Traitement biologique des eaux usées 1-Traitement du carbone Nicolas Bernet
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INRA-Laboratoire INRA-Laboratoire de Biotechnologie de l’Environnement Avenue des étangs, 11 11100 Narbonne
L’ÉPURATION DES EAUX RÉSIDUAIRES Di vers ité des des s ources pol pollua uant ntes: es:
•Origine Eaux Résiduaires Urbaines (ERU) Eaux Résiduaires Industrielles (ERI) •Nature Organique (agro-alimentaire, (agro- alimentaire, pharmacie, …) Minérales (micro-électronique, (micro-électronique, automobile,…) •Forme Soluble Colloïdale Matières en suspension Di vers ité des des procédés procédés de trait traitem ement ent
Physiques Chimiques Biologiques Couplages
L’ÉPURATION DES EAUX RÉSIDUAIRES Di vers ité des des s ources pol pollua uant ntes: es:
•Origine Eaux Résiduaires Urbaines (ERU) Eaux Résiduaires Industrielles (ERI) •Nature Organique (agro-alimentaire, (agro- alimentaire, pharmacie, …) Minérales (micro-électronique, (micro-électronique, automobile,…) •Forme Soluble Colloïdale Matières en suspension Di vers ité des des procédés procédés de trait traitem ement ent
Physiques Chimiques Biologiques Couplages
PRINCIPE DE L’EPURATION DES EAUX USEES e l a r é n i M n o i t u l l o P e u q i n a g r O n o i t u l l o P
Produits solubles
Produits Produits colloïda colloïdaux ux
Matière Matièress en suspens suspension ion Dégrillage
Neutralisation Coagulation
Oxydo-réduction
Floculation
Echange d’ions
Dessablage Décantation
Membranes (OI, ED)
Flottation
Précipitation
Filtration
Oxydation
Coagulation
Adsorption
Floculation
Dégrillage Déshuilage Décantation
Extraction
Flottation
Traitements biologiques aérobies Cultures bactériennes en suspension
Boues activées, Lagunage Cultures bactériennes fixées
Lits bactériens, Biofiltres
Clarification Décantation Flottation
Traitements biologiques anaérobies (méthanisation)
FILIERES DE TRAITEMENT Prétraitement
Traite aitem ment prim primaaire ire
Dégrillage
Chimiques: neutralisation, Oxydoréduction, ...
Trait raitem emeent tert tertia iair iree
Boues activées Lagunage aéré
Décantation
Lits bactériens
Dessablage Déshuilage
Traite itement sec seconda ondair iree
Physiques: stripping,, décantation, flottation, filtration
Elimination Azote Nitrification Dénitrification
Rejet rivière nappes mer épandage
Elimination Phosphore chimique biologique
Biodisques Biofiltres
Désinfection Cl2, O3, UV
Digestion anaérobie
Boues Stabilisation biologique Stabilisation biologique ou chimique
Epaissisement Epaissisement gravitaire ou flottation
déshydratation filtration
incinération décharge
centrifugation séchage
épandage
LES PRINCIPAUX CRITÈRES DE POLLUTION
P ollution P articulaire: les Matières en S us pens ion • Matières sèches Pollution Org anique: D B O, DC O • DBO5 : Demande Biochimique en Oxygène, consommation d’oxygène en 5 jours par des µo de contamination banale des eaux; • DCO : Demande Chimique en Oxygène, consommation d’oxygène dans les conditions d’une réaction d’oxydation par le bichromate de potassium, à chaud, avec catalyseur. Pollution à l’origine de l’eutrophisation
• Azote total N • Phosphore total P
PARAMÈTRES ET VARIABLES CARACTÉRISTIQUES D’UN PROCÉDÉ BIOLOGIQUE • Concentration en biomasse : X • Concentration en pollution organique (DBO) : l • Rendement d ’épuration : r • Volume du réacteur : V • Débit volumique entrant : Q • Charge massique appliquée : Cm • Charge volumique appliquée : Cv V
• Temps de passage : • Age de boue : TSB
Q VX Q
Ql 0 VX
Ql 0 V
CADRE RÉGLEMENTAIRE - les lois précisent les valeurs limites des critères de pollution, en concentration et en rendement d’épuration (Directive européenne du 21 Mai 1991 pour les ERU) - la valeur limite est respectée quand au maximum 10% des résultats dépassent cette valeur, en restant inférieurs à deux fois cette valeur. - existence de normes spécifiques à certaines zones sensibles à l’eutrophisation. -contrôles réguliers ou inopinés, selon la quantité brute de pollution générée.
