Transcript Biochimie et suivi d`un digesteur

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
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Processus de méthanisation
Hydrolyse
Glucides
Organiques
Lipides
En solution :
Sucre (chaînes
courtes)
Acides aminés
Acides gras
Acétogénèse
Acides
(chaînes
courtes)
Alcools
CO2 et H2
Méthanogénèse
Acides acétiques
Alcools
Homoacétogène
CO2 et H2
Réduction des sulfates
Produits de la dégradation protéique
Eau
Métaux lourds, minéraux
(P,K,Na, Ca…)
H2S
NH4 ,NH3
Lignines
Eau
Digestat
Inorganiques
Lignines
CH4, CO2 et
H2O
Biogaz
Mélange de substrats
Protéines
Acidogénèse
Métaux lourds,
minéraux
(P,K,Na, Ca…)
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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
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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 hors
ligne
Suivi en
ligne
Suivi hors
ligne
Etapes clés : démarrage et changement de
substrat dans la ration
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Exemple du suivi du contenu
du digesteur
Instabilité du digesteur
Indicateurs d’instabilité
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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+
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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
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
• 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 »)
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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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