Le contrôle de la digestion anaérobie des eaux usées : signification des différents paramètres de la méthanisation : choix du débit de biogaz comme indicateur de fonctionnement / Catherine Burel ; sous la direction de Daniel Thomas

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : français / French

Méthanisation

Bactéries anaérobies

Eaux usées -- Épuration

Eaux usées -- Épuration -- Traitement biologique

Biogaz

Biomasse

Réacteurs chimiques

Cinétique chimique

Fermentation

Stoechiométrie

Thomas, Daniel (1946-2014 ; chercheur en biotechnologie) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Université de Technologie de Compiègne (1972-...) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Résumé / Abstract : Ayant étudié le processus biologique de méthanisation, il a paru nécessaire, dans une optique de mise en place industrielle, d'optimiser ses performances et sa conduite : — en choisissant un protocole de conduite des installations efficace, — en maintenant un taux de biomasse important dans le réacteur (procédés intensifs), — en évitant tout déséquilibre de ce processus fermentaire, par un suivi attentif des paramètres de contrôle de la fermentation. Ces deux derniers points sont importants, en raison du faible taux de croissance des bactéries méthanigènes ; un lessivage ou un mauvais état de cette biomasse a pour conséquence redémarrage difficile de la fermentation. Il reste que la méthanisation est actuellement utilisée comme technique de traitement biologique de certains rejets et déchets agricoles ou industriels. L’utilisateur recherche le traitement de ses déchets au moindre coût, il souhaite une automatisation de l'installation. Le contrôle d'un fermenteur de méthanisation se heurte principalement aux problèmes de coût et d’automatisation des capteurs (problème d’encrassement par exemple). Cette étude a pour objectifs : — de faire le point sur les paramètres de la méthanisation, en les définissant, en étudiant leur signification, leur importance et leur mesure, — de proposer des paramètres de suivi nécessaires et suffisants pour le contrôle d'un digesteur, en précisant les qualités et limites du contrôle choisi. Nous nous intéresserons à un paramètre « d’alerte », de mesure simple et si possible automatisable, permettant de détecter assez rapidement les accidents de fermentation la nature et l’importance de l’accident ne seront pas pour autant déterminés. Le suivi du digesteur est donc peu précis mais relativement efficace et surtout simple à manier. Les moyens utilisés pour mener à bien cette étude ont été : — une recherche bibliographique, — le suivi d'un pilote de méthanisation, sur une durée d’environ une année (Janvier 1984 - Janvier 1985) le réacteur était de taille semi-industrielle (1.37 M3) et d'un système complet de mesure. Les points étudiés dans ce rapport sont les suivants — recherche bibliographique. Le processus et les procédés de méthanisation ont été décrits. Les paramètres qui caractérisent le système de méthanisation et ceux qui contrôlent son bon fonctionnement ont été passés en revue et définis minutieusement. Il a été fait une étude cinétique et stoëchiométrique de cette fermentation, permettant une approche vers la modélisation. Des exemples d’accidents de fermentation ont été décrits, quelques propositions de conduite et de suivi d'un fermenteur de méthanisation ont été détaillées. — description du matériel et des méthodes analytiques utilisées lors de nos essais. Un point important concerne la mesure de certains paramètres de suivi : PH, débit de gaz, analyse du gaz, rendement D.C.O. (totale et soluble), A,G,V„ etc..., et leurs possibles automatisations. — exploitation des résultats des essais. Nous avons analysé l’évolution de certains paramètres de suivi précédemment cités. Le débit de gaz semble rendre compte, avec un temps de réponse court et de façon très nette, de l’évolution de la charge entrante d’alimentation du digesteur. La mesure de ce paramètre est relativement aisée, son automatisation possible, ce qui ne semble pas le cas pour la mesure des A.G.V... Ces constatations ont été appuyées par l’examen de données bibliographiques. L’étude stoëchiométrique et cinétique du processus de méthanisation nous a alors suggéré d’étudier sur ces points d’équilibre (pas d’inhibition de l’activité bactérienne), pour une biomasse adaptée au substrat, les corrélations suivantes : M3 gaz x M-3 DIG x J-1 = f (kg DCO entrée x M—3 DIG x J—1) - M3 CH4 x = fn (kg DCO éliminée x J—1). Nous avons étudié les conditions d’existence de ces corrélations, sur nos résultats et à partir de données de la littérature (traitements d'un effluent de sucrerie à Thumeries par la société S.G. N. d'un effluent de laiterie sur filtre par la société Degrémont, de boues à Achères, etc…). Notre démarche a ensuite été la suivante : — à partir des régressions présentant des valeurs de i2 correctes (r2 >0.6), calcul d'une zone de confiance de la corrélation linéaire, — étude des points d’accidents de la fermentation et calcul de la probabilité, pour ces points, de se situer en dehors de la zone de confiance, — proposition d'un protocole d' alerte du fonctionnement du digesteur, basé sur le paramètre production de gaz et la connaissance de la zone de confiance de la corrélation correspondante, établie à partir des résultats des essais. Nous avons, en conclusion, établi les limites et les avantages d'une telle proposition de suivi d'un digesteur.