<EMI ID=1.1>
L'invention concerne un procédé de production de méthane à partir
de résidus liquides biodégradable*, par digestion anaérobie en lit
<EMI ID=2.1>
particules solides.
La digestion anaérobie de matières organiques en solution ou en suspension en vue de la production de méthane est un procédé bien connu
et on utilise dans ce but des communautés de microorganismes agissant en symbiose. La lenteur de croissance des microorganismes méthanigènes, présents dans les communautés de microorganismes utilisées, exige afin de maintenir une concentration suffisante en ces
<EMI ID=3.1>
en résulte des réacteurs biologiques de grand volume et par conséquent de coût excessif.
La concentration en bactéries étant un des facteurs principaux qui
fixe la cinétique de transformation en méthane, on a recherché les
moyens d'accroître cette concentration.
La littérature et les brevets mentionnent de nombreux procédés en
vue d'atteindre ces objectifs.
En effet, en digestion méthanique, on utilise les propriétés d'organisation en flocons de communautés bactériennes pour accroître leur
temps de séjour moyen par sédimentation dans un digesteur colonne à
flux ascendant.
Le temps de séjour hydraulique moyen peut ainsi devenir inférieur à
:elui pratiqué dans les digesteurs'classiques, réduisant ainsi la
Caille nécessaire de l'installation. Ce procédé est toutefois limi:é en ce que le flux de biogaz produit est élevé et provoque une dé-
<EMI ID=4.1>
:eur nécessitant l'utilisation d'un décanteur pour limiter ces pertes.
<EMI ID=5.1>
l'apparition d'un flux gazeux excessif. Ceci impose l'utilisation de digesteur ayant une occupation au sol importante, ce qui réduit encore une fois, les avantages de la diminution de volume par rapport aux digesteurs traditionnels infiniment mélangés.
<EMI ID=6.1>
ce qui est vraisemblablement a l'origine des limitations citées cidessus.
Un progrès a été réalisé par la fixation des cellules bactériennes dans ou sur des supports solides inertes. Ceci a permis d'augmenter leur vitesse de sédimentation et en conséquence, de mieux les maintenir dans le digesteur. De telles cellules bactériennes immobilisées sur des supports solides ont été utilisées suivant divers procédés et dans des réacteurs de différents types.
Il existe des systèmes à courant ascendant avec fixation des cellu-
les bactériennes sur des particules solides.
Le brevet USA 4.182.675 mentionne l'utilisation des lits fluldisés pour l'épuration des eaux usées par voie anaérobie avec production éventuelle de méthane. Ce procédé présente une amélioration par rapport aux systèmes précédents, due au lestage du flocon par la particule solide. Suivant ce procédé, les particules possèdent des dimensions comprises entre 0,2 et environ 3 millimètres de diamètre et de préférence comprises entre 0,4 et 1,5 mm. Cependant un développement excessif de matériel cellulaire sur le grain de support exige l'élimination de cet excès par différents moyens techniques a-
<EMI ID=7.1>
En effet, un accroissement excessif de la biomasse autour de la particule de support tend à réduire l'effet positif du lestage. Suivant une réalisation de cette invention, de l'effluent nitrifié est ajouté à l'eau résiduaire et le mélange est ensuite converti en méthane, anhydride carbonique, azote et en matériaux cellulaires.
<EMI ID=8.1>
gaiement connu d'utiliser des techniques associant la fluidisation et l'immobilisation des bactéries. Elles sont généralement appli-quées à des eaux résiduaires de charge modérée en pollution et ont pour principal objet l'élimination de la demande biochimique en oxygène (BOD) ou de l'azote ammoniacal ou sous forme de nitrate.
Ainsi le brevet USA 4.032.407 concerne une technique de fluidisation à l'aide d'un réacteur tronconique avec immobilisation de cellules bactériennes sur un support solide de dimension comprise dans la zone de 70 à 100 mesh standard, même pouvant atteindre environ 400 mesh.
Le réacteur a été utilisé pour la dénitrification des eaux résiduaires, l'hydrolyse du lactose, l'élimination du phénol d'un courant aqueux et la production d'hydrogène par utilisation d'enzymes immobilisées.