Paramètre
Concentration
DBO5 DCO MES N total* P total*
25 mgO2/L 125 mgO2/L 35 mg/L 15 mg/L 2 mg/L
% minimal de réduction
*Rejets en zone sensible, EH entre 10 000 et 100 000
70-90% 75% 90% 80% 70-80%
EVOLUTION DES PERFORMANCES DES STATIONS D’ÉPURATION
FLUX REJETÉS APRÈS TRAITEMENT ÉVENTUEL DANS UNE STATION D’ÉPURATION INDUSTRIELLE
LE TRAITEMENT BIOLOGIQUE DES EAUX USÉES Traitement de la matière organique Traitement aérobie (boues activées)
MO + µorganismes + O2 100%
µorganismes + CO2 50%
50%
Traitement anaérobie (méthanisation)
Biogaz MO + µorganismes
100%
µorganismes + CH4 + CO2
7-12%
85-90%
PRINCIPES DE L’EPURATION BIOLOGIQUE AEROBIE
Réaction de catabolisme
Matière organique + Microorganismes + O 2
Nutriments
CO2 + H2O + Energie
Réaction d’anabolisme
Matière organique + Microorganismes + O 2 + Energie
Nutriments
C6H5O2N + CO2 + H2O
Oxydation biomasse (respiration endogène)
C6H5O2N + 5O2
5CO2 + 2H2O + NO3- + métabolites réfractaires (boues en excès)
Bilan Oxygène
DCO (soluble) = DCO (biomasse) + O2 (utilisé)
ENERGÉTIQUE DU MÉTABOLISME CELLULAIRE
Substrat
Anabolisme
Catabolisme
Produits + CO2 + H2O
Biomasse
ATP
ADP + P
Energie
Substrat
LE MÉTABOLISME AÉROBIE
Matière organique Oxydation de la matière organique
CO2 + H2O
Métabolites réfractaires (boues en excès)
O2
Micro-organismes
Oxydation de la Biomasse (respiration endogène)
PRINCIPES DE L’EPURATION BIOLOGIQUE AEROBIE Croissance exponentielle
Croissance endogène
Croissance ralentie
Taux de consommation de O2
Masse totale de cellules
L0
Production de boue
S0
DCO résiduelle
A
B
C
D
RAPPEL : CINÉTIQUE MICROBIENNE
r X
r x : µ: µm : X : r s : Y : b:
X
r S
Y
vitesse de croissance (g.L-1h-1), taux de croissance (h-1), taux de croissance maximal concentration en biomasse (g/L) vitesse de consommation du substrat (g.L -1h-1) rendement en biomasse (kgMVS.kdDBO-1) mortalité des cellules (j -1)
l
X m
K l
b
INFLUENCE DES CONDITIONS PHYSICO-CHIMIQUE SUR LES BOUES ACTIVEES
pH
6,5 - 8,5 Température
Influence directe sur la vitesse des réactions biologiques Oxygène dissous
Substrat des microorganismes, importance du transfert Facteurs nutritionnels
Macro-éléments : C, N, P. DBO5:N:P = 100:5:1 Micro-éléments : Fe, Ca, Mg, K, Mo, Zn, Co,...
