Présenté par J-L. Böhm Equipe de Recherche en Physico-Chimie et Biotechnologies (ERPCB) EA 3914

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1 BIORÉACTEUR A MEMBRANE ASSOCIANT UN LIT FIXÉ ANAÉROBIE ET UNE UNITÉ D ULTRAFILTRATION Études de laboratoire financées par Ademe et Région Basse-Normandie Étude sur pilote industriel financée par Oseo ANVAR Basse-Normandie Présenté par J-L. Böhm Equipe de Recherche en Physico-Chimie et Biotechnologies (ERPCB) EA 3914

2 Les objectifs du procédé Répondre à une demande d industriels laitiers Haut rendement épuratoire Robustesse Production faible de boues Econome en énergie Compact

3 Critères de choix du procédé Bioréacteur anaérobie à membrane Anaérobie Adaptée aux effluents concentrés et dilués Faible production de boues - croissance lente Faible consommation énergétique Valorisation énergétique du biogaz Lit fixé Concentrations importantes en biomasse Colonisation sous forme de biofilm Membrane ultrafiltration Seuil coupure faible Rétention totale des matières en suspension Rétention totale des microorganismes Rétention importante de la DCO soluble Augmentation du rendement épuratoire et de la robustesse

4 Principe de fonctionnement du procédé biogaz Débit rétentat Q o + Q r TSH P, V, t Fp Débit perméation Débit alimentation Q o Eaux résiduaires Lit fixé anaérobie Débit recyclage Q r Purge boues Bac central de couplage Ultrafiltration tangentielle dissocie hydraulique de chaque boucle - indépendance des flux souplesse dans le dimensionnement

5 Débit de biogaz (L/h) DCO effluent (g/l) Etude laboratoire, digesteur 80 l, membrane organique 20 kd Capacité d adaptation du procédé à des chocs de charge Suivi du biogaz produit 4,5 4,0 3,5 Débit de biogaz DCO effluent 18, ,0 14 2,5 2,0 1,5 1,0 4,0 6,6 3,7 10,9 3,3 3,7 10, ,5 0,0 2 13,5 h 13,5 h 13,5 h 165,2 h Le procédé: Temps en heure résiste à des chocs courts jusqu à 18 g/l supporte le passage de S e de 4 à 11 g/l

6 Etude semi industrielle, digesteur 9m 3, membrane minérale 20 nm (2 ans) Suite de l étude à l échelle laboratoire de 3 ans qui a permis la mise au point du procédé (thèse financée par Ademe et Région Basse Normandie) Un pilote semi industriel (9 m 3 ) conçu au laboratoire a été mis en place sur le site industriel de Nestlé Product Technology Center à Lisieux (financement Oseo Anvar, partenariats Proserpol, Pall Exekia) Le fonctionnement en conditions réelles du procédé a pour objectifs de: Maîtriser le transfert d échelle Confirmer les bons résultats obtenus à l échelle laboratoire (performances et robustesse) Vérifier la faisabilité avec un effluent «réel» Démontrer la faisabilité industrielle

7 Photo du pilote Réacteur biologique 9 m 3 Ultrafiltration 0,72 m² 20 nm Pompes Production eau chaude (37 C) Supervision 5 m 3 Flocor Cuve stockage 2 m 3 Bac central 1 m 3 Plate-forme 20 m²

8 Ultrafiltration et aspect effluent Avant traitement Sortie bioréacteur Sortie finale

9 Compositions moyennes des différents rejets Eau blanche 5-10 g DCO /L Eau blanche g DCO /L Lactosérum g DCO /L DCO (mg/l) MS (mg/l) MES (mg/l) MG (g/l) 1,4 6,3 - ph 4,97 3,71 4,14

