Procédés de compostage

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Geoffrey Germain
il y a 6 ans
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1 UNIVERSITÉ DE TECHNOLOGIE COMPIÈGNE Bioréacteurs appliqués à l environnement Procédés de compostage Schoefs Olivier

2 Plan de la présentation 1. Définition 2 2. Nature, avantages et inconvénients des matières premières 3. Composition chimique de quelques substrats 4. Les différentes phases du compostage 5. Maturité du compost 6. Qualité du compost 7. Les paramètres du compostage 8. Evaluation et ajustement des conditions d opération 9. Systèmes de compostage industriel

Métabolites secondaires Conditions d opération: Établissement d un profil de température

3 1. Définition 3 Décomposition biologique et stabilisation de résidus putrescibles sous des conditions thermophiles aérobies chaleur Matière organique + Biomasse + CO 2 + H 2 O O 2 + Métabolites secondaires Conditions d opération: Établissement d un profil de température Aération Contrôle de l humidité Choix des matières premières/agents structurants Ajustement du rapport C:N

4 2. Nature, avantage et inconvénients des matières premières 4 Nature Avantages Inconvénients Agro-alimentaire - Aucune contamination - Possibilités de propagation de maladies Déchets domestiques Feuilles/herbes - 70% de matière compostable - Peu coûteux - Efficace - Pas de contaminant - Nécessite un tri - Contamination possible - Dégagement d odeurs avec l herbe - Saisonnier Boues industrielles -Valorisation -Contamination possible Boues d épuration - Riche en éléments nutritifs - Hygiénisation - Pathogènes - Nécessite d épaissir les boues Boues de fosses sceptiques - Riche - Hygiénisation - Pathogènes Résidus forestiers - Agent structurant - Utilisé comme cosubsraat - Pauvre en azote - Riche en lignine Déchets dangereux - Possible en cocompostage - Élimination partielle - Difficile à valoriser

5 3. Composition chimique de quelques substrats 5 Substrat Bois Herbe Nourriture Papier Formule chimique empirique C 295 H 420 O 186 N C 23 H 38 O 17 N C 18 H 26 O 10 N C 266 H 434 O 210 N

6 4. Les différentes phases du compostage 6

7 5. Maturité du compost Il existe diverses méthodes de caractérisation de la maturité du compost dans la littérature: 7 Trois conditions typiques pour la maturité d un compost: 1. Rapport C/N < Taux de consommation d oxygène < 150 mg.kg -1.h Taux de germination des graines de cresson alénois (Lepidium sativum) et des graines de radis (Raphanus sativus) > 90% du taux de germination témoin. Croissance des plantes ne doit pas différer de plus de 50% par rapport à l échantillon témoin.

8 6. Qualité du compost 8 La valorisation du compost est son utilisation comme amendements organiques Norme sur les spécifications des amendements organiques: NF U Amendements organiques - Dénominations spécifications et marquage.

9 7. Les paramètres du compostage 9

10 7. Les paramètres du compostage 10 Le rapport C/N et les nutriments Démarrage du procédé avec un rapport C/N compris entre 25:1 et 75:1 Un mauvais rapport C/N entraîne: ü production d ammoniac (odeurs) si C/N trop bas ü dégradation très lente des résidus si C/N trop élevé

11 7. Les paramètres du compostage 11 L oxygène 5% d oxygène dans l air minimum pour assurer des conditions aérobies Limitation fréquente par transfert de masse de la phase gaz à la phase liquide si absence d aération forcée Besoins variables en fonction des phases du compostage Consommation du compost mature: < 150 mg.kg -1.h -1

12 7. Les paramètres du compostage 12 La teneur en eau Taux d humidité souhaitable: 50-65% (base humide) Rôle de l eau: ü Transport des micro-organismes vers la matière organique ü Diffusion des enzymes vers les substrats ü Absorption de la chaleur produite par la dégradation Malgré la production d eau par les réactions biologiques, le contenu en eau tend à diminuer dans le temps par évaporation Teneur en eau faible (<45%) entraîne des problèmes de croissance microbienne et de de contact entre les microorganismes et les substrats Teneur en eau élevée (>70%) entraîne des problèmes de transfert d oxygène et de création de zones anaérobies

13 7. Les paramètres du compostage 13 Le ph Plage optimale générale: 5-8,5 Certaines espèces apprécient des conditions acides (Acetobacter, Thiobacillus) ou basiques (Bacillus) En général, levures et champignons plus résistants que bactéries aux variations de ph Évolution du ph lors du compostage: ü Production d acides organiques: phî ü Production d acide carbonique: phî ü Production d ammoniac: phì ü Libération des bases intégrées de la matière organique: phì ph maintenu entre 6,5 et 8, généralement stable étant donné le caractère tampon de la matière organique

