"Digesteur continu pour la production de biomethane à partir de substances organiques".

La présente invention concerne les appareils destinés a produire en continu du biométhane à partir de substances organiques contenues dans des déchets animaux ou végétaux provenant essentiellement de l'agriculture ou des industries dérivées de celle-ci.

Elle concerne également les systèmes d'épuration des effluents fortement chargés de matières organiques puisque la fermentation méthanogène s'accompagne d'une forte réduction de la DBO ₅ .

Dans l'état actuel de la technique, on maîtrise mal l'hydraulique interne des digesteurs continus. L'efficacité des systèmes de brassage utilisés est douteuse ; ils présentent en outre généralement des inconvénients d'ordre mécanique ou biologique. On ignore comment se répartissent les produits entrants dans le volume des produits en cours de digestion.

La présente invention vise à remédier aux inconvénients de la technique antérieure et propose un appareil pour la production de biomethane à partir de substances organiques tel que toute partie supérieure du digesteur et son pilier central d'appui dont elle est solidaire mécaniquement sont mobiles en rotation autour de l'axe central vertical de la cuve, que la partie supérieure du digesteur prend appui par l'intermédiaire de galets à la face supérieure des parois latérales et sur le pilier central qui luimême prend appui sur le plancher de la cuve par l'intermédiaire d'une crapaudine, que la partie centrale de la cuve est occupé par un compartiment cylindrique appelé compartiment primaire et dont l'axe est confondu avec l'axe de la cuve du digesteur, que la cuve est traversée par une cloison fixe disposée selon un rayon de la cuve, qu'une cloison mobile liée rigidement à la partie supérieure du digesteur et au pilier central effectue des aller et retour circulaires de façon à balayer tout le volume de la cuve en dehors du compartiment primaire, que à la partie supérieure de la cloison mobile sont fixées une pompe de recirculation et une pompe d'introduction. Pendant le déplacement de la cloison mobile la pompe de recirculation faisant passer de part et d'autre de la cloison tout le volume balayé pendant le déplacement et simultanément la pompe d'introduction introduisant les produits en provenance de la base du compartiment primaire dans la veine des produits en cours de déplacement sous l'action de la pompe de recirculation et que le biogaz est recueilli par une bache souple solidaire de la partie supérieure mobile du digesteur. L'appareil selon la présente invention comprend, de préférence, une partie supérieure mobile dont les points d'appuis sont tels qu'ils permettent la rotation dans les deux sens de la partie supérieure du digesteur et des éléments qui lui sont liés directement ou indirectement autour de l'axe central vertical de la cuve, que les poutrelles qui supportent directement ou indirectement toutes les parties mobiles prennent appui à une de leur extrémité sur la partie supérieure du pilier central et qu'elles sont reliées rigidement à lui, qu'à leur autre extrémité chacune d'elle est reliée à un galet à axe horizontal qui prend appui sur la face supérieure des parois latérales et à un galet à axe vertical qui les maintient dans un plan vertical et qu'une crapaudine fixée dans la dalle sert de guide pour les mouvements de rotation et de butée pour les efforts verticaux du pilier support.

L'appareil selon la présente invention comporte de préférence une cloison fixe. Cette cloison fixe obture complètement la section déterminée par : en haut, le fond des canaux d'entrée et de sortie des produits ; en bas, le plancher chauffant vers l'extérieur la paroi latérale et vers l'intérieur la paroi du compartiment primaire. L'appareil selon la présente invention comporte de préférence une paroi mobile telle que cette paroi est suspendue à la poutrelle qui est située au-dessus d'elle, qu'un bras de liaison relie le bas de la paroi mobile à la base du pilier par une liaison rigide, et que la paroi mobile balaye tout le volume situé de part et d'autre de la paroi fixe en se déplaçant tantôt dans un sens tantôt dans l'autre.

