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RÉSUMÉ
Dans un premier temps les aspects théoriques de la méthanisation des effluents industriels sont abordés en détaillant les processus réactionnels associés. Sont ensuite présentés les critères technologiques de choix du procédé de méthanisation en fonction des caractéristiques de l’effluent à traiter, ainsi que les principales difficultés opérationnelles liées au traitement d’effluents complexes. Certaines technologies de méthanisation y sont exposées, avec leurs avantages et inconvénients respectifs. Enfin, la mise en œuvre d’une unité industrielle de méthanisation est décrite. Le dimensionnement et les principaux choix sont détaillés, que ce soit pour le réacteur anaérobie lui-même, le contrôle, ou les aspects de valorisation du biogaz produit. Des exemples de réalisations industrielles illustrent les différentes options de mise en œuvre.
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In this article, the theoretical aspects of the methanization of industrial effluents are first discussed, and the associated reaction processes detailed. The technological criteria for choosing a methanization process are then presented according to the characteristics of the effluent to be treated, together with the main operational difficulties related to the treatment of complex effluents. Some methanization technologies are described, with their respective advantages and disadvantages. Finally, the implementation of an industrial methanation unit is described. The sizing and the main choices are detailed, whether for the anaerobic reactor itself, for control, or for the valorization of the biogas produced. Examples from industry illustrate the different implementation options.
Auteur(s)
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Diana GARCIA-BERNET : Ingénieur de recherche Laboratoire de biotechnologie de l’environnement INRA, Narbonne, France
-
Jean-Philippe STEYER : Directeur de recherche Laboratoire de biotechnologie de l’environnement INRA, Narbonne, France
-
Nicolas BERNET : Directeur de recherche Laboratoire de biotechnologie de l’environnement INRA, Narbonne, France
INTRODUCTION
La digestion anaérobie ou méthanisation est un processus biologique naturel qui, réalisé au sein de procédés maîtrisés, permet de traiter efficacement la pollution organique et de produire du biogaz dont le composé majoritaire, le méthane, peut être valorisé énergétiquement sous forme d’électricité, de chaleur, de GNV ou être injecté dans le réseau de gaz naturel. Appliquée d’abord à la valorisation des sous-produits d’élevage, la méthanisation est aujourd’hui largement utilisée pour l’épuration et la valorisation des effluents industriels chargés en matière organique.
La méthanisation transforme la matière organique, sous forme soluble ou solide, conduisant à la formation de biogaz, mélange gazeux composé principalement de méthane (CH4) et de dioxyde de carbone (CO2). Elle est réalisée en absence d’oxygène par une communauté microbienne diverse dans des écosystèmes naturels variés : les sédiments marins et d’eau douce, les tractus digestifs d’animaux, les décharges, les sols, etc. Elle est notamment à l’origine de phénomènes spontanés tels que les feux follets ou les émissions de gaz des marais.
Le biogaz issu de la méthanisation est un mélange inflammable qui peut contenir, en plus du CH4 (50 à 70 % en volume) et du CO2 (25 à 45 % en volume), des quantités variables de vapeur d’eau, de H2S et de traces d’H2 et d’autres composés minoritaires.
Valorisé, le biogaz est une source d’énergie renouvelable dans la mesure où il est issu de matières organiques d’origine végétale ou animale, dont les cycles de renouvellement sont courts. Utilisée au service de l’Homme, la méthanisation s’avère être un outil efficace de réduction des pollutions organiques et de production d’énergie.
Sa première application, qui reste à l’heure actuelle la plus importante en nombre d’unités, a été la valorisation énergétique à la ferme des sous-produits d’élevage et de l’agriculture. Des pays tels que l’Allemagne ou la Chine comptent de très nombreuses sources délocalisées d’énergie sous forme de biogaz agricole.
