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LA METHANISATION: |
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| 1.1 Présentation du procédé | 1.7 pH | ||||||
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LE LAGUNAGE: |
Les modifications |
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LA METHANISATION: |
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| 1.1 Présentation du procédé | 1.7 pH | ||||||
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LE LAGUNAGE: |
Les modifications |
1.
LA METHANISATION:
| Ce procédé comprend un digesteur brassé, puis un décanteur dans lequel on redistribue les boues produites. Entre ces deux appareils, on implante un dispositif de dégazage qui sert à tranquiliser l'écoulement et à éliminer les gaz occlus dans la liqueur donc à favoriser la décantation ensuite. Voici une station de méthanisation qui traite des effluents de sucrerie, en Allemagne. On distingue nettement le digesteur au premier plan, le dégazeur au milieu et le décanteur en arrière plan. |  |
Le temps de séjour est habituellement compris entre 10 et 24 heures suivant la nature de l'effluent (et non sa charge). Le sucre est particulièrement rapidement attaqué. On retient donc 12 heures. Pour traiter nos 4000 m3/j d'effluents, on garde un volume de 2000 m3. Ce que l'on dimensionne en un bassin circulaire de 22 m de diamètre pour une profondeur de 5 m.
La concentration optimale en boue organique doit être comprise entre 0.2 et 0.5 kg par kg de DCO traitée par jour. Or on traite par jour 4000 m3 à 4000mg/l soit 16000 kg de DCO. Soit, ici, une masse de boue de 16000*0.35=5600 kg.
Il est nécessaire de brasser la liqueur dans le réacteur afin d'en assurer l'homogénéité. On préfère à l'agitation mécanique l'injection de gaz qui est à la fois plus efficace et plus simple d'exploitation. Nous avons trouvé que pour assurer le brassage d'un digesteur de 2000 m3, on injecte 180 m3/h de gaz.
L'isolation doit être parfaite afin d'assurer un contrôle de la température. En se servant des résultats du binôme 1, on sait que Text est comprise entre 16 et 21 °C de juillet à décembre alors que Tint doit rester proche de 35°C. Il faut donc s'assurer une isolation des parois du digesteur.
Vérifions maintenant que notre réacteur est bien dimensionné. Il faut, pour une épuration en culture libre, une charge volumique en DCO de Cv = 6g/l . Nous traitons ici 16000 kg de DCO par jour. Pour un volume de 2000 m3, on obtient Cv= 8 g/l qui est tout à fait compatible avec nos prévisions.
Le temps de séjour doit être théoriquement proche de 30 minutes. Le plus souvent, on se sert de l'agitation lente comme dispositif de dégazage. Pour notre débit de 4000 m3/j, nous dimensionnons le volume du dégazeur à 4000*0.5/24= 85 m3. On peut envisager une cuve de 2 m de haut pour 3.7 m de rayon.
Il se produit pour ce type d'épuration, 0.15 kg de boues par kg de DCO éliminé (NOTE : soit 3 fois moins qu'en épuration aérobie), soit par jour 0.15*(16000-1600)= 2160 kg.
Pour les effluents de sucrerie, on retient généralement une vitesse de chute w allant de 5 à 20 cm/h. Comme nous disposons du lagunage comme traitement de finition, on peut se permettre de rejeter (en sortie de digesteur) une eau encore chargée en MES. On adopte donc w = 20 cm/h. La hauteur classique d'un tel décanteur est de 2.5m. Soit un temps de décantation de 250/20 = 12.5 h. Donc un volume 4000/24*12.5 = 2085 m3. Donc si on retient un décanteur circulaire, un rayon de 16.5 m. En fait, ces décanteurs sont cylindro-coniques. Nous n'avons pas réussi à trouver comment on dimensionne la pente du cone de sortie des boues.
Nous n'avons pas pu réunir d'informations sur le taux de recirculation des boues.
Pour assurer la survie des bactéries, on doit imposer une température de 35°C dans le réacteur. Or la moyenne de température des eaux usées entre juillet et novembre est 36 °C ! Il n'est donc pas nécessaire d'implanter un système qui régule la chaleur dans le digesteur.
Il faut assurer en phase de méthanisation un pH proche de 8 pour assurer la survie des bactéries. Ici les eaux usées arrivent à pH=6.5. On ajoute donc de la chaux pour neutraliser les effluents. Cette neutralisation a des conséquences assez importantes qui peuvent perturber le fonctionnement de la station. En effet, on doit assurer, dans le digesteur, une teneur en boue organique fixée. Or l'ajout de chaux en solution crée une importante précipitation de boue minérale CaCO3 qui se retrouve ensuite dans le digesteur à cause des recirculations de boues. Il faut donc trouver un moyen de maintenir une concentration fixée de ces boues organique.
