CH628007A5 - Appareil de fermentation anaerobie de matieres organiques en dispersion aqueuse pour la production de methane. - Google Patents

Description

  
 

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  REVENDICATIONS    I .    Appareil de fermentation   anaérobie    de matières organiques en dispersion aqueuse pour la production de méthane et de sousproduits organiques comportant une cuve de fermentation oblongue, munie d'orifices   d'entrée    de matières devant fermenter, de sortie de matières fermentees fluides non gazeuses et de sortie de gaz,   caractérisé    en ce que   l'axe    longitudinal de la cuve est incliné sur   l'horizontale,    l'angle d'inclinaison étant compris entre 25 et   60 .   



   2. Appareil selon la revendication 1,   caractérisé    en ce que   l'angle    d'inclinaison est compris entre 30 et   45t.   



   3. Appareil selon la revendication   I    ou 2,   caractérisé    en ce que la cuve est de forme cylindrique de revolution.



   La présente invention concerne un appareil de fermentation    anaérobie    de matières organiques en dispersion aqueuse pour la production de methane et de sous-produits organiques comportant une cuve de fermentation oblongue, munie d'orifices   d'entrée    de matières devant fermenter, de sortie de matière   fermentées    fluides non gazeuses et de sortie de gaz.



   La plupart des   réacteurs    de fermentation   anaérobie    actuellement connus ont la forme de cuves verticales ou horizontales, voire de tunnels horizontaux. Ils sont tous   hermétiquement    clos, parfois partiellement ou   entièrement      enterrés.    Dans une cuve verticale, les particules moins denses que la phase liquide s'accumulent au sommet de la masse liquide et y forment une épaisse couche ou croûte qui est redoutée parce qu'elle peut ralentir et même arrêter la fonctionnement du procédé. Les matières plus denses que la phase liquide,   spécialement    les terres, sables et substances inorganiques entraînées, se déposent au fond.

  Certaines installations comportent des conduites   d'évacuation    de ces   dépôts,    mais elles se bouchent   fréquemment.   



   Les bulles de gaz qui se forment dans la masse liquide ont un long trajet à parcourir, ce qui entrave le   dégagement    et   l'évacuation    du méthane produit par la fermentation, d'autant plus que la masse liquide est plus visqueuse, ce qui oblige à diluer la masse   considéra-    blement avec une baisse concomitante de la   productivité    de   l'installation.   



   Les   réacteurs    à cuve horizontale connus sont affectés des inconvénients précités à un moindre degré mais, par contre, ils ne permettent pas une separation efficace des sous-produits non gazeux de fermentation   selon    leur   densité.    Or, une telle separation est interessante, car on a constaté que les matières lourdes et légères que   l'on    soutire respectivement des couches   inférieure    et   supérieure    de la masse de fermentation ont peu de valeur nutritive pour la terre, mais constituent plutôt un amendement pour celle-ci, tout en se prêtant à   l'alimentation    du   detail    grâce à leur teneur en protéines, tandis que le liquide clair, appelé surnageant,

   que   l'on    soutire de la couche mediane, contient les bactéries utiles pour   l'inoculation    des matières fraîches   Åa    fermenter, et de plus a de bonnes propriétés fertilisantes pour la   vegetation    grâce à sa teneur en azote, phosphore et potassium.



   L'appareil selon   l'invention    remédie à ces   inconvénients    des réacteurs à cuve verticale ou horizontale, grâce au fait que l'axe longitudinal de la cuve est incliné sur   l'horizontale,    l'angle d'inclinaison étant compris entre 25 et 60 , de préférence entre 30 et   45 .   



   Une forme   d'exécution    de   l'invention    sera décrite plus en detail, à titre d'exemple, avec référence au dessin annexé dans lequel: la fig.   I    est une vue   schématique    d'une installation de fermentation   anaérobie    comportant la cuve de fermentation, la fig. 2 est une coupe   schématique    transversale de la cuve de fermentation, prise selon   l'axe    x-y de la fig.   1,    et la fig. 3 est une coupe transversale   schématique    partielle montrant les mouvements du liquide dans la cuve.



