caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

44
1 Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au cours du compostage de déchets organiques en taille réelle - Application à l’expertise et l’optimisation de procédés - G.Debenest Travaux de F.Hénon, A.Pujol

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Page 1: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

1

Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au cours du compostage de déchets

organiques en taille réelle - Application à l’expertise et l’optimisation de procédés -

G.DebenestTravaux de F.Hénon, A.Pujol

Page 2: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

2

Objectif principal de l’étude

Comprendre l’influence des écoulements gazeux sur un procédé de compostage à l’échelle industrielle

Diagnostiquer l’efficacité des systèmes d’aération

des plates-formesindustrielles

Optimiser les systèmesd’aération des plates-formes Industrielles

Page 3: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

3

Mécanismes réactionnels du compostage

Matière organique solidecontenue dans le massif de déchet

CO2 H2OChaleur

Carbone organique dissouten phase aqueuse

(polymères ou monomères)

Hydrolyse

Micro-organismesOxygène dissouten phase aqueuse

Dégradation aérobie

Écoulementsgazeux

Page 4: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

4

Rôle de l’écoulement gazeux dans le compostage

Écoulement gazeux(forcé ou naturel)

advection / dispersion / convection thermique

Micro-organismes« moteur »

du compostage

Propriétés physiquesdu substrat

(porosité, tortuosité, perméabilité)

Géométrie du réacteur(conditions aux limites)

Système d’aération(naturelle ou forcée)

Interactions d’originephysique

Températureextérieure

Température HumiditéConcentration en

oxygène

Interactions d’originethermique

Interactions d’originebiochimique

Page 5: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

5

Stratégie adoptée

Approche expérimentale Approche numérique

Développer des méthodes de caractérisation de l’écoulement et d’acquisition de données au cours d’un traitement par compostage en grandeur réelleAcquérir une base de données exploitable en terme de compréhension phénoménologique et de diagnostique du procédé

Formuler un modèle d’équations de comportement régissant les transferts de masse et de chaleur au sein d’un procédé de compostageRéaliser un modèle numérique de ces équations de comportement (modèle de compostage)

Base de donnéesexpérimentales

Modèle numérique

Résultats numériques

Calage

Confrontation

Perspectives d’optimisationdu procédé

Propositions Tests

Page 6: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

6

Procédé de compostage étudié

Massif de substrat

Système d’aération

Bouche d’évacuation

Procédé en aération positive forcée en Casier 18*4*2.5

Page 7: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

7

Échelle duCasier2-18m

solide

gaz

solide

gaz

l

Échelle duV.E.R

10cm-1m

Volumeélémentaire

Biofilm(film aqueux)

Gaz

Solide

Échelle dupore

1-10cm

Les échelles du problème

Échelle dubiofilm1-10mm

Page 8: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

8

Hypothèses fondamentales du modèle

Substrat = milieu poreux saturé en gaz

Massif de déchet (mélange boue/structurant)

Phase solide :matrice + film aqueux

contenant les micro-organismes+ les transferts

Phase gazeuse

Modèle conceptuel du déchet

solide

gaz

solide

gaz

Page 9: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

9

Constituants du gaz et équilibre local

Phase gazeuse composée de 4 constituants

O2

Vapeur H2O

CO2

N2

Equilibre thermique local entre les deux phases, solide et gazeuse

Tg = Ts = T

Page 10: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

10

Toutes les grandeurs physiques moyennées sur un V.E.R. milieu continu à l’échelle macroscopique