L'appareil selon la présente invention comprend, de préférence, un ensemble de pompes et de canalisations tel que la pompe d'introduction est reliée à une canalisation d'aspiration dont l'origine se situe â la base du compartiment primaire, que la pompe d'introduction dirige les produits en provenance de la base du compartiment primaire soit à la partie supérieure du compartiment primaire, soit dans le courant des produits mis en mouvement par la pompe de recirculation, que lorsque la paroi mobile se déplace dans le sens des aiguilles d'une montre les produits sont prélevés par la pompe de recirculation devant la paroi et au pied de celle-ci et sont rejetés derrière la paroi et en haut, de façon symétrique lorsque la paroi se déplace en sens inverse des aiguilles d'une montre les produits sont prélevés par cette même pompe de recirculation et rejetés, et que la canalisation de refoulement et son extrémité sont disposées de telle façon qu'en fin de parcours de la paroi mobile elles viennent au-dessus du début du canal de sortie après avoir franchi l'échancrure.

La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un appareil pour la production de biométhane à partir de substances organiques décrit à titre d'exemple non limitatif et illustré par les figures sur lesquelles : - la figure 1 est une coupe verticale passant par l'axe central de la cuve et par deux galets de suspension de la partie supérieure situés de part et d'autre de l'axe central ;

- la figure 2 est une coupe verticale partielle passant par le début du canal de sortie ; - la figure 3 est une vue en perspective cavalière montrant la disposition de la fin du canal d'entrée et le début du canal de sortie par rapport à la cloison fixe ;

- la figure 4 est une coupe verticale partielle passant par l'axe central de la cuve et par la paroi mobile ; - la figure 5 est une coupe verticale transversale à travers la paroi mobile ; et

- la figure 6 est une coupe horizontale faite à travers le digesteur, le plan de coupe passant en-dessous du bord latéral de la bache de récupération du biogaz. Sur la figure 1 , on voit que la base du digesteur est constituée de bas en haut et successivement d'un socle en béton 1, d'une couche continue d'isolant incompressible 2, d'une dalle en bétion 3, et d'un plancher chauffant 4 parcouru par des tubes de chauffage 5. La paroi latérale cylindrique 6 est revêtue à l'extérieur d'une couche continue d'isolant 7.

Toute la partie supérieure du digesteur et son pilier central d'appui 10 dont elle est solidaire mécaniquement sont mobiles en rotation autour de l'axe central de la cuve. Pour permettre ceci, au centre de la dalle 3 est fixée une crapaudine qui reçoit l'extrémité inférieure du pilier support 10 et lui permet de faire des mouvements circulaires alternatifs en servant de guide pour les mouvements de rotation et de butée pour les efforts verticaux. A la partie, supérieure, la bache souple 12 de récupération du biogaz est solidaire de la partie mobile du digesteur. Les bords latéraux de la bache 12 plongent dans les produits dont le niveau est représenté par le pointillé 11.

Les poutrelles support 15 soutiennent la bache 12 de récupération du biogaz, au-dessus d'elles on a une couche continue d'isolant 16 surmontée d'une couverture.

Les poutrelles 13 qui supportent directent ou indirectement toutes les parties mobiles et en particulier toute la partie supérieure du digesteur prennent appui à une de leur extrémité sur la partie supérieure du pilier central 10 auquel elles sont liées de façon rigide, à leur autre extrémité, chacune d'elles est reliée à un galet 15 à axe horizontal qui la soutient horizontalement et à un galet 14 à axe vertical qui la guide verticalement. L'ensemble pilier central 10 galet 15 et galet 14 permet la rotation dans les deux sens de la partie supérieure du digesteur et des éléments qui lui sont liés.

Le câble 17 ceinture la face latérale verticale externe au niveau de l'isolant 16. Ce cable est amarré en un point de cette face latérale et il est relié à un dispositif d'entraînement réversible.

La partie centrale de la cuve est occupée par le compartiment primaire 9 dont la paroi latérale 8 est cylindrique et a le même axe vertical que le pilier support 10 et que l'axe de la cuve du digesteur. Le reste du volume de la cuve est occupé par le compartiment secondaire 43.

Sur la figure 2, on voit que la canalisation 18 d'évacuation du biogaz débute par un tube vertical qui traverse de haut en bas près de la paroi 8 du compartiment primaire le début du canal de sortie 21 puis se continue par un tube incliné qui après avoir traversé la paroi latérale 6 débouche à l'extérieur.

