Amélioration de la digestion anaérobie des déchets ?· Ce substrat a été bien choisi et il est…

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  • Revue des Energies Renouvelables SIENR14 Ghardaa (2014) 93 98

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    Amlioration de la digestion anarobie des dchets mnagers

    (dchets de restaurant) en utilisant un prtraitement physique

    M. Djaafri 1*

    , S. Kalloum 1, M. Khelafi

    1, A. Tahri

    1, F. Salem

    1, K. Kadi

    1

    O. Barako 2

    , A. Kadri 2, L. Bensmail

    2 et A. Amahrouch

    2

    1 Unit de Recherche en Energies Renouvelables en Milieu Saharien, URERMS

    Centre de Dveloppement des Energies Renouvelables, CDER 01000, Adrar, Algeria

    2 Facult des Sciences et Technologie, Dpartement de Biologie

    Universit Tahri Mohammed, Rue de lIndpendance, Bchar, Algeria

    Rsum Lobjectif de cette tude est damliorer la digestion anarobie en utilisant un prtraitement physique des

    dchets organiques [1]. Le substrat choisi pour cette tude se compose des dchets organiques facilement

    biodgradables, riche en sucre et en amidon [2-4], issus de la rsidence universitaire de luniversit Africaine de la

    ville dAdrar Sud-Ouest en Algrie. Le but de ce travail est daugmenter le rendement en mthane par lamlioration

    de la digestion anarobie des dchets organiques lchelle de laboratoire en vue dexploiter ces rsultats lchelle

    pilote. Durant cette tude, nous avons utilis un digesteur du type batch, dune capacit de 01 litre avec une

    concentration de 30 g/l. Aussi nous avons suivi lvolution du pH, du volume de biogaz, de la DCO et de la charge

    microbienne lors de la digestion anarobie en fonction du temps. La production de biogaz inflammable a commenc

    par une valeur de 300 ml/jour ds le premier jour, avec un volume total de 773.5 ml, et un rendement de 56.66 ml/g

    de matire organique. Le taux de dgradation de la matire organique a atteint 76.33 % pour une courte priode de 10

    jours. En comparaison avec les rsultats de [5] o la production de biogaz inflammables na commenc quaprs le

    17me jour, avec un volume du biogaz de 692.8 ml seulement pendant 65 jours dexprience. Cela nous permet de

    conclure que le traitement physique, ainsi que le choix du substrat facilement biodgradable reprsente une solution

    prometteuse pour la mise en marche des nouveaux digesteurs de diffrents types lchelle pilote et semi pilote.

    Mots cls: Digestion Anarobie Biogaz Prtraitement - Dchets Organiques Mthanisation.

    1. INTRODUCTION

    Grce la digestion anarobie, les dchets deviennent une source de richesses. Cette technologie devient

    essentielle dans le processus de rduction des volumes de dchets et la production de biogaz, qui est une source

    dnergie renouvelable pouvant tre utilise dans la production dlectricit et de la chaleur.

    Durant le processus de digestion anarobie, seule une partie de la matire organique est compltement

    dgrade, le reste est un excellent agent de fertilisation des terres agricoles et qui peut tre utilis en tant que tel.

    La digestion anarobie (DA) transforme les dchets organiques en biogaz via un consortium microbien dans

    des conditions exemptes doxygne, rendant la DA lune des rares technologies qui, la fois produit de lnergie

    et traite les dchets produits par les activits humaines. Il est possible de distinguer trois grandes tapes dans ce

    phnomne: une tape hydrolytique, une tape dactognse et une tape de mthanognse.

    Chaque tape tant ralise par diffrentes catgories de microorganismes qui ont t rparties selon quatre

    groupes trophiques:

    -des bactries hydrolytiques qui hydrolysent les lipides, les protines et les glucides (cellulose

    principalement) et les transforment en molcules simples;

    -des bactries fermentaires acidognes produisant de lhydrogne et de lactate;

    -des bactries actognes, dites homoactognes, catabolisent les composs monocarbons et multicarbons

    en acide actique;

    - des bactries mthanognes. Elles ralisent la dernire tape en mtabolisant des composs monocarbons

    ou de lactate, en mthane [6, 7].

    Ainsi, trs actif en consortiums microbiens et de leur fonctionnement concert contribuent directement un

    systme efficace du processus de DA. Lquilibre des nutriments est galement critique dans le processus de

    DA. Un rapport ( NC ) Carbone-Azote de 20 30 reprsente un optimum pour la production du biogaz, tandis

    que lexcs de sources dazote ou de carbone peut conduire linhibition [8].

    Plusieurs travaux ont t effectus pour amliorer la mthanisation par lapplication de diffrentes

    techniques.

    Le prsent travail consiste en ltude de lamlioration des conditions de la digestion anarobie et

    lacclration de mthanisation des dchets organiques lchelle de laboratoire. Cela a pour but dexploit ces

    rsultats lchelle pilote et surtout pour la mise en marche de nouveaux digesteurs.