10 Rendement épuratoire (%) Amélioration du rendement épuratoire (%) Traitement d une eau blanche DCO 5-10 g/l 100,0 Rendement épuratoire DCO totale 14,0 95,0 12,0 90,0 10,0 85,0 80,0 75,0 8,0 6,0 70,0 65,0 60,0 Sortie procédé Sortie réacteur Amélioration du rendement épuratoire 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 Charge Volumique Appliquée (kg DCO /m réacteur 3.j) Rendements épuratoires élevés compris entre 95% et 98% pour des charges appliquées inférieures à 10,0 kg DCO /m 3.j La membrane améliore le rendement épuratoire jusqu à +12 % La membrane augmente la stabilité des performances épuratoires 4,0 2,0 0,0

11 Rendement épuratoire (%) Amélioration du rendement épuratoire (%) Traitement d une eau blanche DCO g/l Rendement épuratoire DCO totale 100,0 12,0 95,0 90,0 85,0 80,0 75,0 70,0 65,0 Sortie procédé - montée en charge Sortie réacteur - montée en charge Amélioration du rendement épuratoire 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 60,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 Charge Volumique Appliquée (kg DCO /m réacteur 3.j) Rendements épuratoires élevés compris entre 96% et 99% pour des charges appliquées inférieures à 8,0 kg DCO /m 3.j Apport important de la membrane qui permet d améliorer le rendement épuratoire jusqu à +10% Soutien du traitement biologique lors de fortes charges => robustesse 0,0

12 Rendement épuratoire (%) Amélioration du rendement épuratoire (%) Traitement d un lactosérum DCO g/l Rendement épuratoire DCO totale - Lactosérum 70 g/l 100,0 12,0 95,0 10,0 90,0 85,0 8,0 80,0 6,0 75,0 4,0 70,0 65,0 60,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 Charge Volumique Appliquée (kg DCO /m 3.j) Sortie procédé - montée en charge Sortie réacteur - montée en charge Amélioration du rendement épuratoire Rendements épuratoires élevés compris entre 95% et 98% pour des charges appliquées inférieures à 10,0 kg DCO /m 3.j Apport important de la membrane qui permet d améliorer le rendement épuratoire jusqu à +10% Plus la charge augmente plus l apport de la membrane est important 2,0 0,0

13 Synthèse résultats Eau blanche 6 g DCO /L Eau blanche 27 g DCO /L Lactosérum 66 g DCO /L Charge Volumique Appliquée maximale (kg DCO /m 3.j) Temps Séjour Hydraulique minimal (h) Rendements épuration DCO totale (%) 10,0 7,5 9, Flux de perméation (l/h.m²) Taux rétention moyen DCO soluble (%) Production biogaz (m 3 /kg DCO éliminée)

14 Pourcentage du volume Débit biogaz (L/j) DCO jounalière (kg/j) Débit et composition biogaz produit Débit biogaz DCO entrante 60 Débit maximal L/j Taux de conversion moyen 0,44 m 3 biogaz/kg DCO éliminée Relance rapide après phase arrêt Temps (jour) % CH4 biogaz % CO2 biogaz % CH 4 compris entre 60 et 70% Composition stable Temps (jour) Possibilité de valorisation énergétique du biogaz

15 Atouts du procédé Rendements épuratoires élevés => Procédé compact Génère de faibles quantités de boues => Coût de la filière boues minime => Boues valorisables sous formes d amendements agricoles Procédé robuste => Procédé demandant peu de suivi Effluent traité exempt de matières en suspension et de microorganismes => Valorisation possible par irrigation fertilisante par aspersion Production de biogaz => Valorisations possibles sous formes de chaleur, vapeur, électricité,

16 Bilan des essais sur pilote Perspectives Maîtrise technologique du procédé Eléments de dimensionnement industriel Performances élevées (rendements élevés, TSH faible) L unité d ultrafiltration permet une rétention importante de la pollution soluble Production minime de boues La valorisation du biogaz réduit notablement la consommation énergétique du procédé. Le pilote a été mis sur un site industriel Mise en place d installations industrielles Diversifier les domaines d application

17 Merci de votre attention. Contact: