Le traitement anaérobie présente le double avantage, par rapport au traitement aérobie, de réduire la pollution carbonée tout en produisant de l’énergie valorisable sous forme de biogaz : en moyenne, une tonne de DCO dégradée permet de produire 350 Nm³ de méthane, équivalant à 300 kg de fuel lourd n° 2. De plus, cette solution entraîne un encombrement au sol des équipements nettement moindre, une production de boues réduite, un coût d’exploitation moins élevé, une suppression des odeurs et, dans bien des cas, des économies d’énergie.
L’unité de méthanisation installée permet de traiter 680 kg de DCO par jour avec un rendement d’épuration moyen de 90 % et une production de biogaz de 300 Nm³/j, à 80-90 % de méthane. Compte tenu de la forte teneur en amidon des effluents, le traitement s’effectue en deux étages : un réacteur d’acidification et un réacteur de méthanisation. Les effluents après traitement sont envoyés vers la station communale.
[Photo : Vue générale de l'installation]
[Photo : Figure 1 – Plan de l’installation]
Ce sont donc des effluents très biodégradables.
L’unité de méthanisation traite un débit journalier modeste, mais dont la pollution carbonée est très concentrée.
La méthanisation
Les importantes évolutions techniques de ces dernières années ont considérablement modifié l’aspect économique du traitement de la pollution dans certains domaines de l’industrie agro-alimentaire et de l’industrie chimique.
Le traitement par voie anaérobie (ou méthanisation) permet de réduire la pollution carbonée (exprimée par la Demande Chimique en Oxygène – DCO – et la Demande Biologique en Oxygène – DBO) avec production de biogaz contenant principalement du méthane et du gaz carbonique : en moyenne une tonne de DCO dégradée permet de produire 350 Nm³ de méthane, équivalent à 300 kg de fuel lourd n° 2.
La méthanisation qui fut mise en évidence par Volta en 1876 a été utilisée en milieu industriel au début du siècle pour le traitement des boues urbaines.
Les avantages du traitement par voie anaérobie par rapport au traitement par voie aérobie sont les suivants :
- + un encombrement au sol des équipements nettement plus réduit, avec des charges volumiques appliquées de 10 à 35 kg de DCO par m³ de réacteur et par jour,
- + une importante économie d’énergie par rapport au coût d’exploitation qu’entraîne un procédé aérobie classique « boues activées » (la méthanisation est un procédé de traitement qui consomme peu de kW par rapport aux turbines d’aération et produit un biogaz riche en méthane).
Cette énergie permet, dans bien des cas, des économies intéressantes. Dans le cas des effluents dilués, dont la DCO est inférieure à 5 g/l, le méthane produit est utilisé pour préchauffer les effluents.
Par contre, pour des effluents concentrés, le méthane produit est, pour une petite fraction, également utilisé pour chauffer les effluents et, pour la fraction principale, valorisé en vapeur et/ou en électricité.
- + Une production de boues réduite par 10 par rapport à un traitement aérobie entraînant donc une réduction du coût de traitement des boues,
- + Et par conséquent, une consommation réduite en nutriments,
- * une suppression des odeurs,
- + un rendement d’épuration qui peut atteindre ou dépasser 90 % de rendement sur la DCO.
La technologie de méthanisation
Les procédés performants de méthanisation à faible temps de séjour des effluents (donc charges volumiques importantes) impliquent une rétention des bactéries dans le réacteur. Cette rétention peut s’obtenir par fixation des bactéries sur un support inerte.
Cette technologie à biomasse fixée a été appliquée dans de nombreux domaines de l’industrie agro-alimentaire et pour certains effluents de l’industrie chimique. Elle offre, grâce à la rétention de la biomasse, outre les avantages décrits ci-dessus, une très grande résistance aux chocs toxiques et hydrauliques, cas de figure très fréquents dans les industries de l’agro-alimentaire. Les principales caractéristiques du procédé Proserpol sont les suivantes :
Fixation de la biomasse
- – les boues étant fixées sur les supports, aucun stockage d’urgence n’est requis, car il n’y a pas de perte accidentelle de la biomasse,
- – facilité d’exploitation avec peu de surveillance et de maintenance, et possibilité de commande à distance,
- – les arrêts de plusieurs mois s’effectuent sans précaution particulière et les démarrages n’impliquent pas de réensemencement. Dans le cas de l’industrie sucrière, les unités sont arrêtées pendant 8 mois et redémarrent à pleine capacité en quelques jours.
