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30 OCTOBRE 2013

VALORISATION ÉNERGÉTIQUE DES BOUES DE STATIONS D’ÉPURATION

Présenté par : Mme S.M- HALOUANI

I. Présentation de la digestion anaérobie des boues

II. Principe de fonctionnement du digesteur

III. Les technologies.

IV. Etude de cas – station d’épuration de la ville de Annaba.

V. Exploitation et contrôle de la digestion

VI. Conclusion.

SOMMAIRE

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I. LA DIGESTION ANAEROBIEGENERALITES

La digestion anaérobie, ou biométhanisation , est un processus biologique naturel de décomposition de la matière organique par des microorganismes (bactéries) qui s’activent dans des conditions anaérobiques, c’est-à-dire sans oxygène. Ce processus se déroule dans un bioréacteur fermé. La digestion de la matière organique génère à la fois du biogaz et un résidu solide appelé digestat . Cette filière de valorisation de la matière organique peut donc produire de l’énergie renouvelable et du compost.

QU’EST-CE QUE LA DIGESTION ANAÉROBIE ?

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MÉCANISMES DE LA DIGESTION

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Une énergie renouvelable: Le Biogaz Un amendement agronomique utilisé comme fertilisant

Effluents organiques

Biogaz

Digestat

(Substitut d’engrais)

Électricité renouvelable

Chaleur renouvelable

Digestion par des bactéries dans un réacteur

PROCÉDÉ BIOLOGIQUE VALORISANT LES MATIÈRES ORGANIQUES SOUS FORME :

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QUEL TYPE DE DIGESTION ANAÉROBIE ?

3 types principaux en fonction de la T°C:

La digestion anaérobie psychrophile : température de 10 à 25°C.

La digestion anaérobie mésophile : température de 25 à 45°C.

La digestion anaérobie thermophile : température de 45 à 65°C.

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PLACE DANS LA CHAÎNE DE TRAITEMENT DES BOUES

Premier maillon du traitement, après décantation, voire épaississement

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QUELS SERONT LES TYPES DE BOUES DIGÉRÉES ?

Alimentation des digesteurs par: Un Mélange de Boues Primaires et /ou de Boues Secondaires. Avec des concentrations suffisantes :

Moyenne : 40 à 50 g/l Optimum : 55 à 65 g/l

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II. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU DIGESTEUR

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III. LES TECHNOLOGIES

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A simple étage : un digesteur chauffé et brassé. A double étage : chaîne de digestion composée de:

Digesteur primaire chauffé et brassé; Digesteur secondaire non chauffé et brassé.

Séquentiellement ayant comme rôle de : Stocker les boues avant déshydratation; Supporter la cloche gazométrique; Achever le dégazage des boues.

DIGESTION À SIMPLE OU DOUBLE ÉTAGES

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FORME DES DIGESTEURS

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IV. ETUDE DE CAS :

STATION D’ÉPURATIONDE LA VILLE D’ANNABA

CARACTÉRISTIQUES DE LA STATION

DONNÉES DE BASESCapacité de traitement : 580 700 E.H Volume journalier : 83 620 m3/j Charge journalière en DBO5 : 34 842 Kg/j

Filière eaux : Prétraitement (dégrillage, dessablage-

déshuilage) Décanteurs primaires Traitement biologique

Filière boues : Epaississement Digestion anaérobie Déshydratation

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FILIÈRES DE TRAITEMENT

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PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA STEP

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DONNEES TECHNIQUES DES DIGESTEURS

Deux cuves cylindriques en béton; Hermétiques pour permettre la fermentation;Chauffées à 35 ± 1 °C;Le contenu est brassé pour :

Éviter formation de croûte en surface ;Assurer un bon dégazage;Éviter la sédimentation des matières;Homogénéiser le mélange;

PH maintenu à 6.5 – 8; AGV/TAC < à 0.3;Les substrats y restent en moyenne 12 jours;La charge volumique du digesteur = 1.2 à 3 Kg MVS/m3/j;Rendement d’élimination des MVS = 48 % à 50%.