Suivant cette invention, la fraction volumique du digesteur occupée par le lit fluidisé, ne représente environ que le tiers à la moitié
<EMI ID=9.1>
duction de méthane par fermentation anaérobie microbienne de liquides biodégradables qui soit peu coûteux et très efficace pour traiter rapidement de grandes quantités de liquides .avec des'vitesses élevées de production de gaz.
La présente invention a pour but d'atteindre ces objectifs et de remédier aux divers inconvénients des procédés connus antérieurement.
<EMI ID=10.1>
pratiquement au volume du lit fluidisé et donc de réduire très sensiblement tout volume inutile à la digestion et par conséquent le coût des investissements tout en maintenant des conditions optimales de digestion à de très courts temps de séjour hydrauliques.
Ces effets sont obtenus par dissociation du temps moyen de séjour de la biomasse active du temps moyen de séjour hydraulique. On y arrive
<EMI ID=11.1>
cielle du liquide, ce qui engendre une interface- supérieure lit fluidisé/solution bien marquée.
Les effets recherchés sont obtenus par le procédé faisant l'objet de la présente invention.
La présente invention a pour objet un procédé de production de méthane par digestion anaérobie de liquides biodégradables en lit fluidisé de cellules bactériennes méthanigènes immobilisées sur des particules solides, caractérisé en ce que les dimensions des particules solides sont inférieures à 90 micromètres et la vitesse superficielle du liquide biodégradable est supérieure à 2,5 m/h.
Par liquides biodégradables, on comprend tout liquide ou mélange de liquides pouvant être éventuellement une eau résiduaire ou un effluent contenant principalement des matières organiques biodégradables en solution ou en suspension colloïdale. Une grande variété de matières organiques en solution ou en suspension collotdale peuvent être transformées en un gaz riche en méthane.
La concentration en matières organiques des liquides biodégradables
<EMI ID=12.1>
dans de larges limites suivant notamment la nature de la matière biodégradable. La concentration en matières organiques sèches dans un digesteur anaérobie peut atteindre environ 25 kg/m3 utile de digesteur en cours de fonctionnement.
Les liquida biodégradables convenant plus particulièrement pour la production de méthane suivant le procédé de la présente invention, sont des résidus de l'agriculture, de l'élevage ou de l'industrie alimentaire. Citons la citrasse qui est une résidu liquide industriel de la fabrication des citrates à partir de mélasses de sucrerie.
Les résidus agricoles ou industriels contenant des saccharides conviennent également pour la réalisation de la présente invention. A titre d'exemple, citons la production de méthane à partir du lactosérum qui est un liquidé résiduaire des fromageries et qui contient en solution environ 50 gr/1 de lactose.
De nombreux autres liquides biodégradables sont susceptibles d'être utilisés suivant la présente invention, ils peuvent provenir des industries agricoles, chimique:, biochimiques, biologiques et autres ainsi que des résidu. urbains.
Par cellules bactériennes méthanigènes on comprend les microorganismes ou les communautés bactériennes formées de plusieurs microorganismes susceptibles de provoquer la fermentation en milieu anaérobie des liquides biodégradables principalement en méthane, anhydride carbonique et bicarbonate. Ces microorganismes ont la faculté de transformer par une série de réactions chimiques et enzymatiques les matières organiques en solution ou en suspension colloïdale en un gaz riche en méthane.
En général, leb communautés bactériennes proviennent de communautés présentes dans les milieux naturels, par exemple le lisier de bovidé, le contenu de panse de bovidé, les boues de digesteurs de stations d'épuration d'eaux résiduaires.
Les bactéries méthanigènes peuvent être utilisées dans différentes gammes de températures suivant les espèces présentes.
Dans le cas des bactéries méthanigènes mésophiles et thermophiles, la température optimale se situe respectivement vers 35[deg.]C ou vers
<EMI ID=13.1>
Iules bactériennes sont d'un type quelconque et proviennent de matériaux naturels ou synthétiques.
Citons à titre d'exemples, la brique pilée, la céramique, les billes de verre, d'acier, de matière plastique, le charbon, le schiste, les ardoises, les cendre* volcaniques, le sable et les matières plastiques.
Suivant la présente invention, la densité des matériaux utilisés comme support des cellules bactériennes est de préférence supérieu-
<EMI ID=14.1>
rieures .