ELIMINATION DU CARBONE PAR VOIE AÉROBIE PROCÉDÉ À BOUES ACTIVÉES
dégrillage
dessablage
déshuilage
Poste de relèvement Traitement des boues Silo à boues
Recyclage boues Départ des eaux épurées
Décanteur
Bassin de Boues activées
DIFFÉRENTS TYPES DE PROCÉDÉS À BOUES ACTIVÉES
Charge Massique (kgDBO5.kgMVS-1.j-1)
Désignation
Charge Volumique (kgDBO5.m-3.j-1)
<0,10 Faible Charge
<0,35
Concentration en Boues (kgMVS.m-3) 4
Age de Boues (j)
Remarques >90%
10 à 30
<0,07
Nit. possible
Moyenne Charge
0,15
0,5
Forte Charge
0,4
1,5
3
4 à 10
80 à 90 %
2à3
1,5 à 4
90%
NB: Les procédés à faible charg e sont aussi appelé A ération pr olong ée
DIMENSIONNEMENT DU BASSIN D’AÉRATION DES STEP
Q, l0, X0 (1+r)Q, lf , X
(1-e)Q , lf , Xs
lf , X r Q eQ
= taux d’épaississement des boues (3 en général) r = taux de recirculation e = taux d’extraction
DIMENSIONNEMENT DES STEP- BESOINS EN OXYGÈNE Besoins en O2 (kg.j-1) = a’DL + b’Ba Avec
DL = quantité de DBO éliminée dans le bassin (kg.j-1) Ba = quantité de boues activées dans le bassin (kg MVS)
O2 (kg.j-1) = a ’Q(l0-lf ) + b ’XV Forte charge Moyenne charge Faible charge -1
Cm (kgDBO kgMVS.j ) (h) -1
K’ (h )
0,5 - 1
0,1 - 0,5
2-4
4 - 11
1
0,4
Y
< 0,1 24 0,3
0,6 -1
b (j )
0,05 -1
0,5
0,55
0,66
-1
0,12
0,08
0,07
2,5
3
4
a’ (kgO2.kgDBO.j ) b’ (kgO2.kgMVS.j ) -3
X (kgMVS.m )
3
DIMENSIONNEMENT DES STEP PRODUCTION DE BOUES
B = Bmin + Bdur + YQ(l0-lf ) - bXV - Beff
B : boues en excès (kg MES.j-1) Bmin : 30% des MES entrantes Bdur : MES difficilement biodégradables, 25% des MVS effluent YQ(l0-lf ) : boues synthétisées bXV : fraction détruite par auto-oxydation Beff : boues partant avec l’effluent de sortie
Synoptique de la station d’épuration urbaine du Bola (Belgique)
Capacité : 2300 EH
Vue générale de la station d’épuration urbaine du Bola (Belgique)
Bassin d’aération (400 m3)
Clarificateur secondaire (150 m3)
ECOSYSTEME DES BOUES AEROBIES Bactéries
Bâtonnets Gram- : coliformes, Enterobacter, Pseudomonas, Achromobacter, Flavobacterium, Zooglea
Bactéries Gram+ : Micrococcus, Arthrobacter, corynéformes, mycobactéries Levures et champignons filamenteux
Présents en faibles quantités Protozoaires
Rhizopodes ou amibes Ciliés comme Vorticella, Epistylis, Apidisca, Opercularia,... Métazoaires
Organismes pluricellulaires comme les rotifères et les nématodes (vers).
PROTOZOAIRES DANS LES BOUES ACTIVEES
THEORIES EXPLICATIVES SUR LA FORMATION DES FLOCS
•Phénomènes d’attraction à la surface bactérienne •Modèle de l ’ossature filamenteuse •Théorie intégrée
Groupe
Type
Affinité
Résistance
forte pour
au manque de S
formeur de flocs
élevé
S
faible
filaments A
élevé
O2
faible
filaments B
faible
S
forte
LES MICROORGANISMES RESPONSABLES DU FOISONNEMENT Bactéries
Gram - filamenteuses (à trichome) : Sphaerotilus natans, Beggiota, Thiotrix, Microthrix Gram+ : Bacillus Champignons filamenteux Geotrichum candidum, Leptomitus, Cephalosporium, Cladosporium, Penicillium
Thiotrix
Microthrix parvicella
BOUES ACTIVEES ET FOISONNEMENT (BULKING)
METAZOAIRES DANS LES BOUES ACTIVEES
Rotifères
Nématodes
PROBLEME DE MOUSSES DANS LES BOUES ACTIVEES
LES MICROORGANISMES RESPONSABLES DU FOISONNEMENT
Champignons filamenteux
Amélioration de la rétention de biomasse - Augmenter la concentration en microorganismes dans le réacteur
Charge massique :
F
Q S
M
V X
- Améliorer la qualité du rejet (MES)
Bioréacteurs à membranes (BRM) Réacteur à biomasse immobilisée (biofilms)
LE BIORÉACTEUR À MEMBRANES (BRM)
Eau usée
Perméat
Eau usée
Perméat
Boues en excès
Boues en excès Membranes externes
Membranes immergées
