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Certifié ISO 14001
1- FONDEMENTS BIOCHIMIQUES DE LE
MÉTHANISATION
Université de Glamorgan (UK)
Wales Centre of Excellence for Anaerobic Digestion
Professor Richard Dinsdale
Le contenu de ce document n'engage que la responsabilité de son auteur et ne représente pas l'opinion de la Communauté Européenne. La Commission européenne n'est pas responsable de l'usage qui pourrait être fait des informations qui y figurent.
Certifié ISO 14001
Le principe• Dégradation de la matière organique en l’absence
d’oxygène, en dioxyde de carbone et méthane grâce à un consortium bactérien
– CxHyOz ---> CO2 + CH4 + biomasse bactérienne anaérobique
• Population bactérienne complexe– Des interdépendances entre les espèces bactériennes– Un rôle clé des bactéries méthanogènes
• Modélisation de la dégradation anaérobie en 4 étapes
Certifié ISO 14001
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Glucides
Protéines
Lipides
Lignines
Eau
Métaux lourds, minéraux (P,K,Na, Ca…)
En solution :Sucre (chaînes
courtes)Acides aminés
Acides gras
Acides (chaînes courtes)Alcools
CO2 et H2
Acides acétiquesAlcools
CO2 et H2
Hydrolyse Acidogénèse Acétogénèse Méthanogénèse
Lignines
Eau
Métaux lourds, minéraux
(P,K,Na, Ca…)
CH4, CO2 et H2O
H2SRéduction des sulfates
NH4 ,NH3
Produits de la dégradation protéique
Homoacétogène Biogaz
Digestat
Processus de méthanisation
Certifié ISO 14001
Facteurs clés pour favoriser l’activité des bactéries
• Hydrolyse– Taille des particules (plus elles sont petites mieux c’est !)– Accessibilité des substrats (pour dégradation
enzymatique, difficile avec lipides)– Temps de séjour dans le réacteur– Structure chimique des substrats (lignine pas
dégradable)– Teneur en MO des substrats
• Acidogénèse– Influence du pH et de la concentration en H2
Certifié ISO 14001
Les facteurs de contrôle à surveiller
• La température (psychrophile, mésophile ou thermophile)• Le pH compris entre 6,5 et 7,5 (inhibition en milieu acide)• La teneur en nutriment (macro et micronutriments)
– recommandation : C (500-1000)-N (15-20)-P (5)-S (3)– Micronutriments : Ni,Fe,Co,SE,Mg…
• La teneur en agents inhibiteurs (NH4+, H2S, Ca/Na/K,
détergents, solvants, métaux lourds…)• Le temps de séjour (garantir un temps suffisant pour le
régénération des bactéries)
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Conclusion
• Digestion anaérobie dépend de l’interaction entre un grand nombre de micro-organismes
• Processus naturel qui fonctionne depuis 3,5 milliards d’années
• De nombreuses possibilités de disfonctionnement, nécessite une gestion méticuleuse
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2- SUIVI ET CONTRÔLE DES UNITÉS DE MÉTHANISATION
Université de Glamorgan (UK)
Wales Centre of Excellence for Anaerobic Digestion
Dr. Sandra Esteves
Le contenu de ce document n'engage que la responsabilité de son auteur et ne représente pas l'opinion de la Communauté Européenne. La Commission européenne n'est pas responsable de l'usage qui pourrait être fait des informations qui y figurent.
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Volontés d’un exploitant d’unité de méthanisation
• Utiliser les substrats quand ils sont disponibles (attention aux excès surtout avec les co-substrats sur lesquels on touche une redevance de traitement…)
• Stabiliser le process• Optimiser la production de biogaz• Produire un digestat de qualité• Minimiser les impacts environnementaux de l’unité• Compter sur un système de diagnostic et
d’automatisation des contrôles ?
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Qu’est-ce qui peut aider ?
• Les connaissances de l’exploitant• L’automatisation du suivi et du
contrôle• La flexibilité de l’unité pour faciliter le
suivi (conception astucieuse)L’exploitant doit avoir des connaissances car les automates ne font pas tout et c’est
un processus vivant !!
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Qu’est-ce qui peut être contrôlé ?• Les substrats
– Gestion des stocks, MS, MO, pH, C:N:P:S, teneurs en métaux lourds…
• Le digestat– MO, pH, matières fertilisantes, odeurs, pathogènes…
• Le biogaz
– Production de biogaz, teneur en CH4, CO2, H2, H2S…
• Le contenu du digesteur
– T, pH, pouvoir tampon (TAC), AGV, NH4+, communauté
microbienne
Suivi en ligne
Etapes clés : démarrage et changement de substrat dans la ration
Suivi hors ligne
Suivi hors ligne
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Exemple du suivi du contenu du digesteur
Indicateurs d’instabilité
Instabilité du digesteur
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Les principales techniques de mesures
• Chromatographie : séparation des substances par leur différence d’affinité (solubilité, absorption, taille, charge) entre la phase mobile et la phase stationnaire– AGV
• Électrochimie : mesure du potentiel électrique, du courant ou de la résistance en utilisant des électrodes– T, pH, teneurs en 02, H2S
• Spectrométrie : mesure de l’absorbance, de la diffusion ou de la fluorescence de radiations (UV, visible et IR)– Teneurs en CH4, CO2
• Titrimétrie : mesure de la quantité de réactif qui réagit avec la substance que l’on cherche à mesurer– AGVtotal, TAC, NH4
+
Certifié ISO 14001
Comment optimiser une unité de méthanisation ?
• Gestion basée sur la caractérisation des substrats et des performances du digesteur– Maintien des paramètres (T, pH, TAC…) du digesteur
à des valeurs compatibles avec les microorganismes– Adaptation de la charge organique appliquée et du
temps de rétention– Gestion des substrats– Contrôle des macro et micronutriments (Fe, Co, Ni,
Mo, Se, Ca, Mg, vitamine B…)– Pré et post-traitement si nécessaire
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Le suivi en ligne
• Intégration du suivi en ligne dans un système de supervision et de contrôle de l’unité de méthanisation– Supervision et acquisition de données– Contrôle de l’unité utilisant des algorithmes (encore en
développement pour les unités de méthanisation « grandeur nature »)
Les avantages Les obstacles• Permet un contrôle automatique• Suivi permanent des paramètres, anticipation • Fiabilité des informations sur le processus
• Coût des équipements• Dépendance vis-à-vis des équipement (en cas de défaillance)• Doit être utilisé activement dans la gestion de l’unité pour être justifié
Certifié ISO 14001
Certifié ISO 14001
Conclusion
De la gestion et du contrôle des substrats et des performances du digesteur résultent une meilleure
efficacité de traitement/récupération,et une haute qualité des produits
améliore l’économie de l’unité.
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