Brevet FR2552298A1 — publié le 19850329

La présente invention est relative aux moyens mis en oeuvre pour produire un gaz combustible à partir de matières fermentiscibles. L'objet de l'invention viseplus particulièrement une technique pour augmenter la production de gaz et diminuer le temps de séjour hydraulique. Dans le domaine technique ci-dessus on a déja proposé de nombreuses réalisations en vue de produire un gaz combustible. La plupart des réalisations existantes sont composées de fermenteur unique. Ce sont des monodigesteurs type lit de boues ou type infiniment mé)an- gé. Ces installations fonctionnent en continu, de façon généralement satisfaisante, mais la production de gaz reste moyenne. De tels digesteurs sont utilises pour le traitement de substrats fortement chargés en ma tières en suspension (lisiers, fientes, fumiers). D'autres techniques, plus performantes utilisent des ferment teurs à lits ou filtres bactériens constitués par des empilages d'élé- ments poreux. De telles installations sont bien adaptées pour des milieux liquides ne contenant pas de particules en suspension. Par contre, des phénomènes de colmatage apparaissent rapidement avec des liqueurs même faiblement chargées en particules. Sur le plan pratique, l'expérience montre que la concentration optimum en matières sèches des substrats soumis à methanisation doit être inférieure à 10 %. Certains substrats, comme les fientes de poules, atteignent des concentrations en matières sèches, sur produit brut, de 25 à 30 %. La méthanisation de ce type de matière nécessite donc de fortes dilutions (3 à 4 parties d'eau pour une partie de matière). L'apport d'eau est donc très important et augmente les charges d'exploitation et les volumes de stockage des matières après digestion. La solution est donc de récupérer cette phase aqueuse et de la recycler afin de diminuer la consommation d'eau d'appoint. Cette solution pose un certain nombre de problèmes. Des pu; blications scientifiques récentes soulignent l'effet inhibiteur sur le processus de méthanisation exercé par l'accumulation de substances à biodégradabilité lente (inhibition provoquée par les acides gras, acides propioniques butyriques, etc ... ou certains sels à des concentrations anormales, sels d'ammonium par exemple). Nous avons constaté, qu'une partie importante des substances consommées par les micro-roganismes dans la phase de méthanogé- nèse était en partie ou en totalité solubles dans l'eau et que cette phase aqueuse était donc très riche en substances méthanisables, acetates proponates , hydrogenocarbonates mais aussi en substances inhibitrices. Il convenait donc de traiter cette phase aqueuse, selon un processus rapide, avant recyclage. Nous avons également constaté que dans ué digesteur non agité il se produisait une stratification qui faisait apparaître trois zones assez bien séparées et dont l'importance variait en fonction de la nature du substrat traité. On observe en effet, une zone supérieure constituée de flottants, une zone intermédiaire constituée par une phase aqueuse faiblement chargée en particules et une zone inférieure plus dense constituée de matières décantables. La présente invention vise à résoudre les problèmes ci-dessus en proposant une technique et une technologie qUi répondent particulièrement aux observations formulées. L'objet de l'invention est d'améliorer de façon notable la production de gaz combustible et de diminuer le temps de rétention hydraulique de la matière dans le digesteur. Un autre objet de l'invention est de diminuer de façon importante la consommation d'eau nécessaire à la dilution de substrats -à fortes concentrations en matières sèches. Un autre objet de l'invention est la possibilité d'utiliser un système très performant (digesteur à bactéries sur support) avec des liqueurs plus ou moins chargées en particules sans phénomène de colmatage du support qui empêcherait la circulation des liqueurs. Un objet supplémentaire de l'invention est de diminuer les risques d'inhibition par une dégradation plus rapide des substances responsables de ces phénomènes. Sur le plan technique, l'invention se compose de deux digesteurs de conception différente montés en série fonctionnant en anaerobiose selon un processus continu. L'ensemble peut être automatisé et programmé. Le premier digesteur, constitué d'un digesteur type lit de boues est chargé en matières fermentiscibles et de la quantité d'eau suffisante pour atteindre une concentration en matières sèches voisine de 6 %. En fonctionnement continu, il est alimenté une ou plusieurs fois par jour par une quantité calculée de matière fraîche très faiblement diluée par un apport d'eau brute et de liqueurs de recyclage suffisant pour rendre le mélange pompable et compenser les pertes inévitables de liqueurs. Le digesteur fonctionne à niveau constant et l'on soutire un volume de décantat sensiblement identiqUe au volume total du mélange introduit. Le volume de la phase aqueuse initiale demeure donc constant. L'élimination des flottants est réalisée par debordement provoqué par une variation programmée du niveau des liquides du digesteur.