PROCEde de DIGESTION UASB
ANAEROBIQUE
La technologie UASB
("Réacteur a biomasse retenue et flux vers l’haut) prévoit un
réacteur qui abatte les substances organiques solubles d’une façon anaérobique,
avec cette transformation:
METHANE
(CH4)+ANHYDRIDE CARBONIQUE(CO2)+EAU(H2O)
Le réacteur est appelé rapide
car la grande quantité de boue active anaérobique permette l’abattement de la
charge polluante organique avec un temps de rétention très bas.
Les différences parmi les
procédé aerobique et anaérobique sont:
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Les avantages du prétraitement
anaérobique UASB contre le normal biologique aerobique sont donnés par la
grande réductions des frais de gestion et par la valorisation économique du COD
‘’noble’’ :
G Le réacteur anaérobique abatte environ le 90% du COD en
entrée, sans consommation d’énergie pour l’oxygénation du système et,
travaillant sans oxygène (anaérobique) produit jusqu’à 0,35 m3/h de
méthane par Kg de COD.
G La digestion anaerobique permette une croissance des
bacteries tres limitée, correspondant seulement au 5% du COD abbattus (contre
le 40 % d’un systeme aerobique), en reduisant fortement le frais de
consommation de nourriture et des déchets à confier.
G L’utilisation du biogaz produit (titre de méthane environ
du 70%) pour la production d’énergie électrique avec systèmes de co-génération,
permette sa valorisation avec la possibilité d’obtenir le certificat vert pour
la production d’énergie avec sources
renouvelables.
Dans
un recteur anaérobique son présentes, en équilibre, différentes colonies bactriennes qui travaillent pour transformer la pollution organique en CH4 et
CO2. Les bactéries metanigènes travaillent sur deux couches, une
d’acide acétique (CH3COOH) l’autre d’hydrogène (H2) avec les
réactions suivantes:
a) CH3COOH
+ méthanogènes acétoclastiques —> CH4
+CO2
b) 4 H2 + CO2 +
méthanogènes utilisateurs d’hydrogène —> CH4 + 2 H2O
Ces
sont les réactions finales du procédé de transformation de la matière organique
en méthane, anhydride carbonique et eau.
Dans
le recteur, en plus des méthanogènes, il y a des autres espèce de bactéries
anaérobiques qui peuvent élaborer et travailler la matière organique pour la
méthanisation, avec une série de transformations (réactions biochimiques) qui
produisent Hydrogène et
acide acétique des protéines, graisses sucres qui sont présents dans l’eau a
traiter.
On peut pour ça bien dire que la
digestion anaérobique c’est un
procédé produit par un ensemble de colonies bactériennes (boue active anaérobique) qui forment un système stable et en
équilibre et qui peut transformer le déchet représenté par la substance
organique en méthane, anhydride carbonique et eau.
Le schéma à coté, montre le
procédé de digestion anaérobique dans les deux phases principales qui sont l’acidification
et la méthanisation. L’efficacité du réacteur est conséquence directe de
l’équilibre entre ces deux phases. L'acidification est la phase
la plus rapide, car les réactions qui la produisent donnent aux bactéries le
75 % de l’énergie qui se forme antre les matières originales (graisses,
protéines carbohydrates) et les produits finals, c’est à dire CH4,
CO2, H2O. La méthanisation c’est la
phase la plus délicate, car l’énergie produite utile est très petite, mais
par contre aux effets de la dépuration (c’est à dire l’abattement du COD) est
responsable du 99 % de l’abattement. Ce concept est bien clair
considérant le COD des produits alimentés et le COD des produits finals dans
la digestion d’un sucre (par exemple le glucose) comme dans la table
suivante: |
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A coté on peut voir que est la
réaction de méthanisation de l’acide acétique la fonction qui transforme le
COD soluble de l’acide acétique dans le COD presque insoluble du méthane. Cette réaction transforme le
66% du COD du glucose en entrée en méthane. Ce qui reste, le 34 % du COD du
glucose, est représenté par l’hydrogène libéré par l’acidification est qui
est transformé, en suite, en méthane par les méthanogènes utilisateur
d’hydrogène. Un aspect importante des ces deux réactions est que la première c’est productrice d’acidité et la seconde la consomme. Dans un recteur complètement mélangé (digesteur anaérobique de
boue traditionnel) à baisse charge organique les deux réactions agissent dans
le réacteur entier, les acides
produits par l’acidification sont transformés en CO2 et CH4
tout les deux en phase gazeuse et quittent le réacteur comme biogaz. |
Dans les réacteurs pour
l’abattement des substance organique solubles le flux d’eau à traiter forme un
effet piston, soit l’eau a traiter est envoyée sur le fond du réacteur et est
tirée par un trop plein en haut. Ce régime hydraulique du type laminaire forme
dans le réacteur une différence de concentration de matière organique qui est
maxi sur le fon et presque rien après la couche de boue.