    Au cours de cette tude, nous avons choisi un substrat facilement biodgradable. Nous avons appliqu un

    prtraitement physique ce substrat afin dacclrer la mthanisation. Pour cela, nous avons suivi lvolution du

    pH, de la DCO et du volume de biogaz produit.

    * djaafrimoh@urerms.dz , tahri@urerms.dz , Kamel.kaidi@yahoo.fr m.khelafi@urerms.dz , Salem.fethya@live.fr barakoomar@gmail.com

    mailto:djaafrimoh@urerms.dzmailto:tahri@urerms.dzmailto:m.khelafi@urerms.dzmailto:Salem.fethya@live.frmailto:barakoomar@gmail.com

  • M. Djaafri et al.

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    2. MATERIELS ET METHODES

    2.1 Substrat utilis

    Le substrat utilis dans cette tude, est constitu des dchets organiques issus de la rsidence universitaire de

    luniversit dAdrar. Ce substrat a t bien choisi et il est compos principalement des dchets de cuisine

    facilement biodgradable (Fig. 1), tels que les pluchures des lgumes sucrs (betterave et carotte) [2] et des

    aliments cuits qui contient beaucoup damidon (principalement le riz et la pomme de terre) [3, 4]. Le broyage du

    substrat a t effectu en utilisant un broyeur de type GAM International.

    Le pH a t mesur en utilisant un pH-mtre de type Metr Tolledo. Lajustement du pH se fait laide dune

    solution de NaOH 0.5N [9]. Le surnagent obtenu, aprs centrifugation des chantillons, a t utilis pour mesurer

    la DCO, ce paramtre a t dtermin en utilisant la mthode dcrite par [10, 11]. Le volume du biogaz produit

    est dtermin par la mthode du liquide dplac [12], la matire organique (MO) a t mesure par la mthode

    standard [13].

    Fig. 1: Vue photographique du substrat avant le broyage

    2.2 Caractrisation du substrat

    Tableau 1. Caractrisation du substrat avant la mthanisation

    Paramtre Valeur

    Matire sche (MS%) 24 %

    Matire organique (MO%) 95 %

    pH 6.9

    Taux de lipides 73 %

    Taux de sucres 22.3 %

    Taux de protines 4

    Tableau 2. Charge microbienne initiale du substrat

    Germes Nombre (germe/ml)

    Gamt 127106

    Coliformes 6104

    Streptocoques 11104

    Staphylocoques 104

    Clostridiums 4103

    Levures 12106

    2.3 Dispositif exprimental

    Les essais ont t raliss dans des racteurs de type discontinu (batch). Il sagit dune bouteille dun litre. Le

    racteur est muni de deux trous, le premier pour le prlvement des chantillons liquides laide dune seringue,

    et lautre pour la rcupration et la mesure du volume de biogaz produit (Fig. 2). Les digesteurs utiliss sont

    aliments avec les dchets mnagers. La concentration est de lordre de 30 g MS/l [14].

    Fig. 2. Vue photographique du digesteur

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    3. RESULTATS ET DISCUSSIONS

    3.1 Evolution du pH en fonction du temps

    Le pH est un indicateur trs intressant dans la stabilisation et le bon droulement de la digestion anarobie.

    Les procds de digestion anarobie sont fortement influencs par le pH. La digestion anarobie se droule de

    faon optimale au voisinage de la neutralit 7pH avec une valeur optimale entre 6.5 et 7.5 [15].

    Daprs la figure 3, on peut remarquer que le pH varie au cours de la mthanisation. La courbe dvolution

    du pH peut tre divise en quatre intervalles:

    Fig. 3: Evolution du pH en fonction du temps

    1re

    partie- Durant les deux premiers jours, nous remarquons quil y a une chute rapide du pH dune valeur

    de 7.07 5.45. Cette diminution est due la dcomposition de substrat et la formation des acides gras comme

    lacide lactate, butyrate, propionateetc et leurs accumulations dans le milieu.

    2me

    partie- Ds le troisime jour jusquau cinquime, le pH est lgrement augment (auto- ajustement).

    Cette augmentation peut tre explique par la production de lthanol, mais il reste loin de la valeur optimale.

    3me

    partie- A partir du cinquime jour, nous avons ajust le pH avec une solution dhydroxyde de sodium

    afin de rendre sa valeur proche de 7 (valeur optimale pour la digestion anarobie), aprs lajustement, le pH

    diminue et reste au voisinage de 6 jusquau onzime jour, cela est d la continuit de la production des acides

    [9].

    4me

    partie- Aprs le onzime jour, un deuxime ajustement du pH a t effectu. Mais cette fois-ci le pH

    reste stable aprs lajustement au voisinage de 7 jusqu la fin de lexprience. Cela peut tre expliqu par la

    consommation des Acides Gras Volatils (AGV) et lpuisement de la matire organique.

    3.2 Evolution du volume de biogaz en fonction du temps

    Sur la figure 4, On remarque que la majorit du volume de biogaz est produite durant les cinq premiers jours

    avec un maximum de 300 ml enregistr au premier jour. Cette production importante e