   Comme on le voit dans les fig.   I    et   2,    I'installation comporte un réacteur R en forme de prisme droit à base carrée, constitué d'une cuve en métal, en béton armé ou en matière plastique renforcée ou autre matière thermiquement isolante. Le reacteur R est monté sur un bâti (non   représenté)    de façon que deux   arztes    longitudinales opposées se trouvent dans un même plan vertical, par où passe également   l'axe    de la cuve,

   et que son axe longitudinal forme avec   l'horizontale    un angle   x    voisin de   45 .    Une conduite orientable E' d'admission de matières fraîches   pénètre    dans la cuve dans sa partie mediane et au voisinage de son arête   supérieure    et débouche dans la cuve à proximité de l'arête inférieure de celle-ci. Une conduite D'de sortie de surnageant,   également    orienlable, pénètre dans la partie mediane de la cuve au voisinage de son arête   inférieure    et débouche dans la cuve à proximité de l'arête supérienre de celle-ci.



   Le réacteur R est en outre muni d'une conduite A' de sortie de gaz, d'une conduite inférieure C' de sortie des particules   lourdes    qui se sont déposées dans la zone C et d'une conduite   supérieure    B' de sortie des particules légères qui se sont   accumulées    dans la zone B, en haut de la masse liquide, par   flottation.    Cette dernière conduite B' se trouve en aval d'un déversoir K qui s'étend en travers de la cuve et qui détermine le niveau atteint par le liquide et, par   conséquent,    détermine la présence d'une zone d'accumulation de gaz A dans la region du sommet de la cuve d'où part la conduite   d'évacuation    de gaz A'.



   Les conduites   B',      C'    et D' débouchent respectivement dans des bassins   d'évacuation      B",      C"    et D" et sont munies de vannes.



  L'installation comprend en outre un bassin F' recevant les matières fraîches devant fermenter F, à savoir déchets agricoles ou industriels, eaux   usées,    etc., sous forme de dispersion aqueuse, le bassin F' étant relié à la conduite E' par l'intermédiaire d'un collecteur F'', d'une pompe G, d'un   homogénéiseur    I (qui pourrait être   supprimé)    et d'un échangeur de chaleur H. Ces deux derniers dispositifs peuvent être mis hors circuit au moyen de by-pass. Le collecteur F" est également relié à la base des bassins   B",      C"    et D" au moyen de conduites munies de vannes, pour le recyclage éventuel des produits contenus dans ces reservoirs.



   Les matières fraîches sont prêtes dans le réservoir F' qui débite sur le collecteur F" dans lequel aspire la pompe G avec ou sans adduction de liquides conservés dans les reservoirs   B",      C"    et D", pompe qui refoule le substrat, avec ou sans passage dans   l'échangeur    de chaleur H et l'homogénéiseur I, à travers la conduite orientable E' dans une zone à la base E du réacteur R. Cette operation peut se faire une ou deux fois   par jour    ou davantage, et elle sera   accompagnée    d'une évacuation de fluides de même volume par la conduite orientable D' et/ou les conduites fixes B' et C'.



   Dans   l'intervalle    entre ces opérations d'alimentation, la même pompe G recyclera   l'un    de ces liquides, de préférence le surnageant provenant de la conduite D' et recueilli dans le reservoir D", ou du gaz passant par la conduite A", à travers la même conduite orientable E' dans la même zone E, avec ou sans passage par H   et/ou    I. Ce recyclage d'agiation et de chauffage pourra être continu ou intermittent. Il est possible aussi d'effectuer les opérations d'alimentation et de recyclage en commun et en continu en faisant par exemple le trajet DD - D' - D'' - G - H - (I) - E' - E et en procédant en même temps à un dosage continu et automatique de F' dans F".



   La fig. 3 montre la direction des courants à   partie    de la region E du reacteur où   debouche    la conduite   E'.    Grâce à la position du réacteur, I'espace disponible se dilate tout d'abord puis se rétrécit, si bien que les courants percutent les faces ouvrantes et fermantes du quadrilatère formt par le réacteur. 