La densité apparente des particules peut varier dans de larges limites. Le support doit être stable et les particules peuvent être de forme quelconque, aphérique ou -.autre. Elles peuvent se présenter par exemple sous forme de billes, de flocons, de fibres, de batonnets, etc...
L'immobilisation des cellules bactériennes sur le. support solide est obtenue par tout procédé connu tel que décrit dans la littérature ou naturellement du fait des propriétés d'auto-immobilisation du catalyseur biologique lui-même.
Suivant la présente invention, les dimensions des particules solides sont inférieures à 90 micromètres et la vitesse superficielle
du liquide biodégradable, supérieure à 2,5 m/h, de telle manière que:
- le rapport volumique de la matière cellulaire sur la particule . solide soit stable et de l'ordre de 10 environ et
- la taille, la forme et la masse volumique apparente des granules formés soient telles que leur vitesse de chute dans le liquide soit une caractéristique stable à un niveau donné du digesteur.
Ces conditions de flux couplées aux faibles temps de séjour hydrau-
<EMI ID=15.1>
sées, entraînant ainsi le développement des espèces capables de se fixer.
De préférence, les particules solides utilisées comme support des cellules bactériennes sont d'une dimension comprise entre 30 et 60
micromètres. La vitesse superficielle du liquide est choisie supé -
<EMI ID=16.1>
<EMI ID=17.1>
Par vitesse superficielle du liquide, on comprend le rapport du débit hydraulique à la section du lit au niveau de la mesure.
Dans le cas d'une colonne cylindrique, cette vitesse est constante quel que soit le niveau de la mesure. Dans le cas d'une colonne non cylindrique, la vitesse superficielle du liquide varie suivant la section au niveau correspondant. Pour la présente invention, la vi-
<EMI ID=18.1>
<EMI ID=19.1>
dlsé. Par fluidisation, on comprend l'écoulement d'un liquide de bas
<EMI ID=20.1>
élevée pour supporter les particules et vaincre l'effet de la pesanteur. De préférence, la digestion est réalisée dans un milieu à gradient de vitesse croissant du haut vers le bas. Cette réalisation préférentielle permet :
y <EMI ID=21.1> nelle du liquide et la vitesse de chute des particules, point particulièrement important dans un tel système biologique où la vitesse de chute de chaque particule solide prise individuellement est susceptible de variations importantes dans le temps par suite de la croissance bactérienne, de la réunion de deux particules ou plus simplement de l'adsorption momentanée d'une bulle de gaz;
- l'existence dans le milieu grâce au gradient de vitesse croissant du haut vers le bas, de vitesses ascentionnelles suffisamment élevées pour assurer la fluidisation des particules vierges de support lors du lancement de la digestion.
Différents types de réacteurs biologiques peuvent être utilisés suivant' la présente invention. On peut, par exemple, utiliser des colonnes cylindriques à flux ascendant comportant un dispositif quelconque permettant l'établissement d'un gradient croissant de vitesse
<EMI ID=22.1>
constituée d'une série de cylindres de diamètres décroissants du haut vers le bas.
On peut également prévoir l'utilisation de plusieurs réacteurs groupés en série ou en parallèle, selon l'objectif poursuivi.
Suivant une réalisation préférentielle de l'invention, le réacteur biologique peut être de forme évasée inversée de section quelconque, par exemple circulaire, carrée, rectangulaire ou polygonale.
On peut très avantageusement utiliser un réacteur à tronc pyramidal inversé à très faible angle d'ouverture où la variation de la vitesse accentionnelle du liquide en fonction de la section du digesteur donne une très large gamme d'équilibres entre cette même vitesse et la vitesse de chute des particules. Un circuit de recirculation du liquide permet de régler la vitesse ascentionnelle indépendamment du débit d'alimentation.
La combinaison des moyens revendiqués pour la réalisation de la présente invention présente de nombreux avantages dont :
un rapport volume utile / volume liquide total proche de l'unité ; on entend par volume utile le volume pouvant être réellement occu-
l <EMI ID=23.1>
- une faible variation du volume du lit même en présence de modifications importantes des paramètres de gestion;
- le maintien d'une concentration Importante du catalyseur biologique actif dans le lit fluidisé même lors des productions très élevées de biogaz; en effet, le matériel cellulaire dans les condi tions précitées, se fixe en abondance sur le support, mais de façon compacte, ce qui garantit une bonne sédimentation des flocons ainsi formés;
- une dissociation de plus d'un ordre de grandeur entre le temps de séjour hydraulique et l'âge moyen des boues (flocons), ce qui permet une stabilité remarquable des caractéristiques du catalyseur biologique dans le temps et le maintien d'une capacité suffisant ment large de biodégradation pour accepter les fluctuations qualitatives de la charge;
- le maintien, en tout temps, grâce à cette même dissociation d'une quantité élevée de catalyseur biologique permettant d'importantes variations quantitatives de la charge;
- ce maintien d'une quantité élevée de catalyseur biologique permet aussi de réaliser la digestion méthanique à des températures inférieures à 35[deg.]C et même en conditions psychrophiles (en-dessous de <EMI ID=24.1>
La présente invention sera mieux comprise à l'aide des exemples non limitatifs ci-après :
EXEMPLE 1
Cet exemple respecte les conditions des revendications de la présente invention. Il est relatif à la biométhanisation d'un résidu liquide Industriel., concentré, la citrasse, dont la composition avant dilution est :
<EMI ID=25.1>
L'exemple est réalisé dans un digesteur tronc-pyramidal inverse à section carrée de 0,33 1 de volume utile muni d'un circuit de recir-culation du liquide. L'angle d'ouverture est égal à 2 x 1,38[deg.]. La hauteur utile est de 52 cm et la section inférieure est de 1,3 cm .
L'alimentation en liquide biodégradable est effectuée à la base en continu par des pompes doseuses. La gamme de concentration en mati-
<EMI ID=26.1>
v
<EMI ID=27.1>
entre 3 et 43 h. La température est maintenue à 35 + 1[deg.]C et la pression dans la phase gazeuse est équivalente à la pression atmosphérique. On utilise comme support pour l'immobilisation des bactéries
de la communauté méthanigène des billes et particules de verre de 30 à 60 micromètres classées par voie hydraulique. La masse volumique du verre utilisé est de 2,84 g x cm .
La communauté bactérienne méthanigène utilisée dans cet exemple consiste initialement en liqueur mixte provenant d'un digesteur infiniment mélangé de laboratoire traitant du contenu de panse de bovidé
(résidu d'abattoir), acclimatée progressivement à la citrasse susmentionnée.
L'immobilisation des cellules bactériennes est obtenue par voie naturelle, dans le digesteur lui-même et sur le support solide maintenu
à l'état fluidisé, à un temps de séjour hydraulique court.
La citrasse est introduite en continu à la base du digesteur. Une pompe assure la recirculation du liquide prélevé à la partie supérieure.
Les vitesses superficielles de la liqueur à la base et à la partie haute du lit fluidisé, compte tenu de la recirculation, sont respectivement de 12 et de 2,6 m X h , donc à tous les niveaux, supérieu-
<EMI ID=28.1>
Le rapport du volume occupé par le lit fluidisé au volume liquide total est de 0,85 et les fluctuations de hauteur du lit au cours de la journée rapportées à sa hauteur totale, sont en tout cas inférieures à 1 �.
D'autre part la vitesse de production du gaz a relativement peu d'in-fluence sur cette même hauteur totale, la variation de la hauteur é-
<EMI ID=29.1>
La concentration moyenne du lit fluidisé en matériel cellulaire est de 23 g de matières volatiles en suspension (VSS) x 1 malgré les flux élevés précités de liquide et de gaz.
La vitesse de chute des granules présents dans la partie médiane du
<EMI ID=30.1>
grandeur supérieure à la vitesse superficielle à ce niveau.
La formation de granules stables permet une dissociation marquée des temps de séjour moyen hydraulique et du matériel cellulaire immobilisé, celui-ci étant dans le cas présent, 11 fois supérieur au premier. L'efficacité du système visant à promouvoir le développement préfé-
<EMI ID=31.1>
me de 20 à 1. Grâce à ce rapport élevé et aux bonnes caractéristiques de sédimentation des granules mis en oeuvre, le volume mort du lit fluidisé, c'est-à-dire occupé par le support, est toujours fai-
<EMI ID=32.1>
Les valeurs des rendements et cinétiques citées ci-après concernent
<EMI ID=33.1>
si on ne modifie pas les paramètres de conduite. Les conditions de
<EMI ID=34.1> <EMI ID=35.1>
<EMI ID=36.1>
est-à-dire la quantité de méthane (CH4) produite par unité de masse
<EMI ID=37.1>
et la conversion, c'est-à-dire la quantité de matières volatiles éliminées (VS ) sous forme de gaz rapportée à l'unité de masse de matiè-
r
<EMI ID=38.1>
le digesteur. En outre, le procédé se caractérise par une stabilité remarquable. En effet, le digesteur est en fonctionnement ininterrompu depuis plus de 500 jours sans avoir nécessité de réinoculation ni avoir rencontré de problèmes majeurs.
EXEMPLE 2.
Cet exemple sort des conditions des revendications de la présente invention et est donné à titre comparatif.
a) Les conditions de la digestion sont identiques à celles de l'exemple 1 sauf en ce qui concerne les vitesses superficielles qui ne <EMI ID=39.1>
<EMI ID=40.1>
m x h respectivement à la partie supérieure et inférieure du volume utile, on constate :
- un maintien de l'aspect compact des granules formés aux vitesses superficielles supérieures ou égales à 2,5 m x h
- à la partie supérieure du lit fluidisé où les vitesses sont infé- <EMI ID=41.1>
neux présentant de mauvaises caractéristiques de sédimentation,
- l'absence d'une interface supérieure lit fluidisé/solution bien marquée mais plutôt l'existence d'un gradient de concentration de particules en suspension, - la présence dans l'effluent de particules floconneuses. b) Les conditions de la digestion sont identiques à celles de l'ex- <EMI ID=42.1>
lides du support.
L'utilisation de particules solides de même densité mais de taille supérieure à 90 micromètres, provoquerait un ralentissement du phénomène d'immobilisation des cellules bactériennes sur le grain du support. Ceci est dû aux phénomènes d'abrasion importants résultant des vitesses de sédimentation élevées des particules solides vierges. Un tel ralentissement de l'immobilisation accroît le délai nécessaire à la mise en pleine charge de l'installation et en conséquence ne permet plus une conduite efficace et pratique de la biométhanisation des liquides biodégradables.
<EMI ID = 1.1>
The invention relates to a method for producing methane from
biodegradable * liquid residue, by anaerobic digestion in bed
<EMI ID = 2.1>
solid particles.
Anaerobic digestion of organic matter in solution or in suspension for the production of methane is a well known process.
and we use for this purpose communities of microorganisms acting in symbiosis. The slow growth of methanogenic microorganisms, present in the communities of microorganisms used, requires in order to maintain a sufficient concentration of these
<EMI ID = 3.1>
This results in large volume and therefore excessive cost biological reactors.
The concentration of bacteria being one of the main factors which
fixes the methane transformation kinetics, we looked for
ways to increase that focus.
The literature and patents mention numerous processes in
in order to achieve these objectives.
Indeed, in methane digestion, we use the flake organization properties of bacterial communities to increase their
average residence time by sedimentation in a column digester at
upward flow.
The average hydraulic residence time can thus become less than
: used in classic digesters, thus reducing the
Quail required for installation. However, this process is limited in that the flow of biogas produced is high and causes a de-
<EMI ID = 4.1>
: eur requiring the use of a decanter to limit these losses.
<EMI ID = 5.1>
the appearance of excessive gas flow. This requires the use of a digester with a high occupancy on the ground, which once again reduces the advantages of the reduction in volume compared to traditional infinitely mixed digesters.
<EMI ID = 6.1>
which is probably at the origin of the limitations cited above.
Progress has been made by fixing bacterial cells in or on inert solid supports. This made it possible to increase their rate of sedimentation and consequently, to better maintain them in the digester. Such bacterial cells immobilized on solid supports have been used according to various methods and in reactors of different types.
There are updraft systems with cell attachment
bacteria on solid particles.
US patent 4,182,675 mentions the use of fluidized beds for the purification of waste water by anaerobic route with possible production of methane. This process presents an improvement compared to the previous systems, due to the ballasting of the flake by the solid particle. According to this process, the particles have dimensions of between 0.2 and approximately 3 millimeters in diameter and preferably of between 0.4 and 1.5 mm. However, excessive development of cellular material on the support grain requires the elimination of this excess by various technical means a-
<EMI ID = 7.1>
In fact, an excessive increase in the biomass around the support particle tends to reduce the positive effect of the ballasting. According to an embodiment of this invention, nitrified effluent is added to the waste water and the mixture is then converted into methane, carbon dioxide, nitrogen and cellular materials.