-phase

y

x

r

Vs -phase

ns

V

dVyxV

)(1

Moyenne intrinsèque de phase

Cours AIMP ENSEEIHT

Prise de moyenne volumique

l << l Lr0 R0<< << <<

Page 11: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

11

Modèle mathématique à l’échelle macroscopique

Cinétiques de biodégradation

Cinétique des micro-organismes

Cinétiques de consommation d’oxygène

Substrat directement biodégradable

)X()()X()(

)()X(tTbt

tMBK

tMBC,CT,μ

dt

td

B

gOOsHopt 22

2222 O

b

gOOsHoptO Mtf1TbttMBK

tMBC,CT,μ

Y

Y1R

XX

Cinétiques de dégradation du substrat organique

t

ttMHK

ttMH

TKttMBK

tMBC,CT,μ

Y

1

dt

tdMB

MH

h

b

gOOsHopt 22X

X

XX

Page 12: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

12

Substrat biodégradable après hydrolyse

Substrat inerte

Production de dioxyde de carbone

Production d’eau

Consommation de matière sèche

)(X

)(X)(

)(X)(

)()(

t

ttMHK

ttMH

TKdt

tdMH

MH

h

)(X)()(

tfTbdt

tdMI

2

2

2

22 CO

O

O

COCO MM

RPR

OH

O

O

OHOH MM

RPR

2

2

2

22

2OMSMS RCR

Page 13: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

13

Equations de transferts de masse et de chaleur

Equations de continuité pour les constituants de la phase gazeuse (i=O2, CO2, H2O)

Equations de continuité pour les constituants de la phase solide

giigiigigiggigg

gi

g RRDUt

OgHgCOgOgN 22221

Pour l’H2O

OgsHOH

OHsmR

t 22

21

sOsHOsH

22, avec

Pour la matière sèche

MSsMS Rt

1 , avec ssMSsMS

Termes réactifs

(1)

(2)

Page 14: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

14

Equation de Darcy

Equation de conservation de l’énergie

gPK

U gg

g

g

tCpT

tCpT

t

TCp

gN

igigi

N

i

gi

gig

N

igigig

iii

111

kk N

k

sksk

N

ksksk

tCpT

t

TCp

11

11

gg

N

igigigig

N

igiggg

N

igigi UCpTUCpTTUCp

iii

111

22 OOeff RHT

giiOgHOgHOgHgOgHgg

OgH

gOH RDUt

H2222

2

2

Termes réactifs

Page 15: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

15

Schémas de principe du modèle mathématique

Cinétiques de biodégradation

Températureet transferts

Equations de transferts de masse et de chaleur

Termes réactifs

Page 16: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

16

Approche expérimentale

Page 17: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

17

Volet expérimental ; campagnes 1 et 2

Traçages au CH4 :

•Plusieurs traçages avec récupération du traceur en entrée de bouche d’aspiration et sur cloche de prélèvement

Paramètres mesurés in situ :•Suivi de température Thermo-boutons

•Suivi en continu du CO2 et CH4

Type de substrat :Substrat constitué d’un mélange de boue de stationd’épuration et d’un structurant formé de déchets vertsayant déjà subi un ou plusieurs cycles de compostage.

