Brevet FR2908403A1 — publié le 20080516

L'invention a trait à un procédé et une installation de traitement anaérobie d'effluents à concentration de matière sèche élevée, supérieure à 15%. La présente invention concerne plus particulièrement le traitement anaérobie d'effluents qui, au travers de leur composition, contiennent des déchets solides, notamment des particules indésirables susceptibles de se sédimenter dans la cuve de fermentation, comme par exemple des cailloux, du verre ou des composés métalliques. Il est d'ores et déjà connu par les documents FR 2 510 605 et FR 2 530 659 un procédé et une installation pour la dégradation en milieu anaérobie de produits, sous-produits et déchets organiques, comprenant un réacteur ayant une cuve cylindrique de fermentation, divisée verticalement en deux parties par une cloison centrale. La première partie est reliée par un siphon à un puits d'alimentation et la deuxième partie est reliée par un siphon à un puits d'évacuation des matières. L'alimentation et l'évacuation des produits sont réalisées par poussée pneumatique. Selon un mode de réalisation décrit dans ces documents les puits d'alimentation et d'évacuation sont situés à proximité l'un de l'autre, la cloison précitée étant disposée verticalement entre les deux orifices débouchant desdits puits dans le réacteur. Cette cloison a une largeur inférieure à la largeur de la cuve et une hauteur inférieure à la hauteur de la cuve, le fond de la cuve présentant une double pente ayant sensiblement la forme d'une ellipse. Selon un autre mode de réalisation encore décrit dans ces documents, les puits d'alimentation et d'évacuation précités sont sensiblement diamétralement opposés, la cloison verticale séparant sensiblement diamétralement la cuve de fermentation, avec une hauteur inférieure à la hauteur de la cuve et laissant un passage communiquant entre les deux compartiments à sa partie inférieure, le fond de la cuve ayant une pente unique. 2908403 2 Le procédé prévoit également une insufflation de biogaz par jets brefs et successifs par des conduits débouchant dans le fond de la cuve. Il est également connu, par le document FR 2 551 457 de 5 subdiviser l'enceinte en une pluralité de secteurs, et à injecter par intermittence du biogaz, prélevé d'un réservoir de stockage adapté, dans chacun desdits secteurs sous une pression et une période de temps prédéterminées. Le biogaz est réintroduit dans chaque secteur successivement, c'est-à-dire de 10 manière décalée dans le temps, de manière à obtenir une rotation de l'injection de biogaz dans l'enceinte, d'un secteur à l'autre. Il est également connu par le document FR 2 577 940 de supprimer les puits d'alimentation et d'évacuation des matières 15 afin d'abaisser les coûts de construction. Dans ce cas on réalise l'introduction directe des produits à dégrader dans l'enceinte, de préférence vers le fond de ladite enceinte, et la sortie des produits dégradés se fait par gravité. La poussée mécanique est réalisée par une pompe à matière épaisse, de 20 préférence à piston ou à vis. L'un des inconvénients des solutions antérieurement connues réside dans la complexité des digesteurs qui en résultent. En particulier ces digesteurs sont de fabrication coûteuse, liée aux contraintes de cloisonnement interne et aux conceptions 25 spécifiques des moyens d'adduction et d'évacuation d'effluents. Ces contraintes de fabrication sont d'autant plus importantes que la taille de la cuve du digesteur est élevée. Il convient, en effet, de gérer dans des cuves de taille importante les volumes morts, ce qui a été réalisé jusqu'à 30 présent au travers d'un compartimentage adapté et une gestion tourmentée du flux d'effluents à l'intérieur de ladite cuve. La présente invention se propose de répondre à ces inconvénients de l'état de la technique au travers d'un procédé et d'une installation finalement très simple. 2908403 3 A cet effet l'invention concerne un procédé de traitement anaérobie d'un effluent à concentration de matière sèche élevée dans un digesteur sous forme d'une cuve fermée pourvue de moyens d'adduction d'effluents à traiter et de moyens d'évacuation 5 d'effluents digérés, ainsi que de moyens de fluidisation sous forme d'injecteurs d'un fluide gazeux dans le fond de la cuve, caractérisé par le fait qu'au travers d'une répartition au niveau de la cuve des moyens d'adduction d'effluents par rapport aux moyens d'évacuation et l'aide des moyens de fluidisation, on 10 confère à l'effluent dans la cuve une circulation forcée sur toute la section de cette dernière, selon une composante sensiblement horizontale entre lesdits moyens d'adduction et lesdits moyens d'évacuation. L'invention concerne encore une installation pour la mise 15 en oeuvre du procédé comportant un digesteur sous forme d'une cuve fermée pourvue de moyens d'adduction d'effluents à traiter et de moyens d'évacuation d'effluents digérés, ainsi que de moyens de fluidisation sous forme d'injecteurs d'un fluide gazeux dans le fond de la cuve, caractérisé par le fait que les 20 moyens d'adduction sont disposés au niveau de la cuve de manière diamétralement opposée aux moyens d'évacuation et que, en combinaison, les moyens de fluidisation sont constitués de rampes d'injection de fluide gazeux s'étendant dans le fond de la cuve transversalement à la direction sensiblement horizontale 25 du flux d'effluents dans la cuve. Grâce à la présente invention la construction des ouvrages sera simplifiée et le coût de fabrication radicalement diminué. Par ailleurs une gamme plus large de matériaux sera utilisable pour ladite construction. 30 L'invention permet en outre de traiter dans des conditions favorables par digestion des produits organiques solides hétérogènes, par exemple des déchets ménagers et assimilés, avec des teneurs en matière sèche élevée, par exemple de l'ordre de 30%. L'obtention de teneur en matière sèche élevée à l'intérieur 35 du réacteur permet d'une part de diminuer fortement les volumes des cuves de fermentation, d'autre part d'avoir un milieu 2908403 4 suffisamment visqueux pour maintenir les éventuelles particules lourdes en suspension dans la boue épaisse, et de limiter ainsi leur sédimentation au fond de la cuve. D'autres buts et avantages de la présente invention 5 apparaîtront à la description qui va suivre. La compréhension de cette description sera facilitée en se référant aux dessins ci-joints, dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématisée et en élévation d'une cuve selon une première variante de réalisation, 10 - la figure 2 est une représentation schématisée de la section d'une cuve formant digesteur selon l'installation de l'invention, - la figure 3 est une représentation schématisée des rampes d'injection de fluide gazeux s'étendant dans le fond 15 d'une cuve, - la figure 4 est une représentation schématisée en élévation d'une cuve selon une deuxième variante de réalisation, - la figure 5 est une vue d'une disposition particulière d'un injecteur de fluide gazeux au niveau d'une bouche 20 d'évacuation d'effluents située en partie basse d'une cuve, - la figure 6 est une représentation schématisée en élévation d'une cuve pourvue de moyens d'accélération des effluents dans la cuve. Tel que visible dans les figures des dessins ci-joints, la 25 présente invention concerne un procédé et une installation de traitement anaérobie d'effluents à concentration de matière sèche élevée. A ce propos, on notera que dans la suite de la description il est essentiellement fait référence à des effluents à traiter étant entendu que ces effluents peuvent 30 avoir pour composition des matières à faible teneur en eau. Le terme effluent est donc utilisé à titre générique pour désigner toutes ces matières susceptibles d'être traitées au travers de la présente invention. La dégradation anaérobie de matières organiques solides, 35 selon le procédé de l'invention, est réalisée dans une installation comportant une cuve 1 de fermentation cylindrique 2908403 5 verticale, dépourvue de tout cloisonnement, ainsi que de tout équipement mécanique interne. Au niveau de cette cuve 1, il est prévu des moyens d'adduction 2 d'effluents à traiter et des moyens d'évacuation 3 5 d'effluents digérés, moyens 2, 3 constitués par des orifices respectivement d'alimentation 2 et d'évacuation 3. Tels qu'illustrés sur les figures 1 et 2, les orifices d'alimentation 2 et d'évacuation 3 sont disposés de manière à maintenir un cheminement forcé des matières dans un plan 10 sensiblement horizontal, sur toute la section de la cuve 2. En effet, le ou les orifices 2 d'alimentation en effluents à traiter sont placés au niveau de la paroi de cette cuve 2, de forme circulaire, de façon sensiblement diamétralement opposée à l'orifice ou aux orifices d'évacuation 3 des effluents 15 fermentés. Une circulation forcée est imposée aux matières en fermentation dans un sens horizontal par une alimentation par poussée, obtenue de préférence par l'utilisation d'une pompe par exemple à piston ou à vis. La figure 2 illustre une réalisation préférentielle d'une 20 telle cuve 1, où les orifices d'alimentation 2A, 2B, 2C ainsi que les orifices de sortie 3A, 3B, 3C sont répartis sur un arc de cercle dont l'angle inscrit a, dans tous les cas inférieur à 180 , est déterminé de telle façon que les matières qui entrent dans la cuve soient réparties sur une surface plus importante de 25 la section de la cuve. Le sens de circulation des matières est matérialisé par des flèches. Avantageusement, on ajuste le débit d'alimentation et/ou de sortie de chacun des orifices 2A, 2B, 2C ; 3A, 3B, 3C pour éviter des différences importantes dans la vitesse de 30 progression des matières constituant les effluents. D'autre part, comme illustré sur la figure 1, les orifices d'alimentation 2A, 2B, 2C et/ou de sortie 3A, 3B, 3C peuvent être avantageusement répartis à différentes hauteurs sur la paroi de la cuve. 2908403 6 Selon un autre mode de réalisation, la dalle de toit formant couvercle de la cuve comporte également un ou des orifices d'alimentation 2D, comme illustré dans la figure 1. La circulation est en outre favorisée par des moyens de 5 fluidisation 4 sous forme de buses d'injection 4 de fluide gazeux sous pression au niveau du fond X de la cuve 1. On comprend que la fluidisation par injection de gaz sous pression induit un mouvement vertical ascendant aux effluents sur toute la hauteur de la cuve 1. Il est un élément primordial 10 dans le fonctionnement du procédé et de l'installation selon la présente invention. Sur la figure 1 sont représentées les deux composantes du mouvement des effluents en fermentation : la progression horizontale H sous l'action de la poussée de l'alimentation des effluents à traiter et le mouvement vertical 15 V, évitant la sédimentation en raison de la teneur en matière sèche et la composition de ces effluents, sous l'action de l'injection du gaz sous pression G à la base de la cuve. La cuve 1 de fermentation est subdivisée virtuellement en plusieurs secteurs, les buses d'injection 4 étant réparties en 20 réseau dans ces différents secteurs. Chaque secteur est alimenté individuellement en gaz sous pression. Les gaz sont injectés successivement dans chaque secteur et de manière décalée dans le temps. La figure 3 illustre plus particulièrement la disposition 25 de ces secteurs. Ceux-ci sont agencés de manière à ce que la base de la cuve soit découpée virtuellement par des rampes, numérotées de a à h, parallèles entre elles et perpendiculaires au sens de progression des effluents dans la cuve 1, en somme perpendiculaires au plan D reliant les orifices médians 30 d'alimentation 2B et d'évacuation 3B. Ainsi l'injection dans chaque secteur successivement se fait depuis la rampe a du côté des orifices d'alimentation 2A, 2B, 2C, vers la rampe h du côté opposé c correspondant aux orifices d'évacuation 3A, 3B, 3C, favorisant un mouvement dans le sens de la circulation 35 horizontale forcée des effluents. 2908403 7 De manière avantageuse, des rampes i et j perpendiculaires aux précédentes et localisées sur les bords de la cuve complètent ces moyens de fluidisation. Ceci peut se révéler particulièrement favorable pour les cuves de très grand volume, 5 en limitant les volumes morts dans la cuve 1 de digestion, ce qui est essentiel pour le bon fonctionnement du procédé et l'installation pour la mise en oeuvre du procédé. Selon une deuxième variante de réalisation d'une cuve 1 illustrée en figure 4, le fond X de la cuve présente une pente, 10 ladite pente étant orientée de telle façon que les effluents en fermentation, et notamment les matières lourdes éventuellement sédimentés sur ce fond de la cuve, cheminent par gravité de puis l'orifice ou les orifices d'alimentation 2A, 2B, 2C vers l'orifice ou les orifices de d'évacuation 3A, 3B, 3C. L'angle de 15 la pente p est ajusté à la nature et à la granulométrie des effluents, afin que le cheminement soit progressif et compatible avec la transformation des matières organiques sous l'action de la fermentation. Avantageusement, un 3D au moins des orifices d'évacuation 20 est situé dans la partie basse de la paroi de la cuve 1 de telle façon que les particules lourdes accumulées au point bas du fond X de la cuve 1 sortent de l'enceinte par gravité. Selon cette deuxième variante de réalisation les buses 4 au travers desquelles est injecté le fluide sous pression 25 s'étendent horizontalement dans le fond X en pente de cette cuve 1 et de telle façon que le fluide soit dirigé dans la même direction que le cheminement des matières. Les avantages de cette disposition sont énoncés ci après. Premièrement cette disposition permet de créer dans le périmètre proche de la buse 30 une poussée pneumatique dans le sens de la circulation des effluents, qui favorise le cheminement transversal desdits effluents et notamment des particules lourdes éventuellement sédimentées sur le fond X de la cuve 1. Deuxièmement on évite ainsi la pénétration par gravité de ces particules lourdes dans 35 l'orifice des buses 4. 2908403 8 On disposera avantageusement des buses d'injection 4 de fluide sous pression en regard de l'orifice ou des orifices 3D d'évacuation situés en point bas de la cuve 1, comme illustré sur la figure 5. De cette façon on autorise, au travers de ces 5 buses 4, une action mécanique ou pneumatique, destinée à désobstruer le cas échéant tout ou partie de l'orifice ou des orifices 3D, dans le cadre de la maintenance de l'ouvrage, sans intervention directe sur lesdits orifices susceptible de représenter une perturbation majeure dans le fonctionnement du 10 présent procédé. Afin d'ensemencer les produits avant leur entrée dans la cuve 1, il est prévu un circuit de recirculation Y des effluents digérés vers le dispositif d'alimentation. Mais le procédé selon l'invention prévoit en plus 15 l'accélération de la circulation des effluents dans la cuve 1 au travers de cette recirculation des effluents digérés. Une autre caractéristique avantageuse de la présente invention est ainsi le recyclage des matières fermentées à fort débit, de telle façon que leur vitesse de circulation dans les 20 tuyauteries soit suffisamment élevée pour entraîner des particules lourdes éventuellement sédimentées. L'installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comporte, pour ce circuit de recirculation Y, un raccordement extérieur à la cuve 1, intervenant entre les moyens 25 d'évacuation 3 et les moyens d'adduction 2 d'effluents. Ainsi selon cette caractéristique illustrée sur la figure 6 au moins un orifice d'évacuation 3D, situé en point bas de la cuve 1, est relié à un dispositif d'alimentation P par une tuyauterie T équipée d'au moins une vanne X. L'ouverture de 30 cette vanne X permet la communication directe entre la cuve 1 de fermentation et la tuyauterie T de recyclage. Ainsi la pression générée par la hauteur H des effluents en fermentation dans la cuve 1 est transmise directement aux matières à l'intérieur de la tuyauterie T. Une séquence adaptée d'ouvertures et de 35 fermetures successives de la vanne X permet d'obtenir des débits élevés sur de courtes périodes et donc ponctuellement une 2908403 9 vitesse de circulation des matières dans les tuyauteries élevée, beaucoup plus importante que le débit qui peut être obtenu par exemple avec une pompe. Ainsi les particules lourdes éventuellement sédimentées sont entraînées dans le flux de 5 matières et on évite ainsi une obstruction des tuyauteries. REVENDICATIONS 1) Procédé de traitement anaérobie d'un effluent à concentration de matière sèche élevée dans un digesteur sous forme d'une cuve (1) fermée pourvue de moyens d'adduction (2) d'effluents à traiter et de moyens d'évacuation (3) d'effluents digérés ainsi que de moyens de fluidisation (4) sous forme d'injecteurs (4) d'un fluide gazeux dans le fond (X) de la cuve (1), caractérisé par le fait qu'au travers d'une répartition au niveau de la cuve des moyens d'adduction (2) d'effluents par rapport aux moyens d'évacuation (3) et l'aide des moyens de fluidisation (4), on confère à l'effluent dans la cuve une circulation forcée sur toute la section de cette dernière, selon une composante sensiblement horizontale entre lesdits moyens d'adduction (2) et lesdits moyens d'évacuation (3). 2) Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant un digesteur sous forme d'une cuve (1) fermée pourvue de moyens d'adduction (2) d'effluents à traiter et de moyens d'évacuation (3) d'effluents digérés ainsi que de moyens de fluidisation (4) sous forme d'injecteurs (4) d'un fluide gazeux dans le fond (X) de la cuve (1), caractérisée par le fait que les moyens d'adduction (2) d'effluents sont disposés au niveau de la cuve de manière diamétralement opposée aux moyens d'évacuation (3) des effluents, et que en combinaison les moyens de fluidisation (4) sont constitués de rampes d'injection (4) de fluide gazeux s'étendant dans le fond (X) de la cuve (1) transversalement à la direction sensiblement horizontale du flux d'effluents dans la cuve (1).