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:

 

 

 

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.

 

 

LA DIGESTION ANAEROBIque

 

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:

 

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 granulaire

 

La boue active granulaire est le résultat de la symbiose des bactéries anaérobiques. L’aspect est de granules rondes irréguliers de 1-3 mm de diamètre, avec différentes couleurs suivant le type de déchet liquide à traiter et suivant la charge organique appliquée à la boue.

 

 

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.

 

 

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 6 a 10 fois.

 

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.