<EMI ID = 8.1>
cheerfully known to use techniques combining fluidization and immobilization of bacteria. They are generally applied to waste water with a moderate pollution load and their main purpose is the elimination of biochemical oxygen demand (BOD) or ammoniacal nitrogen or in the form of nitrate.
Thus, the US patent 4,032,407 relates to a fluidization technique using a frustoconical reactor with immobilization of bacterial cells on a solid support of dimension included in the zone of 70 to 100 standard mesh, even being able to reach approximately 400 mesh.
The reactor was used for the denitrification of waste water, the hydrolysis of lactose, the elimination of phenol from an aqueous stream and the production of hydrogen by using immobilized enzymes.
According to this invention, the volume fraction of the digester occupied by the fluidized bed, represents only about a third to a half
<EMI ID = 9.1>
duction of methane by anaerobic microbial fermentation of biodegradable liquids which is inexpensive and very effective for rapidly treating large quantities of liquids with high gas production speeds.
The object of the present invention is to achieve these objectives and to remedy the various drawbacks of the previously known methods.
<EMI ID = 10.1>
practically to the volume of the fluidized bed and therefore to reduce very significantly any volume unnecessary for digestion and therefore the investment cost while maintaining optimal digestion conditions at very short hydraulic residence times.
These effects are obtained by dissociation of the average residence time of the active biomass from the average hydraulic residence time. You get there
<EMI ID = 11.1>
liquid, which creates a well-defined upper fluidized bed / solution interface.
The desired effects are obtained by the process which is the subject of the present invention.
The present invention relates to a process for producing methane by anaerobic digestion of biodegradable liquids in a fluidized bed of methanogenic bacterial cells immobilized on solid particles, characterized in that the dimensions of the solid particles are less than 90 micrometers and the surface speed of the biodegradable liquid is greater than 2.5 m / h.
By biodegradable liquids is meant any liquid or mixture of liquids which may possibly be waste water or an effluent containing mainly biodegradable organic materials in solution or in colloidal suspension. A wide variety of organic matter in collotdale solution or suspension can be transformed into a gas rich in methane.
The organic matter concentration of biodegradable liquids
<EMI ID = 12.1>
within wide limits depending in particular on the nature of the biodegradable material. The concentration of dry organic matter in an anaerobic digester can reach approximately 25 kg / m3 of useful digester during operation.
The biodegradable liquida which are more particularly suitable for the production of methane according to the process of the present invention are residues from agriculture, breeding or the food industry. Let us mention citrasse which is an industrial liquid residue from the manufacture of citrates from sugar molasses.
Agricultural or industrial residues containing saccharides are also suitable for carrying out the present invention. By way of example, let us cite the production of methane from whey, which is a residual liquid from cheese factories and which contains approximately 50 g / l of lactose in solution.
Many other biodegradable liquids are capable of being used according to the present invention, they can come from the agricultural, chemical, biochemical, biological and other industries as well as from residues. urban.
The term methanogenic bacterial cells includes microorganisms or bacterial communities formed from several microorganisms capable of causing fermentation in an anaerobic medium of liquids biodegradable mainly into methane, carbon dioxide and bicarbonate. These microorganisms have the ability to transform, by a series of chemical and enzymatic reactions, organic matter in solution or in colloidal suspension into a gas rich in methane.
In general, the bacterial communities come from communities present in natural environments, for example bovine manure, bovine belly content, digester sludge from wastewater treatment plants.
Methanogenic bacteria can be used in different temperature ranges depending on the species present.
In the case of mesophilic and thermophilic methanogenic bacteria, the optimum temperature is respectively around 35 [deg.] C or towards
<EMI ID = 13.1>
Bacterial cells are of any type and come from natural or synthetic materials.
Examples include crushed brick, ceramics, glass, steel, plastic, coal, shale, slate, volcanic ash *, sand and plastics.
According to the present invention, the density of the materials used as support for the bacterial cells is preferably higher.
<EMI ID = 14.1>
laughing.