Membranes tubulaires ou planes
Membranes fibres creuses (2/3) ou planes (1/3)
Filtration tangentielle (1-4 kWh.m -3)
Filtration par dépression (0,4-1 kWh.m -3)
Jusqu’à 30 gMES/L (8-15)
6-12 gMES/L
Prétraitement poussé nécessaire
Prétraitement poussé nécessaire
Fréquence de lavage élevée
Fréquence de lavage faible
Appliquée aux ERI (lixiviats)
Appliquée aux ERI et ERU
LE BIORÉACTEUR À MEMBRANES (BRM) Le développement des BRM en Europe (Kraume et Drews, 2010)
LE BIORÉACTEUR À MEMBRANES (BRM) Evolution des coûts de fonctionnement et de maintenance (Kraume et Drews, 2010)
LE BRM APPLIQUÉ AUX ERU Qualité du rejet très élevée :
- rejet en zone sensible, - possibilité de recyclage de l’eau traitée
Mais : coût plus élevé, capacité d’aération inférieure aux BA (viscosité)
Développement très important :
- marché multiplié par 10 en 5 ans, - 10 M d ’habitants (0,5%)
Augmentation de la taille des stations : projet de 400 000 EH (USA), en 2000 la plus grande station traitait 35 000 EH (Leipzig), en 2008, la station de Nordkanal (Allemagne) traite 80 000 EH
RÉACTEURS À BIOMASSE FIXÉE
• Biofilm
PROCÉDÉS À BIOFILM
Avantages
- Charge volumique éliminée élevée - Compacité (emprise au sol, couverture) - Modularité - Robustesse (inhibiteurs, chocs) : diversité?
Mais
- Frais d’investissement plus élevés - Automatisation nécessaire - Durée de colonisation des matériaux support - Limitations de l’apport en substrats - Colmatage (lit fixe)
PROCÉDÉS À BIOMASSE FIXÉE BIOFILM anaérobie aérobie
CO2 sous-produits
support O2 DBO5
biofilm Possibilité de développement de bactéries autotrophes près
du support (Nitrification)
G arnis s ag es utilisés en lits bactériens - garnissages ordonnés (auto-supportés)
cloisonyle™
surfaces
- garnissages vrac
spécifiques As : de 60 à 250 m2.m-3.
LE LIT BACTERIEN
Répartition par sprinkler
Recirculation
Garnissage
Effluent à traiter Effluent traité
LE LIT BACTERIEN
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LE LIT BACTERIEN • On fait ruisseler l'eau sur un matériau développant de la surface spécifique (50-200 m 2/m3) • Matériau naturel (gravier, roche volcanique) ou synthétique (PVC, PE, PP) • Ventilation naturelle ou forcée • Nécessité d’avoir un arrosage optimal pour: - ne pas assécher le biofilm, ne pas le noyer (pour l’apport d ’oxygène) - permettre la croissance du biofilm - permettre l’autocurage: élimination du biofilm (éviter le colmatage) • Consommation électrique moins importante que pour les boues activées (2 à 3 fois moins) • Produit autant de boues que le procédé à boues activées (BA). • Mais décanteur secondaire de surface moindre que BA car il ne voit que les boues produites (pas de recirculation des boues comme dans les BA). • Pour le traitement d’effluents industriels fortement chargés, utilisation d’un lit bactérien (i.e. abattement de 50% de la charge) avant un traitement par boues activées. • Capacité : 4-10 gDBO/m 2.j soit 0,1-1 kgDBO/m3.j • Nitrification possible en un ou deux étages • Dénitrification possible avec lit bactérien non aéré ou noyé
LE LIT BACTERIEN
Lit Bactérien DIMENSIONNEMENT l f l 0
exp
H: hauteur du lit (m) As: surface spécifique en m 2.m-3 Qh : Charge hydraulique (débit rapporté à la section du lit), m.j-1 n : coefficient (n=0,91-21.5/As) K : constante liée à la biodégradabilité, ERU: ERI
0,0226 Abattoirs : 0,0082 Conserverie fruits-légumes : 0,0153
KA s
H Qh
n
Volume de matériau (m 3.m-3 d’eau traitée) 0.2 Abattoirs
0.16 0.12 0.08
ERU
0.04 0
0.4
0.5
0.6 0.7 0.8 Conversion en DBO5
0.9
LES DISQUES BIOLOGIQUES ROTATIFS
