FR3072666A1 - METHOD AND DEVICE FOR TREATING EFFLUENTS OF METHANIZATION UNIT AND METHANIZATION UNIT COMPRISING SUCH A DEVICE - Google Patents
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Abstract
Le procédé de traitement de digestat liquide sortant d'une unité de méthanisation, comporte : - une étape de passage d'air dans ledit digestat liquide contenu dans une cuve pour extraire au moins de l'ammoniac vers l'atmosphère de la cuve et - une étape de passage de l'atmosphère de la cuve dans un laveur de gaz pour former un sel d'ammonium. Dans des modes de réalisation, le procédé comporte une étape de réinjection du digestat après passage de l'air, vers l'entrée de l'unité de méthanisation. Dans des modes de réalisation, le procédé comporte, après l'étape de passage d'air dans le digestat, une étape de passage de biogaz dans ladite cuve pour réduire le potentiel hydrogène du digestat.The process for treating liquid digestate leaving an anaerobic digestion unit includes: a step of passage of air in said liquid digestate contained in a tank for extracting at least ammonia to the atmosphere of the tank and a step of passing the atmosphere of the tank in a gas scrubber to form an ammonium salt. In embodiments, the method comprises a step of reinjecting the digestate after passage of air, to the inlet of the methanation unit. In embodiments, the method comprises, after the step of passage of air in the digestate, a step of passing biogas into said tank to reduce the hydrogen potential of the digestate.
Description
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTIONTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
La présente invention vise un procédé et un dispositif de traitement d’effluents d’unité de méthanisation et une unité de méthanisation comportant un tel dispositif.The present invention relates to a method and a device for treating effluents from anaerobic digestion unit and a methanization unit comprising such a device.
ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
Les unités de méthanisation actuellement connues rejettent une quantité importante d’effluents (communément appelés « jus ») dont le traitement est très onéreux et polluant. De plus, ces unités de méthanisation consomment beaucoup d’eau fraîche, ce qui a un impact non négligeable sur l’environnement.The methanation units currently known release a large quantity of effluents (commonly called "juice") whose treatment is very expensive and polluting. In addition, these anaerobic digestion units consume a lot of fresh water, which has a significant impact on the environment.
Les solutions les plus simples mises en oeuvre pour contrôler la teneur en Nammoniacal consistent à réaliser un traitement sur les jus recirculés. Malgré leur simplicité a priori, ces solutions sont assez peu mises en oeuvre en méthanisation agricole, territoriale ou industrielle.The simplest solutions used to control the Nammoniacal content consist in carrying out a treatment on the recirculated juices. Despite their a priori simplicity, these solutions are not widely used in agricultural, territorial or industrial methanation.
Le digestat représente la matière digérée sortant du procédé de méthanisation. Ce produit organique a une bonne valeur fertilisante. Il subit sur la majeure partie des installations une séparation liquide solide par l’intermédiaire d’une presse à vis. La répartition des éléments fertilisants entre les deux phases liquide et solide est la suivante :The digestate represents the digested matter leaving the methanisation process. This organic product has a good fertilizing value. It undergoes on most of the installations a solid liquid separation by means of a screw press. The distribution of the nutrients between the two liquid and solid phases is as follows:
La fraction liquide du digestat représente la plus grande partie du volume et contient la majorité de l’azote minéral (sous forme d’ammonium). Néanmoins, si elle est épandue, l’utilisation telle quelle de cette fraction liquide entraîne une volatilisation d’une partie de cet azote, et des techniques spécifiques (enfouissement) sont requises pour minimiser ces pertes. De plus dans les régions qui connaissent déjà un excès d’azote dans les sols, l’usage de ce produit est rendu délicat.The liquid fraction of the digestate represents the largest part of the volume and contains the majority of the mineral nitrogen (in the form of ammonium). However, if it is spread, the use as it is of this liquid fraction causes a volatilization of part of this nitrogen, and specific techniques (burial) are required to minimize these losses. In addition, in regions already experiencing an excess of nitrogen in the soil, the use of this product is made difficult.
Ainsi, la plupart des techniques utilisées pour le traitement du digestat proviennent du traitement du lisier porcin, un produit comparable avec le digestat. L’objectif est d’éliminer son contenu en azote, afin d’une part de réduire les nuisances lors de l’épandage, et d’autre part de récupérer cet azote sous la forme d’un engrais utilisable séparément et de manière contrôlée. Nous verrons que ces techniques permettent difficilement la recirculation en tête de procédé des jus recirculés.Thus, most of the techniques used for the treatment of the digestate come from the treatment of pig manure, a product comparable to the digestate. The objective is to eliminate its nitrogen content, on the one hand to reduce the nuisance during spreading, and on the other hand to recover this nitrogen in the form of a fertilizer which can be used separately and in a controlled manner. We will see that these techniques hardly allow recirculation at the top of the process of recirculated juices.
Les méthodes actuelles qui permettent de réduire fortement le contenu d’azote (plus de 50%) sont la filtration membranaire, le strippage avec lavage acide, l’évaporation, la précipitation sous forme de struvite et le traitement biologique. Quatre méthodes permettent de bien conserver l’azote, à savoir la filtration membranaire, le stripage avec lavage acide, l’évaporation et la précipitation struvite.The current methods which make it possible to greatly reduce the nitrogen content (more than 50%) are membrane filtration, stripping with acid washing, evaporation, precipitation in the form of struvite and biological treatment. Four methods are used to conserve nitrogen, namely membrane filtration, stripping with acid washing, evaporation and struvite precipitation.
Préalablement, il est souvent nécessaire d’inclure une étape de centrifugation. C’est un procédé de type séparation/concentration, qui a également ses origines dans le traitement du lisier ou des eaux usées. Le but du procédé est la séparation des phases entre une fraction liquide, avec un contenu en matière sèche d’environ 1 à 3%, et une fraction solide à un taux de matières sèches d’environ 15-30%. Cette technique est assez coûteuse et engendre une haute consommation d’énergie (sous forme électrique). La majeure partie de l’azote minéral se retrouve une nouvelle fois dans la phase liquide.Beforehand, it is often necessary to include a centrifugation step. It is a separation / concentration type process, which also has its origins in the treatment of slurry or wastewater. The aim of the process is the phase separation between a liquid fraction, with a dry matter content of approximately 1 to 3%, and a solid fraction at a dry matter content of approximately 15-30%. This technique is quite expensive and generates high energy consumption (in electrical form). Most of the mineral nitrogen is again found in the liquid phase.
Ensuite, cette phase liquide est traitée selon un des techniques suivantes :Then, this liquid phase is treated according to one of the following techniques:
• La filtration membranaire par ultrafiltration/osmose inverse, • Le « strippage » d’ammoniac, • L’évaporation/condensation, • Le séchage thermique, • La précipitation de struvite (Cette approche consiste à forcer la précipitation d’un complexe d’ammonium magnésium phosphate hexahydrate (MgNH4PO4.6H2O) appelé struvite, référence : S.Uludag-Demirer, G.N. Demirer, C .Frear, S.Chen, Anaérobie digestion of dairy manure with enhanced ammonia removal. Journal of environnement Management 86 (2008) 193-200), • Le compostage et • Des traitements biologiques.• Membrane filtration by ultrafiltration / reverse osmosis, • “stripping” of ammonia, • Evaporation / condensation, • Thermal drying, • Precipitation of struvite (This approach consists in forcing the precipitation of a complex of ammonium magnesium phosphate hexahydrate (MgNH4PO4.6H2O) called struvite, reference: S. Uludag-Demirer, GN Demirer, C. Frear, S. Chen, Anaerobic digestion of dairy manure with enhanced ammonia removal. Journal of environment Management 86 (2008) 193 -200), • Composting and • Biological treatments.