The bulk density of the particles can vary within wide limits. The support must be stable and the particles can be of any shape, aspherical or otherwise. They can be presented, for example, in the form of balls, flakes, fibers, sticks, etc.
Immobilization of bacterial cells on the. solid support is obtained by any known method as described in the literature or naturally due to the self-immobilization properties of the biological catalyst itself.
According to the present invention, the dimensions of the solid particles are less than 90 micrometers and the surface speed
biodegradable liquid, greater than 2.5 m / h, so that:
- the volume ratio of cellular matter to the particle. solid is stable and around 10 and
- the size, shape and apparent density of the granules formed are such that their rate of fall into the liquid is a stable characteristic at a given level of the digester.
These flow conditions coupled with the short hydronic residence times
<EMI ID = 15.1>
seeds, thus leading to the development of species capable of settling.
Preferably, the solid particles used as support for the bacterial cells are of a size between 30 and 60
micrometers. The surface velocity of the liquid is chosen above -
<EMI ID = 16.1>
<EMI ID = 17.1>
By surface velocity of the liquid is understood the ratio of the hydraulic flow to the section of the bed at the measurement.
In the case of a cylindrical column, this speed is constant whatever the level of the measurement. In the case of a non-cylindrical column, the surface speed of the liquid varies according to the section at the corresponding level. For the present invention, the vi-
<EMI ID = 18.1>
<EMI ID = 19.1>
dlsé. By fluidization, we understand the flow of a bottom liquid
<EMI ID = 20.1>
high to support particles and overcome the effect of gravity. Preferably, the digestion is carried out in a medium with increasing speed gradient from the top to the bottom. This preferential realization allows:
y <EMI ID = 21.1> nelle of the liquid and the rate of fall of the particles, point particularly important in such a biological system where the rate of fall of each solid particle taken individually is susceptible to important variations in time as a result of growth bacterial, of the union of two particles or more simply of the momentary adsorption of a gas bubble;
- the existence in the medium, thanks to the increasing speed gradient from top to bottom, of rising speeds sufficiently high to ensure the fluidization of the virgin support particles when digestion is launched.
Different types of biological reactors can be used according to the present invention. One can, for example, use cylindrical columns with ascending flow comprising any device allowing the establishment of an increasing gradient of speed
<EMI ID = 22.1>
consisting of a series of cylinders of decreasing diameters from top to bottom.
It is also possible to provide for the use of several reactors grouped in series or in parallel, depending on the objective pursued.
According to a preferred embodiment of the invention, the biological reactor can be of inverted flared shape of any cross section, for example circular, square, rectangular or polygonal.
It is very advantageous to use an inverted pyramidal trunk reactor with a very small opening angle where the variation of the accentual speed of the liquid as a function of the section of the digester gives a very wide range of equilibria between this same speed and the speed of falling particles. A liquid recirculation circuit makes it possible to adjust the rising speed independently of the supply flow.
The combination of the means claimed for carrying out the present invention has numerous advantages, including:
a useful volume / total liquid volume ratio close to unity; by useful volume is meant the volume that can actually be used
l <EMI ID = 23.1>
- a small variation in the volume of the bed even in the presence of significant changes in the management parameters;
- maintaining a significant concentration of the active biological catalyst in the fluidized bed even during very high biogas productions; in fact, the cellular material under the aforementioned conditions, is fixed in abundance on the support, but in a compact manner, which guarantees good sedimentation of the flakes thus formed;
- a dissociation of more than an order of magnitude between the hydraulic residence time and the average age of the sludge (flakes), which allows remarkable stability of the characteristics of the biological catalyst over time and the maintenance of sufficient capacity wide biodegradation to accept qualitative fluctuations in charge;
- the maintenance, at all times, thanks to this same dissociation of a high amount of biological catalyst allowing significant quantitative variations in the charge;
- this maintenance of a high quantity of biological catalyst also makes it possible to carry out the methane digestion at temperatures below 35 [deg.] C and even under psychrophilic conditions (below <EMI ID = 24.1>
The present invention will be better understood with the aid of the following nonlimiting examples:
EXAMPLE 1
This example meets the conditions of the claims of the present invention. It relates to the biomethanisation of an industrial liquid residue, concentrated, citrasse, the composition of which before dilution is:
<EMI ID = 25.1>
The example is carried out in a reverse trunk-pyramidal digester with a square section of 0.33 1 of useful volume provided with a recirculation circuit for the liquid. The opening angle is 2 x 1.38 [deg.]. The useful height is 52 cm and the lower section is 1.3 cm.
