valorisation par biométhanisation des eaux usées de...
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Valorisation par biométhanisation des eaux usées de PME du secteur agro-
alimentaire (PME-TANE)
P. Henry – Cebedeau
Hydraulique industrielle Energie (Ulg Arlon) Epuration des eaux
Projet de recherche financé par le département
des programmes de recherche de la DGO6
(Région Wallonne)
PME-TANE – Energie
L’énergie dans l’eau usée … cinétique et potentielle (négligeable), chimique et thermique
PME-TANE – Energie
L’énergie chimique :
La digestion directe sur les eaux usées améliore le bilan : 85 % de l’énergie chimique de l’eau est convertie en biogaz (10 % non épurée, 5 % dans les boues)
• Energie = notion définie par ses effets : « capacité d’effectuer un travail »
• Travail : énergie libérée
• Puissance : travail par unité de temps
Unités de mesure de l’énergie :
1 kg DCO = 3,49 kWh = 3000 kcal = 12,6 kJoule
PME-TANE - Energie
Energie chimique de l’eau usée énergie chimique du biogaz énergie
thermique mécanique électrique
Transformations / Valorisation
DCO = demande chimique en oxygène = mesure de la pollution
PME-TANE – La digestion anaérobie
Eau usée
DCO
Processus bactérien
Effluent
Boues
Energie 72 %
10 %
5 %
13 %
Pertes
Chauffage digesteur - 10 % à 15 %
kWh
PME-TANE – La digestion anaérobie
+/- 3 kg DCO éliminée 1 m³ de méthane
100 à 1000 kg DCO/jour = 30 à 300 L mazout
PME-TANE – La digestion anaérobie
Les phases
PME-TANE – Epuration, quelles eaux usées ?
EAUX USEES IAA
En général ≥ 2,5 g DCO/l et température > 25 °C, OK pour la biométhanisation
secteur rejet DCO
Transformation du
lait
2 – 3 l/l lait Eaux blanches : 2 – 5 g/l
Lactosérum : 60 – 75g/l
brasseries 4 – 7 l/l bière 2 – 7 g/l
Fruits et Légumes 10 – 20 m³/tmp 5 – 10g/l
Viande 5 – 10 m3/tpf 3 – 8 g/l
Poissons 2 – 40 m3/tmp 2 – 6 g/l
PME-TANE – Quelle technologie d’épuration choisir ?
• Boue activée ?
1kWh consommé/kg DCO éliminée
0,30 kg boues/kg DCO éliminée
Epuration aux normes (DCO, N et P)
• Digestion anaérobie ?
3,5kWh biogaz produit/kg DCO éliminée
0,05 kg boues/kg DCO éliminée
Effluent hors normes (> 500 mg DCO/L, pas d’épuration sur N et P) finition
PME-TANE - Quelle technologie d’Epuration choisir ?
PME-TANE – Epuration Projet de réacteur - principe
• Base conceptuelle : simplicité, robustesse et coût
• Base technologique : ABR
Evolution vers un ABR hybride : lit de boue + granules + biomasse fixée
PME-TANE – Epuration Projet de réacteur - principe
Unité pilote, ABR hybride
PME-TANE – Epuration Projet de réacteur - principe
PME-TANE – Epuration Axes de recherche
Charge volumique 10 à 25 kg DCO/m³.jour et 90 % élimination de la DCO.
• Hydraulique
• Supports
• Granulation
• Clarification
• Isolation
• Chauffage
• Valorisation du biogaz
Répartition – régime hydraulique (piston) – vitesse ascensionnelle (granulation et clarification)
PME-TANE – Epuration Projet de réacteur - hydraulique
PME-TANE – Projet de réacteur – Essais supports
Comparaison des différents supports
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
sphere (d>1) tarte (d>1) cheepetos (d<1) oxybee (d+/-1) argex (d>1) roche de lave
(d>1)
support
mg
MV
S/l s
up
po
rt
contrainte forte contrainte modérée contrainte faible
• Chaleur (chaudière)
• Electricité + chaleur (micro cogénération)
85 % de l’énergie
chimique
du biogaz
récupérée
PME-TANE – Projet de réacteur – Valorisation du biogaz
Biogaz [m³/kgDCO] 0,58
Compo_biogaz [%_CH4] 60%
PCI_CH4 [kWh/m³] 9,95
DCO [kg/jour] 100 500 1000
Qtité_biogaz [m³/jour] 58,3 291,7 583,3
Energie_biogaz [kWh] 348 1741 3483
Rdt él. [%] 25% 25% 25%
Rdt th. [%] 60% 60% 60%
Energie_él. [kWh] 87 435 871
Energie_th. [kWh] 209 1045 2090
Nb_heures [heures/jour] 24 24 24
P_él. [kW] 3,6 18,1 36,3
P_th. [kW] 8,7 43,5 87,1
Effluents ------------------------------------- Energie
PME-TANE – Etude d’un projet
• DCO • Potentiel méthanogène
Monitoring des consommations
Electricité
Chaleur
Investissement
Boue activée ≤ digestion anaérobie
De l’ordre de 1.500 €/(kg DCO/jour)
Fonctionnement
Digestion anaérobie < < Boue activée
Etude économique détaillée à venir, incluant le post-traitement si digestion anaérobie.
PME-TANE – Coûts
PME-TANE – Synthèse
Développement d’un biométhaniseur pour les effluents des IAA
Financement : RW
Durée : 2011 à 2013
Projet de recherche collective : résultats accessibles aux épurateurs et aux IAA
Délivrables : schéma technologique – note de dimensionnement – métré – démonstrateur (pilote)
PME-TANE – Synthèse
Développement d’un biométhaniseur pour les effluents des IAA
Projet collaboratif entre Centres/Unités de recherche
Contacts :
Cebedeau (épuration): [email protected]
Cewac (technologie): [email protected]
Ulg-Bems (valorisation biogaz): [email protected]
Merci pour votre attention