Mélange réalisé suivant un rapport :Masse structurant

Masse boue= 1.3

Page 18: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

18

Bilans matières campagnes 1 et 2Mélange initial Mélange final Pertes

Concentration masse Concentration masse masse % de la masse initiale

Matière brute T - 97,12 - 59.36 37.76 38.9

Matière sèche % ou T 54 52.44 79 46.89 5.55 10.58

Eau % ou T 46 44.68 21 12.47 32.21 72.1

Matière organique % ou T 92 48.25 90.2 42.3 5.95 12.33

DCO mgO2/g MS ou T O2 1346 70.59 1192 55.9 14.69 20.81

CT mgC/g MS ou T C 497 26.07 472 22.13 3.93 15.08

NTK mgN/g MS ou T C 24.8 1.301 27 1.266 0.345 2.65

Mélange initial Mélange final Pertes

Concentration masse Concentration masse masse % de la masse initiale

Matière brute T - 123.2 - 83.43 39.77 32.3

Matière sèche % ou T 51 62.83 56.9 47.47 15.63 24.5

Eau % ou T 49 60.37 43.1 35.96 24.41 40.4

Matière organique % ou T 84.6 53.16 88 41.78 11.38 21.4

DCO mgO2/g MS ou T O2 1390 87.34 1371 65.08 22.25 25.5

CT mgC/g MS ou T C 518 32.55 513.9 24.4 8.15 25

NTK mgN/g MS ou T N 30.1 1.89 29 1.38 0.51 27.2

Soutenance de thèse, Rennes le 24/11/2008

Campagne 1

Campagne 2

65 à 85% du potentiel biodégradable

Bio-séchage plus important

Biodégradation plus importante

Les pré-essais respirométriques :teneur en matière biodégradablede 30 à 40% de la DCO initiale

Seulement 50 à 65% du potentielbiodégradable

Gestion du débit d’aération différentepour les deux campagnes

Page 19: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

19

Traçages campagne 2

Récupération du traceur en entrée de bouche d’aspiration

Evolution de la DTS sur SERPOT 2

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00

Temps minutes

E(t

) (m

in-1

)

E(t) - 17/04 - 380 m3/h

E(t) - 18/04 - 375 m3/h

E(t) - 19/04 - 236 m3/h

E(t) - 20/04 - 240 m3/h

E(t) - 25/04 - 260 m3/h

E(t) - 27/04 - 250 m3/h

E(t) - 30/04 - 245 m3/h

E(t) - 14/05 (1) - 245 m3/h

E(t) 14/05 (2) - 240 m3/h

Evolution de la DTS

Temps en minutes

Profils de type piston-dispersion

Evolution du temps de séjour

Evolution du volume accessible

Taux de récupération compris entre 60 et 160%

Cours AIMP ENSEEIHT

Page 20: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

20

Hypothèses de modélisation des courbes DTS

Massif de substrat

Espace supérieur de casier Réacteur parfaitement agité

Réacteur piston-dispersion

Cours AIMP ENSEEIHT

Page 21: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

21

Comparaison DTS expérimentales et modélisées

DTS 260 m3/h - jour 9

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

0,2

0 10 20 30 40 50

Temps (min)

E (

min

-1)

E expérimental E simulé

DTS 250 m3/h - jour 11

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

0,2

0 10 20 30 40 50

Temps (min)

E (

min

-1)

E expérimental E simulé

DTS 245 m3/h - jour 14

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

0,2

0 10 20 30 40 50

Temps (min)

E (

min

-1)

E expérimental E simulé

DTS 245 m3/h -jour 28

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

0,2

0 10 20 30 40 50

Temps (min)

E (

min

-1)

E expérimental E simulé

Cours AIMP ENSEEIHT

Validation du modèle

Page 22: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

22Cours AIMP ENSEEIHT

Résultats de la modélisation

Date de traçage (jour)

Débit aération (m3/h)

t1 ajusté (min)

Volume accessible au gaz (m3)

Surface accessible au gaz (m2) Pe

D ajusté (m2/s) D (m2/s)

17/04 jour1

380 531.7 12.66

287.410-4 4.310-4

18/04 jour2

375 4.125.6 10.25

201.2710-3 610-4

19/04 jour3

240 624 9.6

208.710-4 3.810-4

20/04 jour4

240 5.923.6 9.44

12.41.4210-3 6.210-4

25/04 jour9

260 6.729 11.61

207.810-4 4.210-4

27/04 jour11

250 833.3 13.33

403.210-4 210-4

30/04 jour14

245 936.75 14.7

402.910-4 210-4

14/05 jour28

245 1249 19.6

402.210-4 210-4

14/05 jour28

240 1248 19.2

362.410-4 2.110-4

3513.045.25.2418 mVmassif

Volume théorique accessible au gaz :