Eau brute
Eau traitée Décanteur primaire
Décanteur final
Boues
Boues en excès
LES DISQUES BIOLOGIQUES ROTATIFS
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LES DISQUES BIOLOGIQUES ROTATIFS • Observation au 19 ieme siècle du pouvoir épurateur des moulins à eaux ! • La biomasse est fixée sur des disques en rotation montés verticalement et immergés à 40 % dans l'eau à traiter : - épaisseur du biofilm 1 à 3 mm - diamètre 2 à 4 m - vitesse de 1 à 2 t/minute - espacement entre les disques 2 à 3 cm • Disques pour traiter la pollution soluble • Faible agitation, il faut éviter les dépôts • Décanteur primaire nécessaire • Pas de recirculation des boues • Disques ondulés ou autres formes: - 50 à 200 m2 /m 3 - sur arbre de 7,5 m: jusqu'à 9300m2 - ajout de godets et injection d'air pour entraîner la rotation. • Les disques doivent être couverts: protection contre les intempéries pluie, gel, soleil. • Capacité : en DBO soluble: 15 à 30 g /m 2.jour : charge hydraulique: de 0,04 à 0,16 m 3/m2. jour
LES DISQUES BIOLOGIQUES ROTATIFS
BIOFILTRES ET LIT FLUIDISES
S S
A
A
S
Biofiltre ascendant
Biofiltre descendant
A Lit fluidisé
LES BIOFILTRES Procédé d'épuration de l'eau usée à culture de bactéries fixées utilisant un matériau granulaire en tant que support assurant la filtration et la dégradation biologique
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LES BIOFILTRES
• Support < 5 mm • Opération en lit fixe ou fluidisé • Co-courant ascendant gaz-liquide ou contre-courant • La biomasse reste dans le filtre : colmatage et nécessité de faire des cycles de lavage pour enlever la biomasse (air ou eau) • Compacité (faible emprise au sol, forte surface spécifique disponible pour le biofilm 700 à 1200 m 2 /m3) • Absence de clarificateur secondaire: les eaux de lavage concentrées en biomasse sont acheminées directement au traitement des boues. • Capacité : 2-10 kg DCO/ m 3.j
Biofiltres :le Biofor ®
Biofiltres :le Biostyr ®
Comparaison biomasse fixée-biomasse en suspension Système à biomasse fixée
Système à biomasse suspension
Résiste mieux aux composés toxiques de l'affluent
Sensible à la présence de toxiques
Limitations au transfert de masse du substrat Peu de limitation au transfert du substrat dans le biofilm Aucun effet du décanteur secondaire sur le fonctionnement du réacteur et sa charge en biomasse
Le fonctionnement du bassin d'aération, et sa quantité de biomasse sont directememt reliés à la performance du décanteur secondaire
Avec les biofiltres, on peut se passer de décanteur secondaire
Décanteur secondaire toujours nécessaire
Conception basée encore sur des relations Nombreux modèles disponibles (et logiciels) empiriques car mécanismes complexes dans pour la conception le biofilm
Procédés émergents Granules aérobies
- Procédé alimenté en mode SBR - Rôle essentiel de l’hydrodynamique sur la granulation et la stabilité des granules - Domaine d’application : traitement simultané du carbone, de l’azote et du phosphore
PRINCIPE DE L’ÉPURATION BIOLOGIQUE ANAÉROBIE
Macro-molécules B. hydrolytiques
Hydrolyse
Monomères B. acidogènes
Acidogenèse Acides organiques, alcools, ...
Acétogenèse
B. acétogènes
Acétate B. homoacétogènes
A. méthanogènes acétoclastes
CO2+CH4
CO2+H2
A. méthanogènes hydrogénophiles
CH4
Méthanogenèse
PRINCIPE DE L’ÉPURATION BIOLOGIQUE ANAÉROBIE
Biogaz (CH4 + CO2)
Carbone Organique 100 %
Ecosystème de la méthanisation
<90 % Biomasse >10%
HYDROLYSE ET ACIDOGENESE
Bactéries impliquées : Clostridium, Ruminococcus, Bacillus, Escherichia, Bacteroïdes, Enterobacter, ...
