur le corps du regard pour vidanger la c malisatio 50. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les canalisations de fermentation peuvent être équipées d'un agitateur à lames dont les cadre hexagonaux sont formés de six lames à bord tranchant passant entre deux lames tra chantes fixées sur les parois inférieures du digesteur horizontal et permettant d hacher la paille à chaque rotation de l'agitateur. 60. Dispositif selon la revendication l caractérisé par le fait que les by-pass f més de conduites équipées de vannes reliant les canalisations aux regards permett au réseau de transporter le biogaz des lieux de production aux lieux de consommat sans nécessiter un réseau de gaz séparé suppl#mentaire. 70. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la cuve infé- rieure du gazomètre de distribution est formée de deux cylindres concentriques dc le milieu abrite des caissons empilés formant épurateur et clapet antiretour diFf rentiel des pressions du paix de la coupure hydraulique occasionnée par l'4paisse d'eau de chaux mise au fond du cylindre intérieur à l'arrivée des gaz. 80. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le gueulard d'admission des matières organiques d'un digesteur ou ses parois peuvent être Ptn de séparateurs lamellaires formés de lamelles, d'une goulotte de réception et de tube d'évacuation de l'eau clarifiée permettant d'éliminer le maximum d'eau d'un lisier, d'augmenter le pourcentage de matière sèche de l'effluent et de réduire - volume du digesteur. 90. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que des tubes di! posés sur cadres ou concentriquement les uns aux autres dans le fumier permettent de capter, par l'eau qui y circule, la chaleur dégagée par la fermentation aérobie d'un fumier et d'sssurerla ventilation forcée de l'intFrieur du tas de fumier par le mtme système de tubes sur cadres ou concentriques Où circule de l'air. 10 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que des tubes verticaux reliés aux couvercles de poubelles par des gaines souples fixées par des colliers permettent d'assurer un tri sélectif des ordures ménagères à l'origine des reJets.