(le temps de séjour hydraulique moyen de la matière est d'environ 7 jours). Le second digesteur est un digesteur à bactéries sur support. Il est alimente en continu ou en discontinu par les liqueurs prelevées dans la zone constituée par la phase aqueuse du digesteur à lit de boues. Le temps de séjour des liqueurs dans le digesteur à bactéries sur support est de quelques heures. Les liqueurs épuisées sont recyclées soit dans la zone de décantats soit dans la zone des flottants du digesteur à lit de boues (selon la nature du substrat initial où elles se "rechargent" en substances methanisables avant de retourner dans le digesteur à bactéries sur support. Les liqueurs sont traitees selon un processus cyclique avec des phases d'épuisement et de recharge successifs. Sur le plan technologique, la conception des supports bacté- riens permet la libre circulation des fluides et des. liqueurs même chargés en particules, sans phénomène de colmatage. Ces supports bactériens sont constitués par des bandes souples ou des panneaux rigides en matériaux fibreux ou poreux disposés verticalement et parallèlement. L'espace entre chaque bande ou chaque panneau est de quelques centimètres (disposition analogue à un condensateur à plaques). Le schéma général de l'installation est représenté par la Fig. 1. La Fig. 2 est Une coupe selon ab du digesteur à bactéries sur support représentant la disposition des bandes ou des panneaux bactériens. Telle qu'elle est représentée l'installation comporte undi- gesteur à lit de boues 1 et un digesteur a bactéries sur support 2. Chaque digesteur est muni d'un chapeau amovible 3, l'étanchéité est assurée par une garde hydraulique 4 et le chauffage par des canalisations verticales 5. Le digesteur 2 contient les supports bactériens 6. La pompe 7 alimente le digesteur 1 en matière fraîche, la pompe 8 alimente le digesteur 2 en liqueurs, la pompe 9 prélève les liqueurs épuisées dans 2 pour les réintroduire dans 1, la pompe 10 extrait les decantats de 1. Les matières flottantes sont éliminées en 11. REVENDICATIONS 1. technique de production en continu de gaz combustible à partir de matières organiques caractérisée en ce qu'on : couple en série un digesteur à lit de boues 1 et un digesteur à bactéries sur support 2 alimente chaque jour, en une ou plusieurs fois par une pompe 7, le digesteur à lit de boues avec une certaine quantité de matière fraiche diluée par apport d'eau brute ou de liqueurs de recyclage et que l'on soutire par une pompe 10 une quantité identique de dêcantat fermenté alimente par une pompe 8, de façon continue ou discontinue, le digesteur à bactéries sur support 2 par la phase aqueuse décantée ou partiellement décantée du digesteur à lit de boues. fait circuler les liqueurs en circuit fermé d'un digesteur à l'autre à l'aide des pompes 8 et 9 de façon continue ou discontinue et que les liqueurs subissent alternativement des phases "d'épuisement" dans le digesteur à bactéries sur support 2 et de "recharge" en substances organiques méthanisables dans le digesteur à lit de boues 1. fait circuler les liqueurs du haut vers le bas du digesteur à support bactérien 2 et que l'on réduit au minimum la consommation d'eau nécessaire à la méthanisation. 2. Dispositif de support bactérien 6 caractérisé par des bandes souples ou des panneaux rigides en matériau fibreux ou poreux fixés en partie haute du digesteur 2 et sur toute la hauteur de la partie cylindrique du digesteur Une disposition verticale et parallèle des bandes ou des panneaux Un espace libre de quelques centimètres entre chaque bande du chaque panneau permettant au fluide chargé de particules de circuler librement entre les supports sans risque de colmatage. Une fixation des bandes ou des panneaux sur des supports fixes disposés au point haut de la partie cylindrique du digesteur et un lestage des bandes en partie basse afin de maintenir l'écartement entre les bandes et une certaine tension sur chaque bande. 3. Procédé de production en continu de gaz combustible carac térise en ce qu'il comprend deux réservoirs cylindriques 1 ou 2 en acier, de capacité moyenne 40 à 80 m3 environ, de fabrication identique, munis d'un système de chauffage 5 constitué par des tubulures verticales placées le long des parois intérieures du digesteur. Un dispositif cylindro-conique au sommet de la cuve du digesteur permettant l'élimination des flottants et des mousses par débordement provoqué par une variation de volume des liqueurs à l'aide des pompes 7 et (ou) 9 Un système d'étanchéité au gaz 3 constitue par un couvercle dont l'étanchéité est assurée par une garde hydraulique 4 et une fermeture sur joint caoutchouc. Ce couvercle amovible, en acier ou en matériaux plastiques, permet un accès à l'intérieur du digesteur en cas d'incident de fermentation.