Les trois techniques les plus simples d’un point de vue opérationnel sont : la presse à vis, la centrifugeuse et le traitement biologique, suivi de près par le sécheur à bandes et le compostage. Le traitement biologique est la première technique facile à l’opération qui réduit vraiment le contenu d’azote. Les autres techniques sont évaluées comme assez complexe à l’opération, à savoir : l’évaporation, le stripage, la filtration membranaire, le stripage combustion et la précipitation de struvite.The three simplest techniques from an operational point of view are: screw press, centrifuge and biological treatment, followed closely by the belt dryer and composting. Biological treatment is the first easy-to-operate technique that really reduces the nitrogen content. The other techniques are evaluated as quite complex to the operation, namely: evaporation, stripping, membrane filtration, combustion stripping and precipitation of struvite.
La presse à vis et la centrifugeuse présentent autant d’émissions que l’épandage. Le sécheur à bandes montre un peu moins d’émissions. La filtration membranaire, le strippage avec lavage acide, l’évaporation et la précipitation struvite, montrent beaucoup moins d’émissions grâce à la grande réduction d’ammonium dans le digestat et également à son immobilisation par baisse du pH (filtration membranaire, évaporation), par formation de sulfate d’ammonium (strippage avec lavage acide) ou une précipitation dans une phase solide (struvite précipitation).The screw press and the centrifuge have as many emissions as spreading. The belt dryer shows slightly fewer emissions. Membrane filtration, stripping with acid washing, evaporation and struvite precipitation, show much less emissions thanks to the large reduction of ammonium in the digestate and also to its immobilization by lowering of pH (membrane filtration, evaporation) , by formation of ammonium sulfate (stripping with acid washing) or precipitation in a solid phase (precipitation struvite).
La filtration membranaire, le strippage avec combustion et le traitement biologique montrent les plus grandes consommations d’électricité. Les méthodes de strippage, mais surtout l’évaporation et le séchage thermique utilisent également de la chaleur. Seule la méthode de précipitation de struvite implique une consommation non-négligeable de produits chimiques utilisés dans le processus.Membrane filtration, stripping with combustion and biological treatment show the greatest consumption of electricity. Stripping methods, but especially evaporation and thermal drying also use heat. Only the struvite precipitation method involves a significant consumption of chemicals used in the process.
Nous présentons ci-dessous une analyse économique issue du rapport final sur l’état de l’art des méthodes pour l’élimination, la concentration ou la transformation de l’azote pour les installations de biogaz agricoles de taille petite et moyenne (source « Département fédéral de l’environnement, des transports, de l’énergie et de la communication DETEC >> et « Office fédéral de l’énergie OFEN ») :We present below an economic analysis from the final state of the art report on methods for the elimination, concentration or transformation of nitrogen for small and medium-sized agricultural biogas plants (source " Federal Department of the Environment, Transport, Energy and Communication DETEC >> and "Swiss Federal Office of Energy SFOE"):
• Les frais d’épandage (fraction liquide par rampe pendillards et fraction solide par épandeur à fumier à deux hérissons verticaux) ainsi que les frais financiers concernant le stockage de ces fractions liquide / solide pour une période de 3,5 mois sont très élevés ainsi que les frais de traitement (frais financier, frais d’exploitation) et les redevances de la vente des fertilisants exportés.• The spreading costs (liquid fraction by sling ramp and solid fraction by manure spreader with two vertical hedgehogs) as well as the financial costs concerning the storage of these liquid / solid fractions for a period of 3.5 months are very high as well processing costs (financial costs, operating costs) and royalties from the sale of exported fertilizers.
• Les techniques rentables sont la presse à vis, la centrifugation et le compostage intensif, suivi de près par le sécheur à bandes, l’évaporation, et le traitement biologique. Avec la vente des produits exportés, l’évaporation, le compostage, la précipitation de struvite seraient possibles. Le sécheur à bandes n’est juste pas envisageable. Concernant celui-ci il faut noter que le produit solide du sécheur a également une valeur commerciale qui n’est pas prise en compte. Le traitement biologique et la filtration membranaire ne le seraient toujours pas. Il faut noter que les frais de chaleur ne sont pas pris en compte et seules les redevances estimées des produits exportés sont présentées, sans leurs charges.• Cost-effective techniques are the screw press, centrifugation and intensive composting, followed closely by the belt dryer, evaporation, and biological treatment. With the sale of exported products, evaporation, composting, precipitation of struvite would be possible. The belt dryer is just not an option. Regarding this it should be noted that the solid product of the dryer also has a commercial value which is not taken into account. Biological treatment and membrane filtration would still not be. It should be noted that heating costs are not taken into account and only the estimated royalties for exported products are presented, without their charges.
En conclusion, les méthodes qui permettent de réduire fortement le contenu d’azote (plus de 50%) sont la filtration membranaire, le stripage avec lavage acide, l’évaporation, la précipitation struvite et le traitement biologique. Quatre méthodes permettent de bien conserver l’azote, à savoir la filtration membranaire, le stripage avec lavage acide, l’évaporation et la précipitation struvite. Les méthodes avec lavage acide de l’air permettent de produire un engrais minéral simple ou composé. La filtration membranaire et l’évaporation produisent un concentré organo-minéral. Seul le compostage et le sécheur à bandes permettraient de produire un amendement. La précipitation struvite permet de produire un engrais minéral mais le rapport N/P n’est pas très favorable à une grande utilisation.In conclusion, the methods which make it possible to greatly reduce the nitrogen content (more than 50%) are membrane filtration, stripping with acid washing, evaporation, struvite precipitation and biological treatment. Four methods are used to conserve nitrogen, namely membrane filtration, stripping with acid washing, evaporation and struvite precipitation. Methods with acidic air washing produce a simple or compound mineral fertilizer. Membrane filtration and evaporation produce an organo-mineral concentrate. Only composting and the belt dryer would produce an amendment. Struvite precipitation makes it possible to produce a mineral fertilizer but the N / P ratio is not very favorable for great use.
En termes de consommation d’énergie la filtration membranaire, le stripage combustion et le traitement biologique sont demandeurs ; l’évaporation et le sécheur à bandes sont gourmands en énergie thermique. Au vu des grandes quantités de chaleur nécessaires pour le séchage à bandes et le faible rendement par rapport au traitement d’azote, le but envisagé du traitement, il est préférable d’utiliser ce système pour le séchage d’autres produits, comme les copeaux de bois, cultures etc. Enfin, L’énergie nécessaire pour fabriquer les produits chimiques utilisés dans les différents procédés est, sauf pour le traitement par précipitation de struvite, négligeable par rapport à la consommation en électricité et chaleur.In terms of energy consumption, membrane filtration, stripping combustion and biological treatment are demanding; evaporation and the belt dryer consume a lot of thermal energy. In view of the large amounts of heat required for belt drying and the low yield compared to nitrogen treatment, the intended purpose of treatment, it is preferable to use this system for drying other products, such as shavings wood, crops etc. Finally, the energy required to manufacture the chemicals used in the various processes is, except for the precipitation treatment of struvite, negligible compared to the consumption of electricity and heat.