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DONNEES TECHNIQUES DES DIGESTEURS

Deux cuves cylindriques en béton; Hermétiques pour permettre la fermentation;Chauffées à 35 ± 1 °C;Le contenu est brassé pour :

Éviter formation de croûte en surface ;Assurer un bon dégazage;Éviter la sédimentation des matières;Homogénéiser le mélange;

PH maintenu à 6.5 – 8; AGV/TAC < à 0.3;Les substrats y restent en moyenne 12 jours;La charge volumique du digesteur = 1.2 à 3 Kg MVS/m3/j;Rendement d’élimination des MVS = 48 % à 50%.

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Principaux paramètres de conception de la digestion

Caractéristiques des boues entrée digestionCaractéristiques du digesteurCaractéristiques des boues en sortie digestionBilan GazChauffage du digesteur

DIMENSIONNEMENT

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Caractéristiques des boues entrée digestion Unité Valeur

Débit journalier de boues entrée digestion Kg de MS/J 23 104

Concentration g/l 70

Fraction volatile % de MV/MS 66.4

Caractéristiques du digesteur Unité Valeur

Nombre de digesteur U 2

Volume du digesteur m 3 3 090

Temps de séjour des boues J 12

Température des boues ° C 35

I. DIGESTEUR

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Caractéristiques des boues en sortie digestion Unité Valeur

Taux de réduction moyen des MV % 55

Fraction volatile des boues digérées % de MV/MS 47

Flux MEST sortie digestion Kg/J 14 684

Concentration MES en sortie de digestion g/l 44

Durée d’extraction h/J 8

Débit d’extraction m3/h 42

Bilan Gaz Unité Valeur

Production de gaz par Kg de MV détruite Nm3/Kg de MV détruite 1.5

Production journalière de gaz Nm3/J 7 503

Débit horaire Nm3/h 312

Pouvoir calorifique du gaz KJ /Nm3 22 818

SUITE - DIGESTEUR

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Chauffage du digesteur Unité Valeur

Température des boues entrantes °C 15

Besoins totaux à fournir au digesteur KW 636

Capacité maximale retenue d’une chaudière KW 850

Capacité thermique totale du gaz KW 6 338

Consommation par les chaudières pour le chauffage des boues

KW 813

Reste (vers torchère) KW 5 525

II. CHAUFFAGE DES BOUES

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V. EXPLOITATION ET CONTRÔLE DE LA DIGESTION

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Diminution de la production de biogaz et augmentation du pourcentage de CO2;

Augmentation du rapport AGV/TAC; Mauvaise déshydratation : collage sur les toiles de filtration; Les boues deviennent malodorantes : odeurs;Maintenir la concentration des boues fraîches la plus élevée possible (≥ 33g/l);Excès de charge hydraulique diminution de la concentration en bactéries méthanogènes;S’assurer que la température est constante dans le digesteur pas de passage préférentiel;Contrôle de l’efficacité du dessableur (pouvoir de coupure).

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VI. CONCLUSION

Réduction de la masse (matières sèches) des boues à éliminer : de 35 à 40 % MS – 40 à 50 % MV ;

Stabilisation de la matière organique :

Boues moins malodorantes que les boues fraîches; Amélioration des conditions de travail; Réduction des nuisances olfactives.

Production d’énergie valorisable : biogaz ;

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ATOUTS DE LA DIGESTION

Production d’un amendement agronomique;

Diminution de la concentration en germes pathogènes (10 à 100 fois inférieure) : technique d’hygiénisation .

Une économie sur :

les coûts de transport des boues;le dimensionnement des équipements (centrifugeuses, filtres, etc.);le conditionnement des boues (réactifs, électricité);Production de biogaz, énergie renouvelable.

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ATOUTS DE LA DIGESTION

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Risque d’explosion des digesteurs et du gazométre

Contraintes d’exploitation :Suivi rigoureux du process de fonctionnement par personnel qualifiés

Retours en tête de station des surnageants à traiter Coûts d'investissement : Investissement : 50 000 à 120 000 Da/tMS, selon la taille de la STEP Exploitation : 2 000 à 4 000 Da /tMS

INCONVÉNIENTS DE LA DIGESTION

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MERCI DE VOTRE ATTENTION