Hydrolyse Macromolécules
Molécules simples Acidogénèse AGV, Acide lactique, Alcools, CO2, H2
BACTERIES HOMO-ACETOGENES
Bactéries impliquées : Clostridium, Acetobacterium, Sporomusa...
C6H12O6
3 CH3COO- + 3 H+
G0’ = -311 KJ/réaction
4H2 + 2HCO3- + H+
CH3COO- + 4 H2O
G0’ = -105 KJ/réaction
BACTERIES SYNTROPHES
Bactéries impliquées : Syntrophobacter, Syntrophomonas, Syntrophospora et Syntrophus.
Type de réaction
Oxydation d’acide gras Oxydation d’alcool Oxydation d’acide aminé Oxydation de composé aromatique
Réactifs
Produits
Energie libre* (KJ/réaction) G ' G'
Propionate +3H2O Ethanol + H 2O Alanine + 3H2O
Acétate + HCO3- + H+ + 3H 2 Acétate + H+ + 2H2 Acétate + HCO3- + H+ + NH4+ + 2H2
+74 +2 +8
-1 -44 -38
Benzoate + 7H2O
3 Acétate + HCO3- + H+ + H2
+53
-16
* G ' : conditions standard, pH7, 25 C ; G' : conditions identiques à l’exception de p H2=10-4 atm.
LE TRANSFERT INTER-ESPECES D’HYDROGENE
ARCHAEA METHANOGENES
Méthanogènes acétoclastes Methanosarcina et Methanosaeta (Methanothrix)
CH3COO- + H2O
CH4 + HCO3-
G°'=-31 KJ
Méthanogènes hydrogénophiles Methanobacterium, Methanococcus, Methanomicrobium, Methanogenium,...
HCO3- + 4H2 + H+
CH4 + 3H2O
G°'=-135,6 KJ
4HCOO- + H2O + H+
CH4 + 3HCO3-
G°'=-130 KJ
ARCHAEA METHANOGENES
INFLUENCE DES CONDITIONS PHYSICO-CHIMIQUE SUR LA DIGESTION ANAEROBIE
pH
Neutralité Température
Mésophile (35-40 C) ou thermophile (55-60 C) Potentiel d ’oxydo -réduction
Anaérobiose stricte : -300 à -330 mV Facteurs nutritionnels
Macro-éléments : C:N:P = 150:4:1 Micro-éléments : Fe, Ni, Mg, Ca, Na, Co
LA MÉTHANISATION DES EFFLUENTS
S péci fici tés Adaptée pour des concentrations élevées (>2500 mg DBO) Convient pour ERI, ERU pays chaud Optimal à 35 C Faible rendement en biomasse (0,1 à 0,2 kg MVS.kgDBO-1) Biogaz (70% CH4) valorisable, autonomie énergétique Taux de croissance faible : démarrages longs Sensibilité aux perturbations (surcharges, chocs pH)
La méthanisation est une voie de dépollution relativement peu développée en France par les traiteurs d’eau. Elle revient « à la mode » périodiquement pour des raisons diverses : - énergétiques (années 80) - économiques (années 90: abattement de pollution en ERI) - écologiques (depuis 98): énergie renouvelable, hygiénisation des boues d’épuration, réduction des boues d’épuration. - énergétiques depuis 2006: augmentation du prix de rachat de l’électricité produite à partir de biogaz
LES TECHNOLOGIES DE LA MÉTHANISATION C ellules libres : G
E
S
CONTACT ANAEROBIE R
G
REACTEUR COMPARTIMENTE E
S
LES TECHNOLOGIES DE LA MÉTHANISATION
G
S
REACTEUR A LIT DE BOUES (UASB)
E
E: entrée effluent, S: sortie effluent, G: biogaz, R: recyclage
UPFLOW ANAEROBIC SLUDGE BLANKET (UASB) REACTOR
UPFLOW ANAEROBIC SLUDGE BLANKET (UASB) REACTOR
Charge volumique : 10 à 25 kgDCO/ m 3.jour Vitesse de décantation des granules élevée : 20-50 m/h Forte densité de biomasse : 20-50 kgMVS/m 3 SVI < 20ml/g Hauteur : 4-6 m Vitesse ascensionnelle du liquide : 0,5-2 m/h
Brasserie (Belgique), 600 m 3/j Procédé Seghers
EXPANDED GRANULAR SLUDGE BED (EGSB) REACTOR