The supply of biodegradable liquid is carried out at the base continuously by metering pumps. The range of material concentration
<EMI ID = 26.1>
v
<EMI ID = 27.1>
between 3 and 43 h. The temperature is maintained at 35 + 1 [deg.] C and the pressure in the gas phase is equivalent to atmospheric pressure. It is used as a support for the immobilization of bacteria
from the methanogenic community of glass beads and particles from 30 to 60 micrometers classified by hydraulic means. The density of the glass used is 2.84 g x cm.
The methanogenic bacterial community used in this example initially consists of mixed liquor from an infinitely mixed laboratory digester processing the contents of bovine belly
(slaughterhouse residue), gradually acclimated to the aforementioned citrasse.
The immobilization of the bacterial cells is obtained naturally, in the digester itself and on the solid support maintained
in the fluidized state, with a short hydraulic residence time.
The citrasse is introduced continuously at the base of the digester. A pump ensures the recirculation of the liquid withdrawn from the upper part.
The surface velocities of the liquor at the base and at the top of the fluidized bed, taking into account the recirculation, are respectively 12 and 2.6 m X h, therefore at all levels, greater than
<EMI ID = 28.1>
The ratio of the volume occupied by the fluidized bed to the total liquid volume is 0.85 and the fluctuations in height of the bed during the day compared to its total height are in any case less than 1 &.
On the other hand, the speed of gas production has relatively little influence on this same total height, the variation in height is
<EMI ID = 29.1>
The average concentration of the fluidized bed in cellular material is 23 g of volatile matter in suspension (VSS) x 1 despite the aforementioned high flows of liquid and gas.
The rate of fall of the granules present in the middle part of the
<EMI ID = 30.1>
magnitude greater than the surface velocity at this level.
The formation of stable granules allows a marked dissociation of the average hydraulic residence times and the immobilized cellular material, the latter being in this case 11 times greater than the former. The effectiveness of the system to promote preferential development
<EMI ID = 31.1>
me from 20 to 1. Thanks to this high ratio and to the good sedimentation characteristics of the granules used, the dead volume of the fluidized bed, that is to say occupied by the support, is always low.
<EMI ID = 32.1>
The values of the yields and kinetics cited below relate to
<EMI ID = 33.1>
if the driving parameters are not changed. The conditions of
<EMI ID = 34.1> <EMI ID = 35.1>
<EMI ID = 36.1>
i.e. the quantity of methane (CH4) produced per unit of mass
<EMI ID = 37.1>
and the conversion, i.e. the quantity of volatile matter eliminated (VS) in the form of gas relative to the unit of mass of material
r
<EMI ID = 38.1>
the digester. In addition, the process is characterized by remarkable stability. Indeed, the digester has been in uninterrupted operation for more than 500 days without the need for reinoculation or having encountered major problems.
EXAMPLE 2.
This example leaves the conditions of the claims of the present invention and is given for comparison.
a) The digestion conditions are identical to those of Example 1 except with regard to the surface velocities which do not <EMI ID = 39.1>
<EMI ID = 40.1>
m x h respectively at the upper and lower part of the useful volume, we see:
- maintaining the compact appearance of the granules formed at surface speeds greater than or equal to 2.5 m × h
- at the upper part of the fluidized bed where the speeds are lower than <EMI ID = 41.1>
neux with poor sedimentation characteristics,
- the absence of a well marked upper fluidized bed / solution interface but rather the existence of a concentration gradient of suspended particles, - the presence in the effluent of flaky particles. b) The digestion conditions are identical to those of the former <EMI ID = 42.1>
support lides.
The use of solid particles of the same density but of size greater than 90 micrometers, would cause a slowing down of the phenomenon of immobilization of the bacterial cells on the grain of the support. This is due to the significant abrasion phenomena resulting from the high sedimentation rates of the virgin solid particles. Such a slowdown in immobilization increases the time required for the installation to fully load and consequently no longer allows efficient and practical management of the biomethanization of biodegradable liquids.