Portion de volume non soumiseà l’aération en début de cycle

Ouverture des pores due àla biodégradation du substrat

Homogénéisation structurelle du massifDiminution de la dispersion mécanique

Page 23: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

23

2m 2m 2m 2m 2m 2m1m 1m 1m 1m 1m 1m2m 2m 2m 2m 2m 2m1m 1m 1m 1m 1m 1m

Bâche de chargement

Onze sections transversales

70% thermoboutonsrécupérés au criblage

Mur de fond

Suivi de température campagne 1

K J I H G F E D C B A

Page 24: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

24

Sections transversales campagne 1

• comportement qualitativement symétrique

par rapport à l’axe vertical de la section

• une zone plus froide que le reste du massif (sur 50

cm de hauteur) créée par les buses d’aération

• une zone à température élevée en partie supérieure

et centrale du massif où l’activité des micro-organismes semble bien établie

• migration progressive du front chaud en partie

supérieure au cours du cycle de compostage

Comportement thermique qualitativementidentique dans toutes les sections transversales

Validation de la méthode d’acquisitionde données

Page 25: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

25

Sections longitudinales campagne 1

•Comportement thermique qualitativement identiquedans la section centrale et supérieure, mais pas dans lasection inférieure plus influencée par l’aération

•Influence modérée de la bâche de chargement

•En fin de cycle, inertie thermique en partie centrale de la surface du massif

•Zones plus chaudes où l’activité biologique démarre,en dehors de l’influence de l’aération dispersiontransversale du gaz limitée en sortie de buse

Le comportement thermique caractéristique du procédé=

Comportement dans une section transversale(loin des frontières du casier)

Homogénéité du comportement thermiquesur la longueur du casier

Page 26: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

26

Suivi de température campagne 2

68 thermoboutons placésdans le massif

8/20 récupérés pour la sectiontransversale

24/52 récupérés pour la sectionlongitudinale

Page 27: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

27

Sections transversales campagne 2

1er jourQaer=380 m3 /h

2e jourQaer=240 m3 /h

3e jourQaer=240 m3 /h

5e jourQaer=240 m3 /h

10e jourQaer=520 m3 /h

11e jourQaer=240 m3 /h

•Comportement thermique caractéristique d’un cycle de compostage dans la partie supérieure et centrale de la section

•Zone plus froide que le reste du massif crée par les buses d’aération en partie inférieure

•Augmentation du débitPropagation de la zone froide en partie supérieure de massifDispersion verticale > dispersion horizontale

•Chute naturelle de la température dans la totalité de la sectionChangement dans le comportement des micro-organismes

Page 28: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

28

12e jourQaer=240 m3 /h

13e jourQaer=240 m3 /h

19e jourQaer=240 m3 /h

24e jourQaer=240 m3 /h

28e jour après 17h00Qaer=930 m3 /h

29e jourQaer=930 m3 /h

•Accumulation thermique aux parois

•Modification du transfertthermique à la paroiDéchargement du casier voisin

Plusieurs points communs sont observésavec la première campagne

•Effet de l’augmentation de débit largement visibleRefroidissement global du massif desubstrat

Plusieurs hypothèses peuvent être avancéessur l’influence de l’aération, sur l’influence du débit, et

sur les transferts thermiques aux parois

Page 29: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

29

Conclusions sur les champs de température

Comportement thermique caractéristique du procédé peut être défini en première approximation comme étant le comportement dans une section transversale centrale

Le comportement thermique est symétrique par rapport à l’axe central d’une section transversale

Transfert thermique peu important aux parois du casier conditions limites « isolation » dans le modèle numérique

Proposition de perspectives d’optimisation du procédé : Aération plus homogène du massif

Débit d’aération moins important pour prévenir l’apparition de zones « froides »

Préchauffage de l’air avant l’entrée dans le massif

Cours AIMP ENSEEIHT

Page 30: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

30

Approche numérique

Page 31: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

31

0.65 m 1.35 m

2.5 m

Massif de substrat

F7-F9F8

F4-F6F5

F1-F3F2

1 m

1 m

Parois latérale du casier

Sol du casier

Surface du massif

Plan de symétrie

Buse d’injection

Géométrie modélisée

Comportement thermique symétrique observé expérimentalement

Page 32: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

32

Résultats de modélisation de la première campagne

Partie supérieure du massif de substrat

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Tem

péra

ture

(°C

)