Les techniques utilisées et présentées ci-dessus sont mises en oeuvre sur des digestats liquides destinés à l’épandage. Elles ne sont pas utilisées pour des jus recirculés en tête de méthaniseur.The techniques used and presented above are used on liquid digestates intended for spreading. They are not used for juices recirculated at the top of the methanizer.
Le cout de la majorité de ces techniques, qui les rendent non rentables sur des installations agricoles de moyenne puissance. A titre d’exemple, le coût de fonctionnement (pour éliminer l’ammoniac et produire des jus de dilution) peut s’avérer supérieur au coût d’achat d’eau potable. Les techniques de stripage des jus sur colonne nécessitent une centrifugation préalable, impactant fortement ΓΟΡΕΧ puis le CAPEX des installations (investissement puis et coûts énergétiques et électriques importants).The cost of the majority of these techniques, which make them unprofitable on medium power agricultural installations. For example, the operating cost (to remove ammonia and produce dilution juices) may be higher than the cost of purchasing potable water. The juice stripping techniques on a column require prior centrifugation, strongly impacting ΓΟΡΕΧ then the CAPEX of the installations (investment then and significant energy and electrical costs).
L’impact sur le caractère physico-chimique des solutions traitées, qui les rendent souvent incompatibles avec un retour sur le procédé de méthanisation. A titre d’exemple, le stripping, tel qu’il est réalisé aujourd’hui, nécessite l’ajout de base pour augmenter l’efficacité d’élimination de l’ammoniac (impact favorable d’un pH basique). Mais ces valeurs élevées de pH, obtenues à l’issue du traitement, interdisent tout retour sur le procédé de méthanisation.The impact on the physicochemical character of the treated solutions, which often make them incompatible with a feedback on the methanization process. For example, stripping, as it is carried out today, requires the addition of base to increase the efficiency of ammonia removal (favorable impact of a basic pH). However, these high pH values, obtained at the end of the treatment, prevent any return to the anaerobic digestion process.
Aucune des technologies existantes ne permet d’autre part de traiter in-situ l’ammoniac obtenu dans le procédé de méthanisation.None of the existing technologies, on the other hand, makes it possible to treat the ammonia obtained in the anaerobic digestion process in situ.
La ou les technologies proposées doivent donc être peu coûteuses et sans impact sur la nature des jus recirculés en tête de méthaniseur.The technology or technologies proposed must therefore be inexpensive and have no impact on the nature of the juices recirculated at the top of the methanizer.
OBJET DE L’INVENTIONOBJECT OF THE INVENTION
La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.The present invention aims to remedy all or part of these drawbacks.
A cet effet, la présente invention vise, selon un premier aspect, un procédé de traitement de digestat liquide sortant d’une unité de méthanisation, qui comporte :To this end, the present invention relates, according to a first aspect, to a method for treating liquid digestate leaving an anaerobic digestion unit, which comprises:
- une étape de passage d’air dans ledit digestat liquide contenu dans une cuve pour extraire au moins de l’ammoniac vers l’atmosphère de la cuve eta step of passing air through said liquid digestate contained in a tank to extract at least ammonia towards the atmosphere of the tank and
- une étape de passage de l’atmosphère de la cuve dans un laveur de gaz pour former un sel d’ammonium.- a step of passing the atmosphere of the tank through a gas washer to form an ammonium salt.
Dans des modes de réalisation, le procédé comporte une étape de réinjection du digestat après passage de l’air, vers l’entrée de l’unité de méthanisation.In embodiments, the method comprises a step of reinjecting the digestate after passage of air, towards the inlet of the methanization unit.
Dans des modes de réalisation, le procédé comporte, après l’étape de passage d’air dans le digestat, une étape de passage de biogaz dans ladite cuve pour réduire le potentiel hydrogène du digestat.In embodiments, the method comprises, after the step of passing air through the digestate, a step of passing biogas through said tank to reduce the hydrogen potential of the digestate.
La présente invention vise, selon un deuxième aspect, un dispositif de traitement de digestat liquide sortant d’une unité de méthanisation, qui comporte :The present invention relates, according to a second aspect, to a device for treating liquid digestate leaving an anaerobic digestion unit, which comprises:
- un moyen de passage d’air dans ledit digestat liquide contenu dans une cuve pour extraire au moins de l’ammoniac vers l’atmosphère de la cuve eta means for passing air through said liquid digestate contained in a tank to extract at least ammonia towards the atmosphere of the tank, and
- un moyen de passage de l’atmosphère de la cuve dans un laveur de gaz pour former un sel d’ammonium.- a means of passing the atmosphere of the tank through a gas washer to form an ammonium salt.
Dans des modes de réalisation, le dispositif comporte un moyen réinjection du digestat après passage de l’air, vers l’entrée de l’unité de méthanisation.In embodiments, the device comprises means for reinjecting the digestate after the air has passed through, towards the inlet of the methanization unit.
Dans des modes de réalisation, le dispositif comporte un moyen de passage de biogaz dans ladite cuve pour réduire le potentiel hydrogène du digestat, après de passage d’air dans le digestat.In embodiments, the device comprises means for passing biogas through said tank to reduce the hydrogen potential of the digestate, after passage of air in the digestate.
Les buts, avantages et caractéristiques particulières de ce dispositif étant similaires à ceux du procédé objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici.The aims, advantages and particular characteristics of this device being similar to those of the process which is the subject of the present invention, they are not repeated here.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
D’autres avantages, buts et caractéristiques de l’invention ressortiront de la description qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier du procédé et du dispositif de génération d’un programme d’activités physiques et sportives personnalisé et adapté, en regard des dessins annexés, dans lesquels :Other advantages, aims and characteristics of the invention will emerge from the following description of at least one particular embodiment of the method and of the device for generating a personalized and adapted program of physical and sports activities, with regard to attached drawings, in which:
- La figure 1 représente, schématiquement, une colonne à garnissage fonctionnant à contre-courant,FIG. 1 diagrammatically represents a packed column operating against the current,
- La figure 2 représente, schématiquement, un principe du laveur Venturi,FIG. 2 schematically represents a principle of the Venturi washer,
- La figure 3 représente, schématiquement, une unité de méthanisation 40 de type connu,FIG. 3 schematically represents a methanization unit 40 of known type,
- La figure 4 représente, schématiquement, un process relatif à une première étape du procédé objet de l’invention,FIG. 4 schematically represents a process relating to a first step of the process which is the subject of the invention,
- La figure 5 représente, schématiquement, un process relatif à une deuxième étape du procédé objet de l’invention,FIG. 5 schematically represents a process relating to a second step of the process which is the subject of the invention,
- La figure 6 représente, schématiquement, un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l’invention,FIG. 6 schematically represents a particular embodiment of the device which is the subject of the invention,
- La figure 7 représente, schématiquement, un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l’invention,FIG. 7 schematically represents a particular embodiment of the device which is the subject of the invention,
- La figure 8 représente, schématiquement, un réacteur de test et- Figure 8 shows, schematically, a test reactor and
- La figure 9 représente des points expérimentaux testés.- Figure 9 represents experimental points tested.
DESCRIPTION D’EXEMPLES DE REALISATION DE L’INVENTIONDESCRIPTION OF EXAMPLES OF EMBODIMENT OF THE INVENTION
On note que les figures ne sont pas à l’échelle.Note that the figures are not to scale.
Les polluants concernés par la technique de traitement par absorption sont les composés odorants et les Composés Organiques Volatils (COV) non odorants.The pollutants concerned by the absorption treatment technique are odorous compounds and non-odorous Volatile Organic Compounds (VOCs).
