Valorisation par biométhanisation des eaux usées de PME du secteur agro-

alimentaire (PME-TANE)

P. Henry – Cebedeau

Hydraulique industrielle Energie (Ulg Arlon) Epuration des eaux

Projet de recherche financé par le département

des programmes de recherche de la DGO6

(Région Wallonne)

PME-TANE – Energie

L’énergie dans l’eau usée … cinétique et potentielle (négligeable), chimique et thermique

PME-TANE – Energie

L’énergie chimique :

La digestion directe sur les eaux usées améliore le bilan : 85 % de l’énergie chimique de l’eau est convertie en biogaz (10 % non épurée, 5 % dans les boues)

• Energie = notion définie par ses effets : « capacité d’effectuer un travail »

• Travail : énergie libérée

• Puissance : travail par unité de temps

Unités de mesure de l’énergie :

1 kg DCO = 3,49 kWh = 3000 kcal = 12,6 kJoule

PME-TANE - Energie

Energie chimique de l’eau usée énergie chimique du biogaz énergie

thermique mécanique électrique

Transformations / Valorisation

DCO = demande chimique en oxygène = mesure de la pollution

PME-TANE – La digestion anaérobie

Eau usée

DCO

Processus bactérien

Effluent

Boues

Energie 72 %

10 %

5 %

13 %

Pertes

Chauffage digesteur - 10 % à 15 %

kWh

PME-TANE – La digestion anaérobie

+/- 3 kg DCO éliminée 1 m³ de méthane

100 à 1000 kg DCO/jour = 30 à 300 L mazout

PME-TANE – La digestion anaérobie

Les phases

PME-TANE – Epuration, quelles eaux usées ?

EAUX USEES IAA

En général ≥ 2,5 g DCO/l et température > 25 °C, OK pour la biométhanisation

secteur rejet DCO

Transformation du

lait

2 – 3 l/l lait Eaux blanches : 2 – 5 g/l

Lactosérum : 60 – 75g/l

brasseries 4 – 7 l/l bière 2 – 7 g/l

Fruits et Légumes 10 – 20 m³/tmp 5 – 10g/l

Viande 5 – 10 m3/tpf 3 – 8 g/l

Poissons 2 – 40 m3/tmp 2 – 6 g/l

PME-TANE – Quelle technologie d’épuration choisir ?

• Boue activée ?

1kWh consommé/kg DCO éliminée

0,30 kg boues/kg DCO éliminée

Epuration aux normes (DCO, N et P)

• Digestion anaérobie ?

3,5kWh biogaz produit/kg DCO éliminée

0,05 kg boues/kg DCO éliminée

Effluent hors normes (> 500 mg DCO/L, pas d’épuration sur N et P) finition

PME-TANE - Quelle technologie d’Epuration choisir ?

PME-TANE – Epuration Projet de réacteur - principe

• Base conceptuelle : simplicité, robustesse et coût

• Base technologique : ABR

Evolution vers un ABR hybride : lit de boue + granules + biomasse fixée

PME-TANE – Epuration Projet de réacteur - principe

Unité pilote, ABR hybride

PME-TANE – Epuration Projet de réacteur - principe

PME-TANE – Epuration Axes de recherche

Charge volumique 10 à 25 kg DCO/m³.jour et 90 % élimination de la DCO.

• Hydraulique

• Supports

• Granulation

• Clarification

• Isolation

• Chauffage

• Valorisation du biogaz

Répartition – régime hydraulique (piston) – vitesse ascensionnelle (granulation et clarification)

PME-TANE – Epuration Projet de réacteur - hydraulique

PME-TANE – Projet de réacteur – Essais supports

Comparaison des différents supports

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

sphere (d>1) tarte (d>1) cheepetos (d<1) oxybee (d+/-1) argex (d>1) roche de lave

(d>1)

support

mg

MV

S/l s

up

po

rt

contrainte forte contrainte modérée contrainte faible

• Chaleur (chaudière)

• Electricité + chaleur (micro cogénération)

85 % de l’énergie

chimique

du biogaz

récupérée

PME-TANE – Projet de réacteur – Valorisation du biogaz

Biogaz [m³/kgDCO] 0,58

Compo_biogaz [%_CH4] 60%

PCI_CH4 [kWh/m³] 9,95

DCO [kg/jour] 100 500 1000

Qtité_biogaz [m³/jour] 58,3 291,7 583,3

Energie_biogaz [kWh] 348 1741 3483

Rdt él. [%] 25% 25% 25%

Rdt th. [%] 60% 60% 60%

Energie_él. [kWh] 87 435 871

Energie_th. [kWh] 209 1045 2090

Nb_heures [heures/jour] 24 24 24

P_él. [kW] 3,6 18,1 36,3

P_th. [kW] 8,7 43,5 87,1

Effluents ------------------------------------- Energie

PME-TANE – Etude d’un projet

• DCO • Potentiel méthanogène

Monitoring des consommations

Electricité

Chaleur

Investissement

Boue activée ≤ digestion anaérobie

De l’ordre de 1.500 €/(kg DCO/jour)

Fonctionnement

Digestion anaérobie < < Boue activée

Etude économique détaillée à venir, incluant le post-traitement si digestion anaérobie.

PME-TANE – Coûts

PME-TANE – Synthèse

Développement d’un biométhaniseur pour les effluents des IAA

Financement : RW

Durée : 2011 à 2013

Projet de recherche collective : résultats accessibles aux épurateurs et aux IAA

Délivrables : schéma technologique – note de dimensionnement – métré – démonstrateur (pilote)

PME-TANE – Synthèse

Développement d’un biométhaniseur pour les effluents des IAA

Projet collaboratif entre Centres/Unités de recherche

Contacts :

Cebedeau (épuration): phenry@cebedeau.be

Cewac (technologie): pierre.coucke@cewac.be

Ulg-Bems (valorisation biogaz): fclaude@ulg.ac.be

Merci pour votre attention