F7 expé F9 expé F7-9 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h Q=600m3/h

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Tem

péra

ture

(°C

)

F7 expé F9 expé F7-9 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h Q=600m3/h

0.65 m 1.35 m

Massif de substrat

F7-F9F8

F4-F6F5

F1-F3F2

1 m

1 m

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Te

mpé

ratu

re (

°C)

F8 expé F8 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h Q=600m3/h

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Te

mpé

ratu

re (

°C)

F8 expé F8 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h Q=600m3/h

Séchage trop importantdu modèle

Séchage trop importantdu modèle

Page 33: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

33

Partie centrale du massif de substrat

0.65 m 1.35 m

Massif de substrat

F7-F9F8

F4-F6F5

F1-F3F2

1 m

1 m

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Tem

péra

ture

(°C

)

F5 expé F5 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h Q=600m3/h

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Tem

péra

ture

(°C

)

F5 expé F5 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h Q=600m3/h

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Tem

péra

ture

(°C

)

F4 expé F6 expé F4-6 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h Q=600m3/h

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Tem

péra

ture

(°C

)

F4 expé F6 expé F4-6 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h Q=600m3/h

Page 34: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

34

Partie inférieure du massif de substrat

0.65 m 1.35 m

Massif de substrat

F7-F9F8

F4-F6F5

F1-F3F2

1 m

1 m

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Tem

péra

ture

(°C

)

F2 expé F2 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h

Q=600m3/h

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Tem

péra

ture

(°C

)

F2 expé F2 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h

Q=600m3/h

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Tem

péra

ture

(°C

)

F1 expé F3 expé F1-3 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h

Q=600m3/h

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Tem

péra

ture

(°C

)

F1 expé F3 expé F1-3 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h

Q=600m3/h

Page 35: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

35

Bilan matière de SERPOT 1

Mélange initial Mélange final Pertes

Concentration masse Concentration masse masse % de la masse initiale

Matière brute T - 97,12 - 59.36 37.76 38.9

Matière sèche % ou T 54 52.44 79 46.89 5.55 10.58

Eau % ou T 46 44.68 21 12.47 32.21 72.1

Matière organique % ou T 92 48.25 90.2 42.3 5.95 12.33

DCO mgO2/g MS ou T O2 1346 70.59 1192 55.9 14.69 20.81

CT mgC/g MS ou T C 497 26.07 472 22.13 3.93 15.08

NTK mgN/g MS ou T C 24.8 1.301 27 1.266 0.345 2.65

Bilans expérimentaux Bilans numériques

Pertes MS (% de la masse initiale) 10.58 12.9

Pertes d’H2O (% de la masse initiale) 72.1 93

Campagne 1

Page 36: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

Bilan thermique à faire

TD à faire / personne

Le 2/2/2015, rendre le rapport Bilan à Mme André (N7)

Le 2/2/2015, rendre le rapport épandage à Mme Eftymiades

Maximum 10 pages.

36

Page 37: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

37

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Tem

péra

ture

(°C

)

F7 expé F9 expé F7-9 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h Q=600m3/h

0

10

20

30

40

50

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70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Tem

péra

ture

(°C

)

F7 expé F9 expé F7-9 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h Q=600m3/h

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Te

mp

éra

ture

(°C

)

F7 expé F9 expé F7-9 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h Q=600m3/h

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Te

mp

éra

ture

(°C

)

F7 expé F9 expé F7-9 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h Q=600m3/h