Sur la figure 3, on a représenté en 19 la cloison fixe. Cette cloison fixe 19 disposée selon un rayon de la cuve obture complètement la section déterminée par : en haut, le fond de la fin 20 du canal d'entrée, le fond du début 21 du canal de sortie ; en bas, le plancher chauffant 4 ; vers l'extérieur la paroi latérale 6 et vers l'intérieur la paroi 8 du compartiment primaire 9 (les éléments 4, 6, 8, 9 sont représentés sur la figure 2).

La cloison fixe 19 soutient la fin du canal d'entrée et le début 21 du canal de sortie ; celui-ci est alimenté par une échancrure 45 pratiquée dans la paroi latérale du canal en-dessous du niveau 11 des produits dans le digesteur (le niveau 11 est représente sur la figure 2).

Sur la figure 4, on voit que le bras de liaison 46 relie de façon rigide le bas de la paroi mobile a la base du pilier mobile en rotation 10. Pour permettre cette liaison et le mouvement de rotation alternatif du bras 46 le fond du compartiment primaire est à une distance suffisante du plancher chauffant 4.

A la partie supérieure de la paroi mobile on a un bac 33 ouvert à sa partie supérieure et partiellement immergé dans la partie supérieure des produits. Le fond 34 de ce bac est horizontal et il est à un niveau tel que les pompes d'introduction 24 et de recirculation 28 qui sont à l'intérieur du bac soient en charge.

La pompe d'introduction 24 est reliée à la canalisation d'aspiration 25, l'origine 26 de cette canalisation se situe à la base du compartiment primaire 9.

La pompe d'introduction 24 dirige les produits en provenance de la base du compartiment primaire : soit à la partie supérieure du compartiment primaire par l'intermédiaire de la vanne 29 et de la canalisation 30 qui débouche en 31, soit par l'intermédiaire de la vanne 27 dans le courant des produits mis en mouvement par la pompe de recirculation 28. La paroi mobile qui est en-dessous du bac 33 est suspendue à la poutrelle 13 qui est située au-dessus d'elle, elle est reliée rigidement à la partie supérieure mobile du digesteur et son axe de rotation est dont l'axe du pilier 10.

Au-dessus du bac 33 une ouverture rectangulaire 22 traverse la couverture et toute la couche d'isolant 16, cette ouverture 22 est obturée par un tampon isolant amovible 23 surmonté d'une ouverture amovible.

Au-dessus du bac 33 une ouverture rectangulaire 22 traverse la couverture et toute la couche d'isolant 16, cette ouverture 22 est obturée par un tampon amovible 23 surmonté d'une couverture amovible.

Sur la figure 5, on voit que la paroi mobile 32 effectue des aller et retour circulaires de façon à balayer tout le volume de la cuve en dehors du compartiment primaire. Ce volume 43 (voir figure 6) est situé de part et d'autre de la cloison fixe 19 (voir figure 3).

Le bac 33 est fixé par sa paroi du fond 34 à la partie supérieure de la paroi mobile. La bache souple 12 de récupération du biogaz vient s'accoler contre les parois latérales 35 du bac.

La canalisation d'aspiration 37 est située d'un côté de la paroi mobile 32 et elle a son origine en 38 au pied de la paroi mobile. L'autre canalisation d'aspiration 44 est de l'autre côté de la paroi et son origine 36 est au pied de la paroi.

Les canalisations de refoulement 39 et 41 sont situées de part et d'autre de la paroi mobile à la partie supérieure.

Elles débouchent en 40 et 42 un peu en-dessous du niveau 11 des produits. Lorsque la paroi mobile 32 se déplace dans le sens des aiguilles d'une montre les produits sont prélevés par la pompe de recirculation 28 devant la paroi et au pied de celle-ci en 38 et sont rejetés derrière la paroi et en haut en 42.

De façon symétrique lorsque la paroi se déplace en sens inverse des aiguilles d'une montre les produits sont prélevés par cette même pompe de recirculation 28 en 36 et rejetés en 40.

La canalisation de refoulement 39 et son extrémité 40 sont disposées de telle façon qu'en fin de parcours de la paroi mobile 32 elles viennent au-dessus du début 21 (figure 3) du canal de sortie après avoir franchi l'échancrure 45 (figure 3).