Concernant le traitement par absorption, l'oxydation est souvent appelée incinération. Tous les composés organiques volatils peuvent être transformés par oxydation totale en composés inorganiques. Selon la composition élémentaire du composé organique volatil à détruire, les composés formés sont soit uniquement CO2 et H2O, soit un mélange contenant CO2, H2O mais aussi les produits d'oxydation d'autres atomes (azote g NO, chloreg HCl, Sg SO2...). Ces derniers sont des polluants secondaires qu'il faut prendre en compte. Plusieurs paramètres sont importants à prendre en considération afin d'optimiser l'oxydation thermique ou catalytique pour améliorer le rendement d'épuration (taux de destruction des COV dans l'incinérateur) : présenter une forte capacité d’absorption vis à vis des composés à éliminer, posséder une viscosité faible afin de faciliter sa mise en oeuvre et de limiter les consommations énergétiques, avoir une pression de vapeur suffisamment basse afin d’éviter qu’il ne devienne lui-même un polluant, ne pas présenter de risque pour la santé et la sécurité, être inerte vis à vis des matériaux utilisés, être peu cher ou régénérable à faible coût.Regarding absorption treatment, oxidation is often called incineration. All volatile organic compounds can be transformed by total oxidation to inorganic compounds. Depending on the elementary composition of the volatile organic compound to be destroyed, the compounds formed are either only CO2 and H2O, or a mixture containing CO2, H2O but also the oxidation products of other atoms (nitrogen g NO, chlorine HCl, Sg SO2. ..). These are secondary pollutants that must be taken into account. Several parameters are important to take into account in order to optimize thermal or catalytic oxidation to improve the purification yield (rate of destruction of VOCs in the incinerator): have a high absorption capacity with respect to the compounds to eliminate, have a low viscosity in order to facilitate its implementation and limit energy consumption, have a sufficiently low vapor pressure to prevent it from becoming a pollutant itself, not to present a health risk and safety, be inert with regard to the materials used, be inexpensive or regenerable at low cost.
Concernant les différents liquides de lavage, l’eau est largement utilisée en tant que solution de lavage lorsque les composés à éliminer sont solubles ou dissociables dans l’eau, comme par exemple pour éliminer l’ammoniac, les amines, les alcools... Cependant, l’absorption à l’eau seule nécessite une très grande quantité de liquide ; c’est pourquoi un réactif chimique est très souvent ajouté afin d’éliminer les composés odorants et par conséquent d’améliorer le transfert de matière D’autres liquides de lavage, ne permettant pas la destruction des composés odorants mais pouvant améliorer le transfert de matière, peuvent également être mis en oeuvre.Concerning the various washing liquids, water is widely used as a washing solution when the compounds to be eliminated are soluble or dissociable in water, such as for example for removing ammonia, amines, alcohols, etc. However, absorption with water alone requires a very large amount of liquid; this is why a chemical reagent is very often added in order to eliminate the odorous compounds and consequently to improve the transfer of material Other washing liquids, not allowing the destruction of the odorous compounds but being able to improve the transfer of material , can also be used.
Concernant les solutions avec réactif chimique, es réactions chimiques permettant l’élimination des composés peuvent être de deux types suivant la nature des polluants :Regarding solutions with chemical reagent, chemical reactions allowing the elimination of compounds can be of two types depending on the nature of the pollutants:
- Réactions acide/base L’accélération du transfert vers la phase liquide des polluants est basée, dans un premier temps, sur leur propriété acide ou basique. En effet, les composés soufrés tels que H2S ont un caractère acide : l’ajout de soude dans le liquide de lavage entraîne la dissociation du polluant, d’où une augmentation du transfert. Les composés azotés, tels que l’ammoniac ont un caractère basique : un lavage à l’acide est alors préconisé.- Acid / base reactions The acceleration of transfer to the liquid phase of pollutants is based, first, on their acid or basic property. Indeed, sulfur compounds such as H2S have an acidic character: the addition of soda in the washing liquid leads to the dissociation of the pollutant, hence an increase in transfer. Nitrogen compounds, such as ammonia, have a basic character: washing with acid is therefore recommended.
- Réactions d’oxydation L’utilisation d’une solution oxydante va également permettre la régénération en continu de la solution de lavage par oxydation des polluants. Les oxydants les plus fréquemment rencontrés en désodorisation de gaz sont l’hypochlorite de sodium (eau de javel), l’eau ozonée, le permanganate de potassium et l’eau oxygénée. Il faut noter que l'hypochlorite de sodium dans la solution de lavage présente l'inconvénient de former, avec certains COV, des composés organo-chlorés.- Oxidation reactions The use of an oxidizing solution will also allow the continuous regeneration of the washing solution by oxidation of pollutants. The most common oxidants found in gas deodorization are sodium hypochlorite (bleach), ozonated water, potassium permanganate and hydrogen peroxide. It should be noted that sodium hypochlorite in the washing solution has the disadvantage of forming, with certain VOCs, organo-chlorinated compounds.
Concernant les autres liquides de lavage, dans le cas du traitement de composés organiques hydrophobes, d'hydrocarbures aromatiques et aliphatiques par exemple, des systèmes de lavage utilisant des solvants lourds, tels que des huiles de silicone ou du polyéthylène glycol ont été expérimentés. Après saturation, ces liquides peuvent être régénérés par distillation, distillation sous vide ou stripping à la vapeur. Les composés récupérés lors de la régénération sont concentrés et peuvent alors être récupérés ou éliminés.Concerning the other washing liquids, in the case of the treatment of hydrophobic organic compounds, of aromatic and aliphatic hydrocarbons for example, washing systems using heavy solvents, such as silicone oils or polyethylene glycol have been tested. After saturation, these liquids can be regenerated by distillation, vacuum distillation or steam stripping. The compounds recovered during regeneration are concentrated and can then be recovered or eliminated.
Concernant les différentes configurations, les technologies les plus utilisées sont les colonnes à garnissage, les tours à pulvérisation et atomisation. Notons qu’un pré-traitement des gaz est souvent nécessaire avant de les introduire dans ces contacteurs. C’est le cas par exemple de gaz poussiéreux pour lesquels un dépoussiérage préalable est nécessaire afin d’éviter le colmatage du garnissage ou d’effluents gazeux chauds qui doivent être refroidis afin d’être ramenés à des températures ambiantes favorisant la solubilité. De plus, il convient de prendre en compte le problème de corrosion lié à l’emploi de solutions acides ou oxydantes. Des matériaux plastiques, céramiques ou en acier inoxydable sont le plus souvent préconisés.Regarding the different configurations, the most used technologies are the packed columns, the spray and atomization towers. Note that a pre-treatment of the gases is often necessary before introducing them into these contactors. This is the case, for example, of dusty gases for which a preliminary dusting is necessary in order to avoid clogging of the lining or of hot gaseous effluents which must be cooled in order to be brought back to ambient temperatures promoting solubility. In addition, the corrosion problem associated with the use of acidic or oxidizing solutions should be taken into account. Plastic, ceramic or stainless steel materials are most often recommended.
Une colonne à garnissage est constituée des éléments suivants :A packed column consists of the following elements:
- une grille support de garnissage permettant de supporter le poids du garnissage et du liquide retenu sur ce dernier et assurant une distribution des liquides en bas de colonne.- a packing support grid for supporting the weight of the packing and the liquid retained on the latter and ensuring distribution of the liquids at the bottom of the column.
- une entrée de gaz.- a gas inlet.