Alimentation en flot tombant permettant d’avoir :
- — une distribution du liquide dans la phase gazeuse,
- — une agitation optimale dans le digesteur et une augmentation des transferts de masse (contacts bactéries/substrat) du fait du contre-courant biogaz/liquide,
- — une évacuation régulière des boues en…
Tableau I : Principales caractéristiques de l’unité
| - effluent entrant : débit 28 m³/jour ; charge en DBO₅ 330 kg/jour ; charge en DCO 680 kg/jour |
| - effluent traité : réduction de la DCO 85 % ; réduction de la DBO₅ 90 % |
| - biogaz : production 280-300 Nm³/jour environ |
excès avec l’effluent traité, une réduction appréciable des tendances au moussage et au croûtage.
Bonne homogénéité hydraulique assurée par :
- le recyclage d’une fraction de l’effluent traité,
- la distribution et la reprise de l’effluent en plusieurs points permettant ainsi de minimiser les zones mortes dans le digesteur.
Pas de production de mauvaises odeurs
Facilité d’exploitation
Les principaux paramètres de contrôle des installations, à savoir :
- mesure du débit des effluents traités par jour,
- mesure de la température du digesteur,
- mesure du pH,
- mesure de la pression du digesteur,
- mesure de la production de biogaz
sont mesurés en continu sur toutes les installations, avec enregistrement des valeurs. Ces paramètres sont également régulés afin d’assurer la bonne marche de l’installation. Une armoire locale regroupe toutes les informations qui peuvent également être reportées sur un automate.
Suivant les besoins du client, l’unité peut être entièrement automatisée au moyen d’un automate programmable avec report de l’ensemble des informations vers un système de conduite centralisé.
Application aux effluents de la Société Clement-Faugier
La chaîne de traitement
- l’effluent dont la DCO varie de 15 à 25 g/l, avec une charge journalière de 680 kg alimente un bassin tampon après tamisage fin. L’hydrolyse et l’acidification biologique des composés carbonés s’effectuent dans ce bassin. L’amidon, longue chaîne carbonée, y est transformé en sucres ;
- après réchauffage, l’effluent est mélangé au flux de recyclage et alimente le digesteur par un système de distribution placé au sommet ;
- une pompe de recirculation permet de maintenir les conditions d’hydraulique et d’homogénéité optimales dans le réacteur. Pour retenir la biomasse, le digesteur est partiellement rempli de supports en plastique, disposés en vrac et expansés séquentiellement ;
- le biogaz généré par la dégradation de la pollution et à haute teneur en méthane est utilisé pour la production d’eau chaude nécessaire pour réchauffer l’effluent entrant, et maintenir la température du digesteur à 37 °C.
La production moyenne journalière est de 280 à 300 Nm³ correspondant à 230-270 Nm³ de méthane.
- les effluents, en sortie du digesteur, ont une DCO variant de 1 à 3,5 g/l. Ils sont finalement désulfurés et envoyés gravitairement vers la station de traitement communale où ils sont post-traités en mélange avec les effluents urbains.
La fermentation méthanique permet d’atteindre un abattement de pollution extrêmement satisfaisant, en moyenne de 90 %. C’est un traitement particulièrement bien adapté aux effluents de confiserie.
Autres applications du procédé
À ce jour, Proserpol détient une cinquantaine de références de méthanisation procédé Proserpol®, en France et de par le monde. Ce procédé est appliqué dans tous les domaines de l’agro-alimentaire mais également dans certains domaines de la chimie. Il s'applique aussi bien à des effluents très dilués, comme les effluents de l’industrie laitière dont la DCO moyenne est de 3 g/l qu’à des effluents très concentrés comme les effluents de l’industrie chimique dont la DCO peut atteindre 45 g/l, ou encore comme les effluents de distillerie de mélasse de canne dont la DCO peut atteindre 70 à 100 g/l.
Les unités sont adaptées aussi bien pour de faibles flux de pollution, telle que l’unité de Clement-Faugier qui traite 680 kg de DCO par jour que pour d’importants flux de pollution, telles que les unités traitant les effluents de distillerie qui traitent de 30 à 180 tonnes de DCO par jour, ou telle que l’unité réalisée en Afrique du Sud qui traite 150 tonnes de DCO par jour.
Remerciements
Proserpol SA remercie très chaleureusement le Syndicat Départemental d’Équipement de l’Ardèche (Maître d’ouvrage délégué) et les sociétés IRH et CEREC (Maîtres d’œuvre) pour leur concours dans la réussite de ce projet.
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