EXPANDED GRANULAR SLUDGE BED (EGSB) REACTOR Charge volumique : 20 à 30 kgDCO/ m 3.jour Vitesse de décantation des granules très élevée : 60-100 m/h Hauteur : 12 à 18 mètres Vitesse ascensionnelle du liquide : 5-6 m/h Auto-nettoyage du séparateur triphasique
INTERNAL CIRCULATION (IC) REACTOR
INTERNAL CIRCULATION (IC) REACTOR
Charge volumique : 20 à 30 kgDCO/ m 3.jour Hauteur : jusqu’à 25 m mètres Vitesse ascensionnelle du liquide : 10-20 m/h en bas, 2-10 m/h en haut
GRANULES ANAÉROBIES
GRANULES ANAÉROBIES
Substrat : acétate ( Methanosaeta)
Substrat : saccharose (mixed culture)
DÉCANTATION DE BOUES ANAÉROBIES
granulaire flocculante dispersée
MODELISATION Vers la prise en compte de la complexité microbiologique
LES TECHNOLOGIES DE LA MÉTHANISATION
G
C ellules fi xées:
S
REACTEUR A LIT FIXE (FILTRE ANAEROBIE) R
E
BIOFILTRE ANAÉROBIE
LES TECHNOLOGIES DE LA MÉTHANISATION REACTEURS A LIT MOBILE Lit fluidis é as cendant
Lit fluidis é invers e
G
Lit turbulé invers e E
G E
G
S
S
S R R
E
R(gaz)
LIT FLUIDISÉ, GAS-LIFT • Augmentation de la surface disponible (support (support granulaire ou granules) • Support mis en mouvement • Pas de colmatage • Contrôle possible des biofilms (hydrodynamique) 4
3
Réacteur faibles contraintes
2 5
6 7 16 9 8
Réacteur fortes contraintes 10 11 15 13 14 12
1
BIOFILM ANAEROBIE
200 µm
200 µm
CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES DES DIGESTEURS Température
mésophile mésophile (35 C) : contrôle contrôle nécessaire nécessaire pH
- Neut Neutra ralilité té - Pouvoir tampon du milieu ou ajustement (soude, chaux) Stabilité
- suivi des Acides Acides Gras Volatil Volatilss (surcharges) (surcharges) - suivi de la teneur teneur en H2 du biogaz - développement de systèmes systèmes de conduite automatisée - nécessité de contrôler les les apports (N, P, P, oligo-éléments) Acidification
Selon les substr strats (sucres ou riches en sulfates), un bac tampon en tête du méthaniseur peut être utilisé comm comme e réac réacte teur ur d’acidification, cela limite les fluctuations de pH, ainsi que la prolif lifératio tion des bactér téries fermentai taires acid acidog ogèn ènes es dans dans le réac réacte teur ur..
CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES DES DIGESTEURS
Biogaz
- valorisable en place (chaudières, (chaudières, cogénération, injection injection du gaz dans dans le réseau) - combustion combustion (torchères) (torchères)
Démarrage des digesteurs
- ensemence ensemencement ment massif pour pour les cellules cellules libres - boues acclimatées, acclimatées, digesteurs ERU, lisiers lisiers (porcs, bovins) - plus délicat délicat pour les cellules cellules fixées (adhésion) - augmentatio augmentation n progressive progressive de la charge charge
PERFORMANCES DES DIGESTEURS
Cinétique de la méthanisation
0,1 à 2 kgDCO.kgMVS-1.j-1 Yx/s= 0.05 à 1 kgMVS.kgDCO-1 YCH4=0,3 m3CH4. kgDCO-1 Performances des digesteurs industriels X (kgMVS.m-3)
Cv (kgDCO.m-3.j-1)
TSH (j)
Contact
5-20
1-5,5
5-10
Filtre
10-30
10-15
1-5
Lit fluidisé
40-50
30-40
0,2-2
UASB
20-40
15-25
0,5-4