- un système de distribution du liquide, avec redistribution s’il y a lieu.- a liquid distribution system, with redistribution if necessary.
- un dévésiculeur pour l’élimination des gouttes de liquides qui pourraient être entraînées par le gaz.- a demister for removing drops of liquids that could be entrained by the gas.
Le fonctionnement est généralement à contre-courant : le gaz est ascendant et le liquide de lavage s’écoule par gravité sur le garnissage. Le choix du garnissage, élément essentiel de ce type de contacteur, est dicté par la surface de contact offerte entre le gaz et le liquide utilisé, le calcul des pertes de charge et son prix. Les garnissages peuvent être de formes variées (anneaux, selles...), de matériaux différents (céramique, verre, métal...) et être rangés ou disposés en vrac. La figure 1 représente une colonne à garnissage 20 fonctionnant à contre-courant.Operation is generally against the current: the gas is rising and the washing liquid flows by gravity onto the lining. The choice of packing, an essential element of this type of contactor, is dictated by the contact surface offered between the gas and the liquid used, the calculation of the pressure drops and its price. The linings can be of various shapes (rings, saddles ...), of different materials (ceramic, glass, metal ...) and be stored or arranged in bulk. FIG. 1 represents a packed column 20 operating against the current.
Les colonnes à pulvérisation et atomisation Le principe de ce type de contacteur est le suivant : dans une tour vide, le traitement de gaz est réalisé par pulvérisation de la solution de lavage par un système de buses ou de dispersion à contre ou co-courant. Un des systèmes les plus performants est l’atomiseur de type Venturi. L’appareil est constitué d’un système convergent-divergent traversé par le gaz à traiter. L’apport de gaz sous pression provoque l’éclatement et l’atomisation du liquide de lavage injecté avant ou dans le col du Venturi. Contrairement aux colonnes garnies, la surface de contact gaz-liquide créée dans une colonne à vide est constituée de la multiplicité des gouttes de liquide pulvérisées dans le flux gazeux. Outre la grande surface d’échange offerte, le choix de ce contacteur est d’autant plus justifié qu’il ne produit que de faibles pertes de charge et donc des coûts de fonctionnement modérés. Cependant, ce type de colonne n’est utilisable que lorsque les composés sont très solubles dans le liquide de lavage. Notons enfin que les performances obtenues sont souvent moyennes car les gouttes ont tendance à coalescer. La figure 2 représente un principe du laveur Venturi 30.The spray and atomization columns The principle of this type of contactor is as follows: in an empty tower, the gas treatment is carried out by spraying the washing solution by a system of nozzles or of dispersion against or co-current. One of the most effective systems is the Venturi atomizer. The device consists of a convergent-divergent system through which the gas to be treated passes. The supply of pressurized gas causes the washing liquid injected before and into the venturi neck to burst and atomize. Unlike the packed columns, the gas-liquid contact surface created in a vacuum column consists of the multiplicity of drops of liquid sprayed into the gas flow. In addition to the large exchange surface offered, the choice of this contactor is all the more justified since it produces only low pressure drops and therefore moderate operating costs. However, this type of column can only be used when the compounds are very soluble in the washing liquid. Finally, note that the performance obtained is often average because the drops tend to coalesce. FIG. 2 represents a principle of the Venturi 30 washer.
L’efficacité d’un traitement de gaz par un procédé d’absorption dépend de la nature des composés, de la solution de lavage utilisée, du type de contacteur retenu et des conditions de fonctionnement.The effectiveness of a gas treatment by an absorption process depends on the nature of the compounds, the washing solution used, the type of contactor selected and the operating conditions.
Les principaux avantages de l’absorptionThe main advantages of absorption
- Adaptable à beaucoup de secteurs industriels, notamment les industries chimiques, parachimiques et pharmaceutiques, les équarrissages, les stations d’épuration d’eaux urbaines, les fabrications d’engrais organiques, etc.- Adaptable to many industrial sectors, notably the chemical, parachemical and pharmaceutical industries, rendering, urban water treatment plants, organic fertilizer manufacturing, etc.
- Bonne efficacité d’abattement (> 95 %) sur une large gamme de débits, de concentrations et de composés. Les performances d’épuration par lavage dépassent très souvent 95 %, atteignant même plus de 98 % dans de nombreux cas. De plus, il convient de noter que le domaine d’application des procédés d’absorption est très large : les débits de gaz à traiter peuvent être compris entre 1000 et 100 000 m3.h-1 et les concentrations en polluants peuvent varier de 200 mg.nr3 à 30 g.nr3 suivant le secteur d’activité. A titre d’exemple, pour les stations d’épuration d’eaux usées, les concentrations en composés azotés sont comprises entre 1 et 10 mg.nr3 et celles en composés soufrés entre 10 et 30mg.nr3, alors que pour les ateliers d’équarrissage ces concentrations sont d’environ 500 mg.nr3.- Good abatement efficiency (> 95%) over a wide range of flow rates, concentrations and compounds. Purification performance by washing very often exceeds 95%, reaching even more than 98% in many cases. In addition, it should be noted that the field of application of absorption processes is very wide: the gas flow rates to be treated can be between 1000 and 100,000 m 3 .h-1 and the concentrations of pollutants can vary from 200 mg.nr 3 to 30 g.nr 3 depending on the sector of activity. For example, for wastewater treatment plants, the concentrations of nitrogen compounds are between 1 and 10 mg.nr 3 and those of sulfur compounds between 10 and 30 mg.nr 3 , while for workshops rendering these concentrations are approximately 500 mg.nr 3 .
- Adaptable à de fortes concentrations en polluants et à de brusques variations de charge.- Adaptable to high concentrations of pollutants and to sudden load variations.
- Flexibilité et régularité de traitement- Flexibility and regularity of treatment
- Mise en route du procédé et redémarrage immédiats.- Immediate process start-up and restart.
Le principal inconvénient du traitement par absorption est son coût de fonctionnement. En effet, lorsqu’une réaction chimique est mise en oeuvre, la consommation en réactifs chimiques induit un coût non négligeable.The main disadvantage of absorption treatment is its operating cost. Indeed, when a chemical reaction is implemented, the consumption of chemical reagents induces a non-negligible cost.
Notons de plus que l’utilisation de tels produits nécessite une zone de stockage, d’où un investissement supplémentaire. En absence de réaction, il y a nécessité de réaliser une étape de régénération du liquide ce qui induit également un coût supplémentaire.Note also that the use of such products requires a storage area, hence an additional investment. In the absence of a reaction, there is a need to perform a step of regenerating the liquid, which also induces an additional cost.
Certains substrats agricoles présentent des teneurs en azote importantes. Or les substrats fortement azotés ralentissent voire inhibent le processus de méthanisation.Some agricultural substrates have high nitrogen contents. However, highly nitrogenous substrates slow down or even inhibit the methanization process.
Parmi les gisements méthanisables, il existe plusieurs sources d’azote :Among the methanisable deposits, there are several sources of nitrogen:
• l’azote minéral préférentiellement issu des urines (principalement présent dans les fumiers et lisiers) • l’azote organique issu des protéines contenues dans la matière organique.• mineral nitrogen, preferably from urine (mainly present in manure and slurry) • organic nitrogen, from proteins contained in organic matter.