Puisque la réaction
d’acidification est plus rapide dans cette partie baisse du réacteur, il y aura
un surplus d’acides graisses volatiles (acétique et propionique) avec une élevé
concentration d’hydrogène. Cet excès d’acides sans un tampon (alcalinité
bicarbonatica) va baisser le PH du fond du réacteur au point que les deux
réactions viennent d’être bloquées.
La concentration, la pression
partiale de l’hydrogène sur le fond du réacteur et la boue anaérobique
granulaire sont les condition fondamentales sans lesquelles on peut pas avoir
un procédé de épuration anaérobique rapide,
La boue active granulaire est le
résultat de la symbiose des bactéries anaérobiques. L’aspect est de granules
rondes irréguliers de 1-
Par exemple, pour un réacteur
qui traites les eaux d’une papeterie la couleur de la boue granulaire est
grise, est complètement noire si le réacteur dépure les fluides d’une usine qui
travailles les pommes de terre. On peut avoir même la possibilité d’avoir, dans
le même réacteur, boues de différentes couleurs, pour différentes actions de
dépuration.
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Chaque granule est composé par
un ensemble de bactéries anaérobiques qui peuvent transformer les substances
organiques en BIOGAZ. Les études faits avec le microscope électronique
on montrées les zone à l’intérieur qui sont spécialisées dans l’acidification,
la méthanisation des acides gras et dans la méthanisation de l0hydrogene.
Les avantages de la boue
granulaires sont principalement deux:
a) Les granules ont une élevé vitesse de
sédimentation qui produit un index de volume de la boue très bas. L’index de
volume ou SVI (sludge volume index) est le volume occupé par un g de boue. Par
exemple une bonne boue anaérobique a un SVI de 100 c’est à dire que cette boue
occupe un volume de di 100 ml. Une boue anaérobique granulaire qui a un SVI de
10 à 15 ml/g signifie qui est plus concentrée de
b) A parité de poids a une activité bien
plus élevée. Ca signifie d’avoir la possibilité d’appliquer, à un gramme de
cette boue, dans la même unité de temps, une charge organique majeure en
respect à celle applicable à une boue du type floqué.
Son activité majeure est
expliquée par la distance plus petite que les produits donnés par les
différentes réactions symbiotiques, doivent parcourir d’une espèce bactérienne
à l’autre qui est le substrat de sa nourriture.
Un autre avantage c’est que ce
type de boue, même à température ambiante, conserve la plus grand partie de son
activité même après un période de manque de nourriture très long.
Cette particularité permette de
stocker le surplus de boue dans un bac pour l’utiliser s’y il a un mis
fonctionnement du réacteur ou pour démarrer une autre installation.
Les conditions essentielles pour
le développement de la boue granulaire et pour son soutien sont:
a) Une bonne distribution de l’eau dans le
fond du réacteur. Le système de distribution doit être bien tenu sous contrôle
pour éviter bouchements qui provoquent une mauvaise distribution de l’eau à
traiter.
b) Une bonne alcalinité de l’eau en entrée
au réacteur, pour maintenir son PH au dessus de 6,5. Quand l’eau à traiter n’a
pas l’alcalinité suffisante l’installation vient équipée avec un système de
dosage automatique d’alcalinité (exemple soude caustique dans l’eau pour former
bicarbonate avec l’anhydride carbonique contenue dans l’eau de recyclage).
c) Un bon apport de sels nutritifs tel que
l’azote et le phosphore. A la sortie du réacteur on doit avoir une concentration de phosphates supérieure
aux 3-5 mg/l de phosphate soluble ; et une concentration d’azote au moins
de 10 mg/l. Le rapport entre COD
et azote dans l’eau en entrée doit être de environ 60, comptant même l’azote du
recycle.
La boue granulaire à l’intérieur
du réacteur forme une couche avec une surface de séparation bien définie. Au
dessus de cette couche on a une zone riche en boue floquée. Pour éviter
l’entraiment de la boue, la partie supérieure du réacteur a des chevrons qui
capturent le gaz et forment des zones de décantation avec chute spontanée de la
boue clarifiée.
La croissance de la boue
granulaire est faible si comparée a celle de la boue en condition aerobique et
est du 3-6% de la charge par jour de COD abattus par l’installation.