14 8. Evaluation et ajustement des conditions d opération 14 Paramètre Valeurs optimales Méthode d évaluation Ajustement Faible Élevé Température Maximum 60 C Thermomètre, thermocouple -Diminuer l aération du système -Diminuer la surface extérieure ph 6,5-8 ph-mètre - Ajout de chaux Carbone/ Azote Humidité De 25:1 à 75: % base humide COT NTK Oxygène Variable Analyseur de gaz Taille des particules De l ordre du cm - Ajout de composé riche en carbone - Augmenter l aération - Augmenter la surface extérieure - Ajout de substrat acide - Ajout de composé riche en N Poids sec -Arrosage -Aération -Agents structurants Granulométrie - Augmenter l aération - Agents structurants - Déchiquetage

15 8. Evaluation et ajustement des conditions d opération 15 Exercice d application Exercice 1 : Un système de compostage a été choisi pour traiter des résidus agroalimentaires. Malheureusement, la composition des résidus ne permet pas de les composter seul. Il faut donc ajouter une source d azote pour ajuster le ratio C:N. Pour ce faire, on pourrait mélanger les résidus avec des boues d épuration ou tout autre résidu fortement azoté. D un autre coté, on peut simplement ajouter du sulfate d ammonium. À partir des données qui suivent, déterminer la quantité de sulfate d ammonium à ajouter à une tonne de substrat humide pour obtenir un ration C:N soit de 40:1. Déterminer la formule chimique résultante du substrat. Formule initiale de la matière putrescible : C 99 H 148 O 59 N Teneur en humidité : 30% base sèche Teneur en matière organique dégradable : 80% base sèche Poids moléculaire du (NH 4 ) 2 SO 4 : 132 g/mole

16 8. Evaluation et ajustement des conditions d opération 16 Exercice d application Exercice 2 : Une usine de transformation de poisson vous offre 1 tonne (sèche) de ses résidus de production. Ils sont principalement composés de carcasses (C 52 H 160 O 19 N) et de déchets solides (C 24 H 42 O 11 N) en quantité équimassique. a) Quel est le rapport C/N au début du procédé de compostage? b) Le rapport C/N est-il satisfaisant? Si non, que suggérez-vous?

17 8. Evaluation et ajustement des conditions d opération 17 Demande biologique en oxygène Demande maximale en oxygène: combustion du substrat C a H b O c N d +e!o 2 " f!co 2 +g! H 2 O+i! NH 3 Substrat Bois Herbe Nourriture Papier Formule chimique empirique C 295 H 420 O 186 N C 23 H 38 O 17 N C 18 H 26 O 10 N C 266 H 434 O 210 N En général, la demande microbiologique en oxygène varie entre 1 et 4 go 2 /g de substrat (moyenne: 2 go 2 /g de substrat)

18 8. Evaluation et ajustement des conditions d opération 18 Évaporation Estimée en fonction de: ü l humidité de l air entrant, Y E ü l humidité de l air sortant, Y S (proche de la saturation) ü de la température de l air à la sortie ü du débit d aération ü du diagramme de l air humide Compensée par arrosage de l andain

19 8. Evaluation et ajustement des conditions d opération 19

20 8. Evaluation et ajustement des conditions d opération 20

21 8. Evaluation et ajustement des conditions d opération 21 Enlèvement de la chaleur Parfais nécessaire pour éviter des températures trop élevées et la désactivation des micro-organismes 1 molécule d oxygène capable d accepter 4 électrons, soit production de 13,64 kj/go 2 Calculé par un bilan thermique Enthalpie de l air humide: h =1, 006 T +θ ( ,83 T ) h Enthalpie de l air humide T Température en C θ Humidité (g d eau/g air sec)

22 8. Evaluation et ajustement des conditions d opération Exercice d application 22 Exercice 3 : Une entreprise de compostage vient d implanter un nouveau tambour rotatif de 250 m 3 pour composter des boues de stations d épuration (C 46 H 139 O 16 N, 70% d humidité base sèche, 90% de matière organique compostable base sèche, densité en place de 1500 kg/m 3 ). Des essais en laboratoire ont montré que la biodégradation des boues dans la phase thermophile suivait l équation suivante: %biodégradation = ( t). 100 où t est le temps de séjour en jours. L air disponible à l entrée a une température de 20 C et une humidité de g d eau/g d air sec et l air sort du tambour à la température du compost (que l on veut maintenir à 60 C) et une humidité de g d eau/g d air sec. a) Déterminer la demande stœchiométrique en oxygène. b) Sachant que le temps de séjour dans le tambour est de 5 jours, déterminer le débit d air qu il faut fournir pour maintenir la température du compost à 60 C (négliger les pertes thermiques).

23 9. Systèmes de compostage industriel 23 Compostage statique ü Compostage en andain sans aération forcée Retournement 2 à 3 fois/semaine ü Compostage en andain avec aération forcée

24 9. Systèmes de compostage industriel 24 Systèmes confinés ü Lits verticaux agités ü Silos verticaux ü Tambours rotatifs ü Lits agités horizontaux

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