Une importante partie de l’ammoniac est produit au cours des étapes de réduction de la matière organique. En fonction des conditions physico-chimiques du milieu (pH et Température) l’ammoniac se retrouve sous forme libre (NH3) ou ionisée, ion ammonium (NH4+). Chacune de ces formes possède une action inhibitrice sur le procédé de méthanisation ; néanmoins, la forme libre NH3 est reconnue comme étant la plus nocive. Cette inhibition intervient à différents stades de la réaction, et peut impacter une ou plusieurs voies métaboliques. Si la concentration en ion ammonium augmente au-delà de 3 g/l, il peut devenir inhibiteur de la réaction de méthanogénèse. On parle alors d’intoxication à l’ammoniac (NH3) ou alcalose.A significant part of the ammonia is produced during the stages of reduction of organic matter. Depending on the physicochemical conditions of the environment (pH and Temperature), the ammonia is found in free form (NH3) or ionized, ammonium ion (NH4 + ). Each of these forms has an inhibiting action on the methanization process; however, the NH3 free form is known to be the most harmful. This inhibition occurs at different stages of the reaction, and can affect one or more metabolic pathways. If the ammonium ion concentration increases above 3 g / l, it can become an inhibitor of the methanogenesis reaction. We then speak of poisoning with ammonia (NH3) or alkalosis.
• Le NH3 inhibe les bactéries acidogènes et acétogènes ; les produits d’hydrolyse s’accumulent alors (acides aminés, acides gras volatils, etc...), pouvant ainsi conduire à une chute du pH dans le digesteur, ou acidose.• NH3 inhibits acidogenic and acetogenic bacteria; hydrolysis products then accumulate (amino acids, volatile fatty acids, etc.), which can lead to a drop in pH in the digester, or acidosis.
• L’inhibition peut également intervenir au niveau de la voie de méthanogénèse, ce qui se traduit par une accumulation en acétate et une diminution du pH.• Inhibition can also occur in the methanogenesis pathway, which results in an accumulation of acetate and a decrease in pH.
L’inhibition se traduit dans tous les cas par une diminution plus ou moins importante de la quantité de biogaz produit.Inhibition results in all cases in a more or less significant reduction in the amount of biogas produced.
D’un autre côté, l’ammoniaque est à l’origine de la formation des hydrogénocarbonates, donc du pouvoir tampon du milieu de fermentation anaérobie. A pH basique, les acides gras volatils sont préférentiellement sous leur forme ionisée, atténuant ainsi leur effet inhibiteur (diffusion des AGV sous la forme non ionisée à travers les membranes cellulaires, induisant une concentration importante dans le milieu intracellulaire, créant ainsi une inhibition des microorganismes). L’ammoniaque (en deçà d’une concentration de 3 g/l) est donc à ce titre bénéfique.On the other hand, ammonia is at the origin of the formation of hydrogen carbonates, therefore of the buffering capacity of the anaerobic fermentation medium. At basic pH, volatile fatty acids are preferably in their ionized form, thus attenuating their inhibitory effect (diffusion of VFAs in non-ionized form through cell membranes, inducing a high concentration in the intracellular medium, thus creating an inhibition of microorganisms ). Ammonia (below a concentration of 3 g / l) is therefore beneficial in this respect.
Il est donc fondamental de réguler la quantité d’ammoniac (forme NH3 ou NH4+) présente dans le digesteur. Il est classiquement admis que les facteurs sur lesquels il est possible d’agir, pour réguler la concentration en ammoniac, sont :It is therefore essential to regulate the amount of ammonia (NH3 or NH4 + form ) present in the digester. It is classically accepted that the factors on which it is possible to act, to regulate the ammonia concentration, are:
• La nature des substrats introduits :• The nature of the substrates introduced:
Une matière présentant un rapport carbone sur azote (C/N) faible, et/ou un taux d’azote organique Norg élevé, conduira à des taux importants dans le méthaniseur, en raison d’une dégradation normale de ce composé azoté (processus classique de minéralisation de la matière dégradée).A material with a low carbon to nitrogen ratio (C / N), and / or a high level of organic Norg nitrogen, will lead to significant levels in the methanizer, due to normal degradation of this nitrogenous compound (classic process of mineralization of degraded material).
Une matière déjà riche en ammoniaque conduira aussi par action additive à un taux élevé dans le méthaniseur.A material already rich in ammonia will also lead by additive action to a high rate in the methanizer.
• La dilution du méthaniseur, par de l’eau fraîche, qui permet de diminuer le taux de l’ammoniaque dans le méthaniseur.• Diluting the methanizer with fresh water, which reduces the level of ammonia in the methanizer.
• La recirculation des jus de process, qui solubilisent une part importante de l’ammoniac. Sans traitement spécifique, cela conduit cependant à une augmentation de la concentration de l’ammoniaque par action additive.• The recirculation of process juices, which dissolve a significant part of the ammonia. Without specific treatment, this however leads to an increase in the concentration of ammonia by additive action.
• Le temps de séjour moyen hydraulique : plus il est important, et plus on observe une minéralisation complète de l’azote organique Norg, induisant ainsi une augmentation de la concentration de l’ammoniaque dans le méthaniseur.• The average hydraulic residence time: the greater it is, the more complete mineralization of the organic nitrogen Norg is observed, thereby inducing an increase in the concentration of ammonia in the methanizer.
• Le couple température et pH : une température de 55°C et un pH de 8 favorisent la forme NH3, nocive pour les microorganismes, alors qu’une température de 37°C et un pH inférieur à 7,4 conduisent à la famé NH4+, moins inhibitrice.• The temperature and pH couple: a temperature of 55 ° C and a pH of 8 favor the NH3 form, harmful for microorganisms, while a temperature of 37 ° C and a pH below 7.4 lead to the famous NH4 + , less inhibitory.
La stabilité d’un digesteur anaérobie dépend donc du contrôle de la concentration de l’ammoniaque.The stability of an anaerobic digester therefore depends on controlling the concentration of ammonia.
La présente invention vise àThe present invention aims to
- Pouvoir utiliser des substrats présentant un déséquilibre sur l’azote total, dans les conditions d’un procédé voie épaisse (forte siccité et température élevée). Cela permettrait, d’une part le développement de ce type de procédé, d’autre part d’ouvrir le marché actuel à de nombreux substrats/déchets pour l’instant peu utilisés dans ces procédés (car entraînant une inhibition à l’ammoniaque). Cela réduirait (voire éliminerait) aussi l’utilisation d’eau de dilution mise en oeuvre sur les procédés actuels, minimisant fortement les rejets « aqueux » en sortie de méthaniseur. Les deux avantages précités sont de nature à favoriser le développement des procédés de méthanisation en voie épaisse, au niveau régional mais aussi national.- Being able to use substrates with an imbalance in total nitrogen, under the conditions of a thick process (high dryness and high temperature). This would allow, on the one hand the development of this type of process, on the other hand to open the current market to many substrates / waste for the moment little used in these processes (because resulting in an ammonia inhibition) . This would also reduce (or even eliminate) the use of dilution water used in current processes, greatly minimizing "aqueous" discharges from the methanizer outlet. The two aforementioned advantages are likely to favor the development of anaerobic digestion processes on a thick gauge, at regional but also national level.
Maîtriser le taux de fertilisants (notamment l’azote) lorsque le produit (digestat ou jus de presse) est utilisé en épandage agricole.Control the rate of fertilizers (especially nitrogen) when the product (digestate or press juice) is used in agricultural spreading.
Améliorer la qualité du produit issus du méthaniseur afin d’élargir les destinations des produits sortants comme engrais commerciaux.Improve the quality of the product from the methanizer in order to widen the destinations of outgoing products as commercial fertilizers.