  Il se produit donc non seulement une forte interaction des (nouvelles) matières ou bulles de gaz injectées sur celles qui occupent déjà   l'espace,    mais les forces ascensionnelles et descendantes des particules s'ajoutent à ces expansions et contractions et à   l'inclinaison    de la cuve pour impartir à chaque particule solide, liquide ou gazeuse, un mouvement tridirectionnel qui crée dans toute la masse en fermentation une infinité d'interfaces activant la   ségrégation    et la separation des particules, ainsi que leur mouvement préacquis et le recueil du gaz.  



   La disposition de la section carrée sur une arete comporte encore



  l'avantage de former, au faîte 3', un canal collecteur de gaz et, à la base 3", un canal pour les substances lourdes en voie de décantation.



   Comme on le voit sur la fig. 1, entre les zones extrêmes B et C, se trouve une zone de décomposilion à concentration degressive D entre la matiere entrante et un noyau de surnageant particulièrement aqueux DD. Le courant de gaz montant sous le faîte du reacteur refoulera les matières flottantes vers leur   exutoire    B' d'où elles pourront   etre    évacuées separement vers le bassin B" en vue de leur utilisation. La boue et les autres matières lourdes pourront   etre    extraites de la zone C sous la pression hydrostatique de la colonne de liquide vers le bassin C" en passant par la conduite C' eventuellement munie d'un dispositif de débouchage. Le surnageant sera extrait de la zone de plus grande liquidité DD à l'aide de la conduite D' vers le bassin D".

  Ainsi, chaque fluide pourra   etre    manipulé separement, mesuré, observé, analysé et utilisé selon ses propriétés spécifiques, ce qui permet, en outre, les promptes detection et correction de modifications accidentelles dans l'évolution de la fermentation.



   Le circuit hydraulique qui forme partie integrante de l'installation décrite, à savoir: l'alimentation du réacteur en matières à fermenter, I'agitation de la masse en fermentation réalisée à l'aide d'une recirculation de fluides et son chauffage avec, en complément facultatif, une homogénéisation de la biomasse, offre aux bactéries un substrat finement réparti et facile à attaquer, d'où une fermentation accélérée.



   L'injection dans la zone E se fera de maniere à épouser et amplifier les courants d'agitation ou convection regissant la fermentation. D'autre part, afin de pouvoir s'adapter à des conditions particulières de fermentation et à un possible deplacement de la zone DD au gré de ces conditions, les conduites D' et E' sont orientables ou flexibles et le tuyau E' peut avoir son extrémité munie d'un déflecteur ou autre dispositif répartiteur.



   En résumé, on voit que la geometrie spécifique du réacteur et de ses circuits hydrauliques internes cree, sans organe mobile interne, un brassage intime et tridirectionnel du substrat, le réacteur   etant    complété par un circuit hydraulique extérieur et unique d'agitation, chauffage, homogénéisation et repartition de ces matieres, agissant par recyclage d'un quelconque des fluides presents, la conjonction de ces innovations accélérant le métabolisme de fermentation et facilitant la separation de ses produits à l'intérieur   meme    du réacteur, ainsi que leurs évacuation et contrôle individuels, conduisant ainsi à un rendement accru de l'installation, à la diminution de ses dimensions,

   son coût et ses frais d'exploitation et rend possible un contrôle visuel ou automatique du fonctionnement correct et une valorisation optimale des produits et sous-produits de la fermentation.

 

   Bien que la cuve décrite soit en forme de prisme oblong à base carrée, on bénéficie des avantages de l'inclinaison de l'axe de la cuve lorsque cette derniere a des formes différentes. La forme la plus simple et la plus économique de construction est la forme cylindrique de revolution, mais d'autres formes peuvent   etre    envisagees, telles que les formes à section transversale ovale, triangulaire, parallélépi- pédique, etc.



   Bien entendu, il faut comprendre par forme de la cuve la forme de l'espace interne,   occupé    par les matières en traitement. La forme externe n'a pas d'effet sur les résultats et peut être déterminée par exemple par une couche d'isolation thermique entourant la cuve. 