0.65 m 1.35 m

Massif de substrat

F7-F9F8

F4-F6F5

F1-F3F2

1 m

1 m

Séchage trop importantdu modèle

Cours AIMP ENSEEIHT

Partie supérieure du massif de substrat

Prise en compte de l’évolution de l’enthalpie de consommation d’oxygène

Page 38: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

38

0.65 m 1.35 m

Massif de substrat

F7-F9F8

F4-F6F5

F1-F3F2

1 m

1 m

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Tem

pér

atu

re (

°C)

F4 expé F6 expé F4-6 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h Q=600m3/h0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Tem

pér

atu

re (

°C)

F4 expé F6 expé F4-6 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h Q=600m3/h

Q=340m3/h

Q=240m3/h Q=600m3/h

0

10

20

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40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Te

mp

éra

ture

(°C

)

F4 expé F6 expé F4-6 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h Q=600m3/h

0

10

20

30

40

50

60

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80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Te

mp

éra

ture

(°C

)

F4 expé F6 expé F4-6 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h Q=600m3/h

Cours AIMP ENSEEIHT

Partie centrale du massif de substrat

Prise en compte de l’évolution de l’enthalpie de consommation d’oxygène

Page 39: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

39

0.65 m 1.35 m

Massif de substrat

F7-F9F8

F4-F6F5

F1-F3F2

1 m

1 m

Partie inférieure du massif de substrat

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Tem

péra

ture

(°C

)

F1 expé F3 expé F1-3 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h

Q=600m3/h

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Tem

péra

ture

(°C

)

F1 expé F3 expé F1-3 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h

Q=600m3/h

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Tem

péra

ture

(°C

)

F1 expé F3 expé F1-3 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h Q=600m3/h0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Tem

péra

ture

(°C

)

F1 expé F3 expé F1-3 num

Q=340m3/h

Q=240m3/h Q=600m3/h

Prise en compte de l’évolution de l’enthalpie de consommation d’oxygène

Cours AIMP ENSEEIHT

Page 40: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

40

Bilan matière de la première campagne

Mélange initial Mélange final Pertes

Concentration masse Concentration masse masse % de la masse initiale

Matière brute T - 97,12 - 59.36 37.76 38.9

Matière sèche % ou T 54 52.44 79 46.89 5.55 10.58

Eau % ou T 46 44.68 21 12.47 32.21 72.1

Matière organique % ou T 92 48.25 90.2 42.3 5.95 12.33

DCO mgO2/g MS ou T O2 1346 70.59 1192 55.9 14.69 20.81

CT mgC/g MS ou T C 497 26.07 472 22.13 3.93 15.08

NTK mgN/g MS ou T C 24.8 1.301 27 1.266 0.345 2.65

Bilans expérimentaux Bilans numériques

Pertes MS (% de la masse initiale) 10.58 20.5

Pertes d’H2O (% de la masse initiale) 72.1 73.5

Campagne 1

Cours AIMP ENSEEIHT

Page 41: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

41

Résultats sur l’évolution de température

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Jours

Tem

pératu

re (

°C

)

F7-9 M1 F7-9 M2 F7-9 M3 F7-9 M4 F7-9 M5 F7-9 M6

Partie supérieure du massif de substrat

Cours AIMP ENSEEIHT

0.65 m 1.35 m

Massif de substrat

F7-F9F8

F4-F6F5

F1-F3F2

1 m

1 m

Effet du retournement

Page 42: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

42

Résultats sur le bio-séchage (effet du retournement)

Cours AIMP ENSEEIHT

Modèle M1Kg H2O/m3

Modèle M3Kg H2O/m3

Sans retournement Avec retournement

Page 43: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

43

Sans retournement Avec retournement

Modèle M5 Modèle M6Kg H2O/m3 Kg H2O/m3

Page 44: Caractérisation et modélisation des écoulements gazeux au

44

Peut-on utiliser cette énergie produite par l’activité bactérienne pour autre chose????

Connaissez-vous l’ordre de grandeur de cette énergie produite???

Peut-on l’estimer????

Bien sur...