Depuis le début des années 1970, de nombreux travaux de recherche et de développement dans le domaine de la méthanisation ont contribué à une application toujours plus performante du processus à l’épuration et à la valorisation des effluents industriels chargés en matière organique. Le succès de l’application de la méthanisation au traitement des eaux usées industrielles tient particulièrement au fait qu’elle engendre une production nette d’énergie, contrairement aux procédés d’épuration aérobies classiques dont l’aération requiert de fortes dépenses électriques. Un autre avantage de la méthanisation est la faible production de boues comparativement aux stations aérobies. Enfin, le traitement anaérobie des effluents s’effectue généralement à plus forte charge que les procédés aérobies, ce qui permet une réduction de l’encombrement des ouvrages.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire des termes et expressions importants de l’article.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
anaerobic digestion | biogas | cleanup
VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 2007 par Sylvain FRÉDÉRIC, Aurélien LUGARDON
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Conclusion
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4. Exemples industriels
4.1 Digesteur infiniment mélangé
Revico, Site de Saint-Laurent de Cognac
Sources : ATEE Club Biogaz et Revico
Le site de Saint-Laurent de Cognac possède un des plus gros et plus anciens méthaniseurs industriels en France. Les vinasses de distillerie constituant une importante source de pollution organique, dès 1984 une filière de traitement anaérobie a été mise en place afin de traiter les vinasses issues des distilleries du vignoble de Cognac (environ 1 400).
Cette installation, constituée au départ de 2 méthaniseurs infiniment mélangés à circulation downflow (constructeur : SGN, Saint Gobain Technologies Nouvelles), a par la suite vu sa capacité augmenter avec la construction de 2 autres méthaniseurs en 1990.
La description technique de l’installation (figure 7) est la suivante.
Réception, stockage des effluents : les vinasses, collectées par des camions-citernes dans les distilleries des environs de Cognac (90 % sont situées à moins de 40 km du site), sont stockées sur site. Volume de vinasses traité : 400 000 m3/an.
Prétraitement : après sédimentation, les vinasses sont concentrées par CMV (compression mécanique de vapeur) avec obtention de 2 fractions : le condensat (essentiellement de l’eau) qui est traité dans une lagune aérée de traitement aérobie et le concentrat qui contient l’essentiel de la charge organique. Ces vinasses concentrées sont envoyées vers les méthaniseurs, après récupération de l’acide tartrique qu’elles contiennent (par précipitation au carbonate de calcium).
Digestion anaérobie : les vinasses alimentent quatre méthaniseurs mésophiles (37 °C) de type infiniment mélangé à recirculation downflow. Le temps de séjour est de 3 à 4 semaines. Paramètres de fonctionnement et performances :
-
débit moyen de l’effluent : 600 m3 · j–1 ;
-
charge de la DCO en entrée : 60 kgDCO · m–3, soit entre 30 000 et 40 000 kgDCO · j–1 ;
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charge volumique appliquée (kgDCO · m–3 · j–1) : 2 kgO2 · m–3 · j–1) ;
-
taux...
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Exemples industriels
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ASHRAFI (O.), YERUSHALMI (L.), HAGHIGHAT (F.) - Wastewater treatment in the pulp-and-paper industry : a review of treatment processes and the associated greenhouse gas emission. - Journal of Environmental Management, 158, p. 146-157 (2015).
-
(2) - BARRET (M.), DELGADILLO-MARQUEZ (L.), TRABLY (E.), DELGENES (N.), BRAUN (F.), CEA-BARCIA (G.), STEYER (J.P.), PATUREAU (D.) - Anaerobic removal of trace organic contaminants in sewage sludge : 15 years of experience. - Pedosphere, 22(4) (2012).
-
(3) - BEC (A.), BOUTIN (F.), DELAUNOIS (P.), BEILLEVAIRE (J.), GIREAUDAU (A.), MOREAU (S.), MAUGUEN (G.), PALKA (T.), PETEGNIEF (G.), DAVID (C.), MARC (F.), SALLE (B.) - Méthanisation de déchets issus de l’élevage, de l’agriculture et de l’agroalimentaire. Risques et prescriptions de sécurité. - Rapport INRS ED 6153 (2013).
-
(4) - BERNET (N.), MOLETTA (R.) - Dénitrification dans les réacteurs de méthanisation. Colloque « Serge Winogradsky aujourd’hui ». - SIAAP, Colombes, 12 oct. 2006 http://moletta-methanisation.fr
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(5)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Fiches exemples de sites de méthanisation du Club BIOGAZ http://atee.fr/biogaz
Technologies du traitement des effluents par méthanisation, par René Moletta https://www.lavoisier.fr/livre/environnement/la-methanisation-3e-ed/moletta/descriptif-9782743019914
Memento Degremont® de Suez https://www.suezwaterhandbook.fr
Fiche technique Méthanisation ADEME https://www.ademe.fr
Exemples de réalisations constructeur Valbio http://www.valbio.com
Exemples de réalisations constructeur Waterleau http://www.waterleau.com...
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