Claims (3)

1. REVENDICATIONS I . Appareil de fermentation anaérobie de matières organiques en dispersion aqueuse pour la production de méthane et de sousproduits organiques comportant une cuve de fermentation oblongue, munie d'orifices d'entrée de matières devant fermenter, de sortie de matières fermentees fluides non gazeuses et de sortie de gaz, caractérisé en ce que l'axe longitudinal de la cuve est incliné sur l'horizontale, l'angle d'inclinaison étant compris entre 25 et 60 .
2. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison est compris entre 30 et 45t.
3. 3. Appareil selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que la cuve est de forme cylindrique de revolution.

   La présente invention concerne un appareil de fermentation anaérobie de matières organiques en dispersion aqueuse pour la production de methane et de sous-produits organiques comportant une cuve de fermentation oblongue, munie d'orifices d'entrée de matières devant fermenter, de sortie de matière fermentées fluides non gazeuses et de sortie de gaz.

   La plupart des réacteurs de fermentation anaérobie actuellement connus ont la forme de cuves verticales ou horizontales, voire de tunnels horizontaux. Ils sont tous hermétiquement clos, parfois partiellement ou entièrement enterrés. Dans une cuve verticale, les particules moins denses que la phase liquide s'accumulent au sommet de la masse liquide et y forment une épaisse couche ou croûte qui est redoutée parce qu'elle peut ralentir et même arrêter la fonctionnement du procédé. Les matières plus denses que la phase liquide, spécialement les terres, sables et substances inorganiques entraînées, se déposent au fond.

   Certaines installations comportent des conduites d'évacuation de ces dépôts, mais elles se bouchent fréquemment.

   Les bulles de gaz qui se forment dans la masse liquide ont un long trajet à parcourir, ce qui entrave le dégagement et l'évacuation du méthane produit par la fermentation, d'autant plus que la masse liquide est plus visqueuse, ce qui oblige à diluer la masse considéra- blement avec une baisse concomitante de la productivité de l'installation.

   Les réacteurs à cuve horizontale connus sont affectés des inconvénients précités à un moindre degré mais, par contre, ils ne permettent pas une separation efficace des sous-produits non gazeux de fermentation selon leur densité. Or, une telle separation est interessante, car on a constaté que les matières lourdes et légères que l'on soutire respectivement des couches inférieure et supérieure de la masse de fermentation ont peu de valeur nutritive pour la terre, mais constituent plutôt un amendement pour celle-ci, tout en se prêtant à l'alimentation du detail grâce à leur teneur en protéines, tandis que le liquide clair, appelé surnageant,

   que l'on soutire de la couche mediane, contient les bactéries utiles pour l'inoculation des matières fraîches Åa fermenter, et de plus a de bonnes propriétés fertilisantes pour la vegetation grâce à sa teneur en azote, phosphore et potassium.

   L'appareil selon l'invention remédie à ces inconvénients des réacteurs à cuve verticale ou horizontale, grâce au fait que l'axe longitudinal de la cuve est incliné sur l'horizontale, l'angle d'inclinaison étant compris entre 25 et 60 , de préférence entre 30 et 45 .

   Une forme d'exécution de l'invention sera décrite plus en detail, à titre d'exemple, avec référence au dessin annexé dans lequel: la fig. I est une vue schématique d'une installation de fermentation anaérobie comportant la cuve de fermentation, la fig. 2 est une coupe schématique transversale de la cuve de fermentation, prise selon l'axe x-y de la fig. 1, et la fig. 3 est une coupe transversale schématique partielle montrant les mouvements du liquide dans la cuve.