Sur la figure 6, on voit qu'à l'intérieur du digesteur le canal d'entrée 20 est contigu sur tout son parcours au canal de sortie 21.

Le canal d'entrée 20 pénètre dans le digesteur par une ouverture pratiquée dans la paroi latérale 6 ; cette ouverture a la même section que le canal, la partie terminale du canal d'entrée se jette dans le compartiment primaire par une échancrure de même section que le canal d'entrée. Le canal de sortie débute à l'intérieur du digesteur, il sort du digesteur par une ouverture pratiquée dans la paroi latérale 6, ouverture de même section que celle permettant le passage du canal d'entrée. On a représenté en position quelconque le bac 33, ses parois latérales 35 et la paroi mobile qui est située en-dessous. L'appareil ci-dessus décrit fonctionne de la manière suivante.

Les produits frais sont introduits par le canal d'entrée 20. Ce canal est alimenté en refus par une pompe et une lame déversante située au début du canal y maintient le niveau des produits constants.

Le canal d'entrée 20 débouche à la partie supérieure du compartiment primaire 9. Les produits entrants séjournent environ 36 heures dans le compartiment primaire ; il y subissent des réactions de dépolymérisation et d'acidification.

Les produits sont ensuite prélevés à la base du compartiment primaire par la pompe d'introduction 24 qui les envoie alternativement : à la partie supérieure du compartiment primaire 9 pour ensemencer les produits entrants, dans la veine des produits en cours de recirculation grâce à la pompe de recirculation 28.

La paroi mobile 32 se déplace alternativement dans un sens puis dans l'autre de part et d'autre de la parai fixe 19. Au cours de chaque déplacement, elle balaye l'ensemble du volume du compartiment secondaire 43.

Pendant ces mouvements et dans chaque sens, la pompe de recirculation aspire les produits devant la paroi mobile en bas de celle-ci et les refoule derrière cette même paroi mobile et en haut de celle-ci un peu en-dessous du niveau général des produits 11.

Le débit de la pompe de recirculation 28 est tel que pendant un temps donné il est égal au volume balayé par la paroi mobile 32 pendant ce même temps.

Lorsque la paroi mobile 32 arrive près de la paroi fixe 19 du côté du début 21 du canal de sortie l'extrémité 40 de la canalisation 39 vient au-dessus du début du canal de sortie 21 grâce à l'échancrure 45.

A ce moment la pompe de recirculation 28 aspire en 38 grâce à la canalisation 37 et refoule du même coté dans la canalisation 39 ce qui permet d'envoyer dans le canal de sortie les boues qui se sont accumulées devant la paroi mobile 32.

Dans le compartiment secondaire 43 se réalisent les réactions de digestion anaérobie productrices de méthane.

Lorsque la paroi mobile s'approche du début 21 du canal de sortie, on arrête la pompe d'introduction 24 de façon qu'il n'y ait pas de produits non digérés dans les produits qui quittent le digesteur. Les produits quittent le digesteur en parcourant le canal de sortie 21.

Ce canal se termine par une lame déversante qui maintient donc automatiquement les produits au même niveau constant dans le canal de sortie et dans le compartiment secondaire. Les produits sont réchauffés et maintenus à la température de digestion par le plancher chauffant 4.

Le biogaz est recueilli à la surface des produits par la bache souple 12 dont les bords latéraux plongent dans les produits assurant ainsi l'étanchéité par un joint hydraulique. Le biogaz quitte le digesteur par une canalisation 18.

La traction par un système moteur sur le câble 17 tantôt dans un sens tantôt dans l'autre réalise la rotation dans un sens tantôt dans l'autre de toute la partie supérieure, du pilier central d'appui 10 et de la paroi mobile 32. Les avantages apportés par l'invention sont la disparition totale des problèmes posés par la croûte et par la sédimentation des boues au fond du digesteur, ainsi que l'apport régulier et homogène de nutriments dans toute la masse des produits en cours de digestion, ce qui est un facteur très important pour le rendement et ce qui permet une bonne utilisation du pouvoir tampon des produits en cours de fermentation.