Optimiser la méthanisation par voie sèche discontinue par la recirculation du lixiviat

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1 Optimiser la méthanisation par voie sèche discontinue par la recirculation du lixiviat A.DEGUEURCE, C.DRUILHE, S.KLIBER, J.MARTINEZ, P.PEU Pour mieux affirmer ses missions, le Cemagref devient Irstea Journées Recherche et Industrie Biogaz et Méthanisation 4 Février

2 2 Présentation de la voie sèche en système «bateaux» Méthanisation de fumier de bovins par voie sèche via un procédé batch séquencé biphasique Cuve à lixiviat (phase liquide) Circuit de recirculation du lixiviat Digesteurs Biogaz Effluent (phase solide) Digesteur I chargé Digesteur II chargé Digesteur III chargé Digesteur IV chargé Digesteur I vidé puis rechargé Digesteur II vidé puis recahrgé Semaines Semaines Semaines Semaines Semaines Semaines

3 3 Cinétique de production du système «bateaux» À réduire! Production «continue» de méthane à partir de plusieurs digesteurs discontinus Production non linéaire problématique pour une valorisation en cogénération Objectif : produire un maximum de biogaz, de façon constante, dans un minimum de temps Influence de la recirculation sur les cinétiques de production?

4 4 Facteurs à priori influents Paramètres de recirculation à priori influent : Volume de lixiviat recirculé Fréquence de recirculation du lixiviat Géométrie de recirculation du lixiviat : essais à réaliser sur site à grande échelle Temps d aspersion à chaque recirculation Ratio lixiviat/substrat Ratio de mélange entre substrats : utilisation de substrats disponibles sur une exploitation agricole Réalisation d un plan d expérience (à 3 niveaux pour l optimisation) Diminuer le nombre de paramètres A réduire! Toujours 4 paramètres soit 3 4 = 81 essais

5 5 Choix du plan d expérience Manque de recul pour estimer à priori les facteurs influents et le domaine d influence Effet d un facteur? O/N Plan linéaire Plan de criblage Pas d interactions du 3 e degré à priori Moins d inconnues Moins d essais Plan fractionnaire Pas de données sur la linéarité des effets + plusieurs séries de mesures pour effectuer les essais Réponses linéaires? Effet du lixiviat? Ajout de 4 points au centre Choix du plan : Plan à fraction irrégulière 2 4 x(3/4) augmenté de 4 points au centre = 16 essais

6 Dispositif expérimental 6

7 7 Présentation du dispositif POMPE Cellule fermée Schéma intérieur d une cellule Dispositif complet TUYAUX DE CIRCULATION DU LIXIVIAT Circuit de recirculation du lixiviat Utilisation du lixiviat du GAEC du Bois-Joly (traitement de fumier de bovins)

8 8 Présentation du dispositif COMPTEUR A BIOGAZ SORTIE BIOGAZ Cellule fermée Schéma intérieur d une cellule PRELEVEMENT BIOGAZ Dispositif complet Circuit du biogaz

9 9 Caractérisation du substrat Travaux effectués sur les substrats de l installation de S²-Watt au GAEC THOREY (Troyes), exploitation de référence pour ces travaux : Fumier de vaches laitières Fumier de vaches à viande Mélange «Hiver» Mélange «Eté» Mélange de fumiers de bovins Mélange de fumiers de bovins Paille Déchets verts

10 10 Caractérisation du substrat Travaux effectués sur les substrats de l installation de S²-Watt au GAEC THOREY (Troyes), exploitation de référence pour ces travaux : Fumier de vaches laitières Fumier de vaches à viande Mélange «Hiver» MS MO BMP (NL/KgMO) 25% 20% 317 Mélange de fumiers de bovins Utilisé pour le plan d expérience

11 11 Facteurs testés et domaine d étude 4 facteurs étudiés en laboratoire avec différentes amplitudes Amplitude Périodicité V recirculé Durée aspersion V lix initial Niveau bas heures millilitres secondes litres Niveau haut jours litres minutes litres Différentes combinaisons testées Suivi cinétique : 4 semaines

12 12 Cinétiques et choix des réponses Selon les paramètres de recirculation : 12,1 NL/Kg MV /j Différences dans la forme des cinétiques : Début du pic (Δ = 2 jours) Intensité du pic Durée du palier (de 3 à 10 jours) 14,4 NL/Kg MV /j Mais aussi dans les quantités : Volume de biogaz Volume de méthane Recensement pour chaque expérience de ces «réponses» pour modélisation et identification des paramètres influents

13 13 Facteurs d influence Réponses Facteurs Volume de biogaz Volume de méthane Vitesse de production Jour d apparition du «pic» Durée du palier Périodicité + / Temps d aspersion / / / / / Volume recirculé + / / - + Volume initial / / Périodicité x Volume ini / / Sur le domaine d étude : Pas d influence des facteurs sur le volume de méthane produit Pas d influence du temps d aspersion sur les cinétiques

14 14 Facteurs d influence Réponses Facteurs Volume de biogaz Volume de méthane Vitesse de production Jour d apparition du «pic» Durée du palier Périodicité + / Temps d aspersion / / / / / Volume recirculé + / / - + Volume initial / / Périodicité x Volume ini / / Production intense Recirculer fréquemment Volume initial : optimum à définir

15 15 Facteurs d influence Réponses Facteurs Volume de biogaz Volume de méthane Vitesse de production Jour d apparition du «pic» Durée du palier Périodicité + / Temps d aspersion / / / / / Volume recirculé + / / - + Volume initial / / Périodicité x Volume ini / / Démarrage rapide Recirculer modérément Recirculer un gros volume Volume initial : optimum à définir

16 16 Facteurs d influence Réponses Facteurs Volume de biogaz Volume de méthane Vitesse de production Jour d apparition du «pic» Durée du palier Périodicité + / Temps d aspersion / / / / / Volume recirculé + / / - + Volume initial / / Périodicité x Volume ini / / Production stable Recirculer modérément Recirculer un gros volume Volume initial : optimum à définir

17 17 Conclusions Peu d influence de la recirculation sur les volumes de biogaz et de méthane produits Facteur «temps d aspersion» non influent sur le domaine d étude Elimination d un facteur Réalisation d un plan «surface de réponse» pour l optimisation Possibilité de contrôler et moduler les production de biogaz selon les besoins grâce à la recirculation du lixiviat

18 Optimiser la méthanisation par voie sèche discontinue par la recirculation du lixiviat A.DEGUEURCE, C.DRUILHE, S.KLIBER, J.MARTINEZ, P.PEU Pour mieux affirmer ses missions, le Cemagref devient Irstea Journées Recherche et Industrie Biogaz et Méthanisation 4 Février