   Comme on le voit dans les fig. I et 2, I'installation comporte un réacteur R en forme de prisme droit à base carrée, constitué d'une cuve en métal, en béton armé ou en matière plastique renforcée ou autre matière thermiquement isolante. Le reacteur R est monté sur un bâti (non représenté) de façon que deux arztes longitudinales opposées se trouvent dans un même plan vertical, par où passe également l'axe de la cuve,

   et que son axe longitudinal forme avec l'horizontale un angle x voisin de 45 . Une conduite orientable E' d'admission de matières fraîches pénètre dans la cuve dans sa partie mediane et au voisinage de son arête supérieure et débouche dans la cuve à proximité de l'arête inférieure de celle-ci. Une conduite D'de sortie de surnageant, également orienlable, pénètre dans la partie mediane de la cuve au voisinage de son arête inférieure et débouche dans la cuve à proximité de l'arête supérienre de celle-ci.

   Le réacteur R est en outre muni d'une conduite A' de sortie de gaz, d'une conduite inférieure C' de sortie des particules lourdes qui se sont déposées dans la zone C et d'une conduite supérieure B' de sortie des particules légères qui se sont accumulées dans la zone B, en haut de la masse liquide, par flottation. Cette dernière conduite B' se trouve en aval d'un déversoir K qui s'étend en travers de la cuve et qui détermine le niveau atteint par le liquide et, par conséquent, détermine la présence d'une zone d'accumulation de gaz A dans la region du sommet de la cuve d'où part la conduite d'évacuation de gaz A'.

   Les conduites B', C' et D' débouchent respectivement dans des bassins d'évacuation B", C" et D" et sont munies de vannes.

   L'installation comprend en outre un bassin F' recevant les matières fraîches devant fermenter F, à savoir déchets agricoles ou industriels, eaux usées, etc., sous forme de dispersion aqueuse, le bassin F' étant relié à la conduite E' par l'intermédiaire d'un collecteur F'', d'une pompe G, d'un homogénéiseur I (qui pourrait être supprimé) et d'un échangeur de chaleur H. Ces deux derniers dispositifs peuvent être mis hors circuit au moyen de by-pass. Le collecteur F" est également relié à la base des bassins B", C" et D" au moyen de conduites munies de vannes, pour le recyclage éventuel des produits contenus dans ces reservoirs.

   Les matières fraîches sont prêtes dans le réservoir F' qui débite sur le collecteur F" dans lequel aspire la pompe G avec ou sans adduction de liquides conservés dans les reservoirs B", C" et D", pompe qui refoule le substrat, avec ou sans passage dans l'échangeur de chaleur H et l'homogénéiseur I, à travers la conduite orientable E' dans une zone à la base E du réacteur R. Cette operation peut se faire une ou deux fois par jour ou davantage, et elle sera accompagnée d'une évacuation de fluides de même volume par la conduite orientable D' et/ou les conduites fixes B' et C'.

   Dans l'intervalle entre ces opérations d'alimentation, la même pompe G recyclera l'un de ces liquides, de préférence le surnageant provenant de la conduite D' et recueilli dans le reservoir D", ou du gaz passant par la conduite A", à travers la même conduite orientable E' dans la même zone E, avec ou sans passage par H et/ou I. Ce recyclage d'agiation et de chauffage pourra être continu ou intermittent. Il est possible aussi d'effectuer les opérations d'alimentation et de recyclage en commun et en continu en faisant par exemple le trajet DD - D' - D'' - G - H - (I) - E' - E et en procédant en même temps à un dosage continu et automatique de F' dans F".

   La fig. 3 montre la direction des courants à partie de la region E du reacteur où debouche la conduite E'. Grâce à la position du réacteur, I'espace disponible se dilate tout d'abord puis se rétrécit, si bien que les courants percutent les faces ouvrantes et fermantes du quadrilatère formt par le réacteur.

   Il se produit donc non seulement une forte interaction des (nouvelles) matières ou bulles de gaz injectées sur celles qui occupent déjà l'espace, mais les forces ascensionnelles et descendantes des particules s'ajoutent à ces expansions et contractions et à l'inclinaison de la cuve pour impartir à chaque particule solide, liquide ou gazeuse, un mouvement tridirectionnel qui crée dans toute la masse en fermentation une infinité d'interfaces activant la ségrégation et la separation des particules, ainsi que leur mouvement préacquis et le recueil du gaz. **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.