L’élimination et le contrôle de l’ammoniac proposés ici concerne les jus circulés en tête de méthaniseur, utilisés pour diluer les substrats mis en oeuvre.The elimination and control of the ammonia proposed here relates to the juices circulating at the top of the methanizer, used to dilute the substrates used.
Traitement externe de l’ammoniac sur les jus de recirculationExternal treatment of ammonia on recirculation juices
En entrée de méthanisation les intrants sont obligatoirement dilués afin d’atteindre un taux de matière sèche optimal en fonction de la technologie choisie (voie liquide / voie épaisse). L’objectif étant d’utiliser le moins d’eau fraîche possible, il s’agit de recirculer au maximum les jus produit après séparation de phase du digestat brut en sortie de méthanisation.At the start of anaerobic digestion, the inputs must be diluted in order to reach an optimal dry matter rate depending on the technology chosen (liquid route / thick route). The objective being to use as little fresh water as possible, it is a question of recirculating as much as possible the juices produced after phase separation of the raw digestate at the outlet of methanization.
Les unités de méthanisation sont le plus souvent confrontées aux problématiques suivantes :Anaerobic digestion units are most often faced with the following problems:
• Inhibition progressive de la digestion anaérobie causée par la recirculation de la fraction liquide ;• Progressive inhibition of anaerobic digestion caused by the recirculation of the liquid fraction;
• Conservation des éléments fertilisants dont le principal est l'azote.• Conservation of nutrients, the main one being nitrogen.
La figure 3 représente une unité de méthanisation 40 de type connu.FIG. 3 represents a methanization unit 40 of known type.
Pour contrecarrer ce problème, le traitement de la fraction liquide du digestat est le plus souvent indispensable afin de limiter son caractère inhibiteur, notamment dû aux concentrations en ions ammonium (NH4+) souvent trop élevées. Cette fraction liquide ne doit pas impacter les réactions biologiques qui interviennent dans le processus de méthanisation. L’objectif est aussi d’extraire les composés fertilisants qu’elle contient afin de pouvoir les valoriser au mieux.To counteract this problem, the treatment of the liquid fraction of the digestate is most often essential in order to limit its inhibitory nature, in particular due to the concentrations of ammonium ions (NH4 + ) often too high. This liquid fraction must not impact the biological reactions which intervene in the methanisation process. The objective is also to extract the fertilizing compounds it contains in order to be able to make the most of them.
Le procédé proposé consiste à éliminer l’ammoniac contenu dans les digestats liquides tout en créant un produit à valeur ajoutée selon les étapes suivantes :The proposed process consists in eliminating the ammonia contained in the liquid digestates while creating a value-added product according to the following steps:
Etape 1, figure 4 :Step 1, Figure 4:
a) Déplacer l’équilibre NH4+ (aq) θ NH3g en faveur de l’ammoniac (forme gazeuse) grâce à des conditions opératoires optimales (température et pH) ;a) Shift the NH4 + (aq) θ NH3g balance in favor of ammonia (gaseous form) thanks to optimal operating conditions (temperature and pH);
b) Injection d’air dans les jus par bullage ;b) Air injection into the juices by bubbling;
c) Valorisation de l’ammoniac par stripping avec de l’eau acide.c) Recovery of ammonia by stripping with acidic water.
A noter, que le dispositif proposé pourra nécessiter un apport thermique afin de chauffer les jus pour se placer dans les meilleures conditions opératoires possible. L’injection d’air dans le digestat liquide provoque une augmentation de pH induite par la désorption du dioxyde de carbone initialement dissous. Ne pouvant pas faire recirculer des jus trop basiques qui pourraient inhiber les premières étapes de la méthanisation, le pH des jus doit être abaissé avant de pouvoir être utilisé en tant que diluant.Note that the proposed device may require thermal input in order to heat the juices in order to be placed in the best possible operating conditions. The injection of air into the liquid digestate causes an increase in pH induced by the desorption of the initially dissolved carbon dioxide. Not being able to recirculate too basic juices which could inhibit the first stages of anaerobic digestion, the pH of the juices must be lowered before they can be used as a diluent.
Etape 2, figure 5 :Step 2, Figure 5:
d) Injection de biogaz avec des concentrations d’environ 55% de méthane et 45% de dioxyde de carbone ;d) Injection of biogas with concentrations of around 55% methane and 45% carbon dioxide;
e) Retour des jus traités en tête de méthanisation afin de diluer les intrants.e) Return of the treated juices at the top of anaerobic digestion to dilute the inputs.
Cette étape permet de dissoudre le CO2 contenu dans le biogaz ce qui entraîne une chute du pH. Le biogaz sortant a donc une faible concentration en dioxyde de carbone mais une grande proportion de méthane. Cet aspect du procédé est un réel atout car quel que soit le type de valorisation du biogaz mis en place, le mieux est d’avoir un taux de méthane le plus élevé possible.This step dissolves the CO2 contained in the biogas, which causes the pH to drop. The outgoing biogas therefore has a low carbon dioxide concentration but a large proportion of methane. This aspect of the process is a real advantage because whatever the type of biogas recovery implemented, the best is to have the highest possible methane content.
Ainsi, en sortie de traitement, le digestat liquide voit sa concentration en ammonium considérablement réduite, ne posant plus de problème de recirculation et permettant donc de limiter les quantités d’eau fraîche à apporter afin de diluer les intrants.Thus, at the end of treatment, the liquid digestate sees its ammonium concentration considerably reduced, no longer posing a recirculation problem and therefore making it possible to limit the quantities of fresh water to be brought in to dilute the inputs.
D’autre part, le procédé permet d’obtenir du sulfate d’ammonium ou du phosphate d’ammonium qui sont des engrais utilisables en agriculture. La création de ces sous-produits permet de stabiliser l’azote ce qui le rend moins volatile et réduit donc le risque de volatilisation lors de l’épandage.On the other hand, the process makes it possible to obtain ammonium sulphate or ammonium phosphate which are fertilizers usable in agriculture. The creation of these by-products stabilizes the nitrogen, which makes it less volatile and therefore reduces the risk of volatilization during spreading.
De plus, la réglementation vise à introduire trois nouveaux produits dans la norme des engrais NF U42-001-1 (engrais minéraux) dont les solutions de sulfate et phosphate d’ammonium. Le procédé de traitement proposé permet donc de créer un nouveau produit qui devrait être bientôt commercialisable.In addition, the regulations aim to introduce three new products into the fertilizer standard NF U42-001-1 (mineral fertilizers) including ammonium sulfate and phosphate solutions. The proposed treatment process therefore makes it possible to create a new product which should soon be marketable.
Les schémas process relatifs à ces deux étapes sont présentés en figures 4, étape 1, référencée 60 et figure 5, étape 2, référencée 80.The process diagrams relating to these two steps are presented in Figures 4, step 1, referenced 60 and Figure 5, step 2, referenced 80.
Le procédé de traitement de l’ammoniaque proposé ici ne nécessite pas d’ajout de réactifs dans les jus à traiter. Il permet d’éliminer l’ammoniac sans modification de pH, autorisant ainsi une importante recirculation sur les procédés infiniment mélangés.The ammonia treatment process proposed here does not require the addition of reagents to the juices to be treated. It eliminates ammonia without changing the pH, allowing significant recirculation on the infinitely mixed processes.
Pour illustrer les avantages liés à la mise en oeuvre d’une solution de traitement de l’ammoniac, plusieurs simulations ont été réalisées à partir d’outils de dimensionnement. La typologie de projet pris dans cet exemple correspond à une installation de 250 kWe/j traitant un mélange composé de fumier bovin, d’ensilage d’herbe et de déchets de céréales à hauteur de 60/30/10.To illustrate the advantages of implementing an ammonia treatment solution, several simulations were carried out using sizing tools. The project typology taken in this example corresponds to a 250 kWe / d installation treating a mixture of cattle manure, grass silage and cereal waste up to 60/30/10.
Dans le tableau ci-dessous, le scénario 1 correspond au mode de fonctionnement de base, d’une unité fonctionnant avec ajout d’eau et concentration en NH4+ dans le méthaniseur de 2,75 g.L’1. Comme le montre les scénarios 2 et 3, l’augmentation de siccité en entrée de digestion induit une augmentation important du taux de NH4+ dans le milieu, proche des seuils d’inhibition.In the table below, scenario 1 corresponds to the basic operating mode, of a unit operating with the addition of water and concentration of NH4 + in the methanizer of 2.75 g.L ' 1 . As shown in scenarios 2 and 3, the increase in dryness at the start of digestion induces a significant increase in the level of NH4 + in the medium, close to the inhibition thresholds.
Le scénario 7 correspond à un fonctionnement favorable trouvé entre la siccité en entrée, le taux de recirculation et le taux de traitement de l’ammoniac. En effet avec ces paramètres de fonctionnement, l’apport d’eau annuel devient nul, le taux de NH4+ en sortie de digestion est acceptable (2,63 g.L’1). L’impact sur les volumes est amélioré d’environ 30% pour le méthaniseur et de 50% pour la cuve stockage de jus de presse.Scenario 7 corresponds to a favorable functioning found between the input dryness, the recirculation rate and the ammonia treatment rate. Indeed, with these operating parameters, the annual water supply becomes zero, the rate of NH4 + at the outlet of digestion is acceptable (2.63 g.L ' 1 ). The impact on volumes is improved by around 30% for the methanizer and by 50% for the press juice storage tank.
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La réduction des volumes de méthanisation et de stockage peut entraîner une diminution de 15 % de l’investissement à réaliser pour construire une unité de méthanisation.Reducing anaerobic digestion and storage volumes can lead to a 15% reduction in the investment to be made to build a methanation unit.
Concernant le traitement des jus de recirculation, le procédé objet de l’invention permet de diminuer fortement les quantités d’eau introduite, ainsi que les quantités de jus à épandre (et ainsi minimiser les coûts induits). Il n’altère pas la nature des produits recirculés sur le procédé de méthanisation.With regard to the treatment of recirculation juices, the process which is the subject of the invention makes it possible to greatly reduce the quantities of water introduced, as well as the quantities of juice to be spread (and thus minimize the costs incurred). It does not alter the nature of the products recirculated on the methanisation process.
L’optimisation du traitement de l’ammoniac sur les jus de recirculation comporte d’optimiser le traitement de l’ammoniac sur les jus de recirculation, en fonction des caractéristiques des jus, et d’optimiser les quantités d’air et de biogaz injectés, avec étude des conditions opératoires.Optimizing the treatment of ammonia on recirculating juices involves optimizing the treatment of ammonia on recirculating juices, depending on the characteristics of the juices, and optimizing the quantities of air and biogas injected , with study of the operating conditions.
Trois applications sont identifiées :Three applications are identified:
• L’agricole individuel de petite taille, ou l’approche des constructeurs allemands convainc le plus (on se limite à la fourniture des équipements et à la gestion des travaux, ce qui permet de proposer des prix bas).• The small individual farmer, or the approach of German manufacturers, is the most convincing (we are limited to the supply of equipment and the management of works, which makes it possible to offer low prices).
• L’agricole individuel de moyenne taille (souvent mené par des « agro managers ») et le petit collectif.• The medium-sized individual farmer (often led by "agro managers") and the small collective.
• Les projets collectifs territoriaux et les projets de méthanisation d’ordures ménagères et de boues.• Collective territorial projects and anaerobic digestion of household waste and sludge.
La réduction des volumes de méthanisation et de stockage va entraîner une diminution de 15 % de l’investissement à réaliser pour construire une unité de méthanisation (réduction du CAPEX).The reduction in anaerobic digestion and storage volumes will lead to a 15% reduction in the investment to be made to build an anaerobic digestion unit (reduction in CAPEX).
Les essais déjà réalisés ont été portés sur l’étape d’injection d’air dans les digestats afin d’éliminer l’ammoniac présentant dans les digestats, ce qui entraîne également une désorption du CO2 dissous.The tests already carried out were carried out on the step of injecting air into the digestates in order to remove the ammonia present in the digestates, which also results in a desorption of the dissolved CO2.
Ce traitement peut-être appliquer sur les digestats liquides provenant d’unité de méthanisation en voie liquide ou épaisse. Ces digestats liquides étant obtenus après une étape de séparation de phase, comme dans le dispositif 100 illustré en figure 6.This treatment can be applied to liquid digestates coming from an anaerobic digestion unit in liquid or thick way. These liquid digestates being obtained after a phase separation step, as in the device 100 illustrated in FIG. 6.
Selon la siccité de la matière présente dans le post-digesteur, le traitement pourrait s’appliquer directement sur le digestat brut, comme dans le dispositif 120 illustré en figure 7.Depending on the dryness of the material present in the post-digester, the treatment could be applied directly to the raw digestate, as in device 120 illustrated in FIG. 7.
Le taux de matière sèche de la matière à traiter pourrai donc atteindre jusqu’à 17%.The dry matter content of the material to be treated may therefore reach up to 17%.
Matériel et méthode :Material and method :
Tous les essais ont été réalisés dans un réacteur 140 en verre avec double enveloppe, tel qu’illustré en figure 8, (représentant la géométrie d’une cuve industrielle pouvant être chauffée). Une quantité de digestat liquide est introduite dans le réacteur. Le débit d’air est réglé en fonction du volume de digestat liquide à traiter afin d’obtenir le rapport Q/V souhaité. La température dans la double enveloppe est suivie tout au long des essais ainsi que le pH des digestats liquides (mesure avec sonde température). Différents prélèvement sont réalisés pendant les 32 heures d’essai.All the tests were carried out in a glass reactor 140 with double jacket, as illustrated in FIG. 8, (representing the geometry of an industrial tank which can be heated). A quantity of liquid digestate is introduced into the reactor. The air flow is adjusted according to the volume of liquid digestate to be treated in order to obtain the desired Q / V ratio. The temperature in the double jacket is monitored throughout the tests as well as the pH of the liquid digestates (measurement with temperature probe). Different samples are taken during the 32 hours of testing.
Les conditions testées sont :The conditions tested are:
Température de traitement allant de 25 à 55°CProcessing temperature from 25 to 55 ° C
Rapport Q/V (débit d’air injecté sur volume de digestat à traiter) de 0,022 à 0,135 Lair/mLdigestat liquide.Q / V ratio (flow of air injected over volume of digestate to be treated) from 0.022 to 0.135 Lair / mL liquid digest.
Des points expérimentaux 160 mis en oeuvre sont représentés en figure 9.Experimental points 160 used are represented in FIG. 9.
Les gammes de température et de Q/V sont de :The temperature and Q / V ranges are:
25à60°C25à60 ° C
0,020 à 0,200 Lair/mL de digestat à traiter.0.020 to 0.200 Lair / mL of digestate to be treated.
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