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1- FONDEMENTS BIOCHIMIQUES DE LE MÉTHANISATION

1- FONDEMENTS BIOCHIMIQUES DE LE MÉTHANISATION. Université de Glamorgan (UK) Wales Centre of Excellence for Anaerobic Digestion Professor Richard Dinsdale.

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1- FONDEMENTS BIOCHIMIQUES DE LE MÉTHANISATION

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Presentation Transcript


  1. 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.

  2. 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

  3. En solution : Sucre (chaînes courtes) Acides aminés Acides gras Acides (chaînes courtes) Alcools CO2 et H2 Acides acétiques Alcools CH4, CO2 et H2O Homoacétogène CO2 et H2 Réduction des sulfates H2S Produits de la dégradation protéique NH4 ,NH3 Lignines Eau Métaux lourds, minéraux (P,K,Na, Ca…) Processus de méthanisation Hydrolyse Acidogénèse Acétogénèse Méthanogénèse Glucides Protéines Lipides Biogaz Organiques Mélange de substrats Lignines Digestat Eau Inorganiques Métaux lourds, minéraux (P,K,Na, Ca…)

  4. 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

  5. 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)

  6. 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

  7. 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.

  8. 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 ?

  9. 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 !!

  10. 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 hors ligne Suivi en ligne Suivi hors ligne Etapes clés : démarrage et changement de substrat dans la ration

  11. Instabilité du digesteur Exemple du suivi du contenu du digesteur Indicateurs d’instabilité

  12. 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+

  13. 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

  14. 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 »)

  15. 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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