Pour ceci, nous avons choisi une décanteuse cylindro-conique de principe contre-courant travaillant sans réactif. Contrairement à la clarification habituellement recherchée, le but est ici d'obtenir un trés mauvais rendement de capture dans les sédiments les plus lourds (CaCO3) accompagné d'un entrainement minimum des matières organiques. On extrait ainsi les boues minérales sans déconcentrer la biomasse active dans le réacteur.
Le réacteur est équipé contre des sécurités suivantes :
- sécurité contre les surpressions (soupapes de décharge vers l'atmosphère)
- sécurité contre les dépressions (introduction d'un gaz inerte)
- sécurité contre les incendies (arrête flamme)
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On retient la valeur classique
de 0.3 Nm3 de gaz produit par kg de DCO
éliminé. Or on traite par jour 4000 m3
à 4000mg/l soit 16000 kg de DCO. Pour un rendement de 90% il ne
sort plus que 1600kg.
On produit donc: 0.3*(16000-1600) = 4320 soit, un peu moins de 4350 m3 de gaz par jour (à environ 84% de méthane). Suivant l'exploitation que l'on veut faire de ce gaz (débit d'utilisation), on peut dimensionner le réservoir à gaz. En cas de non utilisation, une torchère de 185 m3/h permettrait de brûler ces gaz. |
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Ces gaz ne sont produits que de juillet à decembre, ils ne peuvent pas servir la ville de Saint-Louis qui a besoin d'une source d'énergie continue. Ils ne peuvent pas non plus être utilisés sur place puisque l'alimentation énergétique de l'usine est déjà assurée par la combustion des bagasses (résidus de la canne à sucre aprés extraction du jus). Nous proposons d'alimenter en énergie la distillerie de Bois-Rouge qui valorise déjà les vinasses de la sucrerie pour produire du rhum. L'avantage de cette solution est que les deux usines fonctionnent à plein régime aux mêmes periodes. Nous ne savons pas si cette source d'énergie peut être utile à la distillerie et si l'installation d'un gazoduc est techniquement possible dans la région.
Note: nous donnons les ordres de grandeur suivants qui peuvent être utiles pour les futurs BEI
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Déchets de l'industrie agroalimentaire |
Déchets domestiques |
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Traitement aérobie |
1EH=600F |
1EH=1200F |
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Traitement anaérobie |
1EH=250F |
Non utilisé |
Des aspects économiques, nous pouvons retenir que l'épuration anaérobie est plus rentable qu'un autre procédé, puisqu'elle permet une économie d'énergie grâce au méthane produit. Cependant l'investissement initial est beaucoup plus lourd que pour une station aérobie et la maintenance d'une méthanisation nécessite des techniciens hautement qualifiés qui sont donc plus chers. La comparaison des coûts de traitement aérobie et anaérobie doit se faire à rendement d'épuration égal et doit tenir compte des valorisations des résidus solides (il se crée 3 fois moins de boues en anaérobie...). Nous ne nous lancerons pas dans une budgétisation précise de notre installation puisque nous n'avons pas suffisamment de données pour y arriver ( utilisation du gaz, nombre de techniciens nécessaires, devenir des boues)
Notons, pour finir qu'il existe des simulations sur ordinateur qui en faisant varier tous les paramètres techniques et financiers permettent d'apprécier les limites de rentabilité d'une station.
Il reçoit les effluents suivants
On veut, en sortie du lagunage, respecter les normes de rejet en milieu naturel, on impose donc une DCO de 130 mg/l. Le lagunage doit donc assurer un rendement de 50%. On sait que pour cela, il faut un temps de séjour d'environ 8 jours. On doit donc disposer d'un volume aéré de 9000*8 = 72000 m3. Il n'y a actuellement que 35000 m3 de disponibles. Nous proposons de garder les deux lagunes aérées de 17500 m3, de creuser 7000 m3 dans les deux lagunes suivantes (de 10000 m3 actuellement) et de les équiper de turbines de 11 kW chacune (les mêmes que celles déjà existantes). On impose dans le lagunage une puissance d'aération de 4 W/m3. Soit, pour le volume total, 288kW et donc 26 turbines de 11 kW. D'où 7 turbines dans chacune des deux nouvelles lagunes de 17000 m3.
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