La méthanisation pour la valorisation des boues

La méthanisation est un procédé utilisé depuis des dizaines d’années pour traiter et surtout valoriser les boues d’épuration. Son intérêt réside dans la réduction du volume des boues, leur homogénéisation et une régularisation de leurs caractéristiques de déshydratation tout en produisant un biogaz valorisable.

Qu’est-ce que la méthanisation ?

La méthanisation est la transformation de la matière organique en biogaz composé de méthane et gaz carbonique par des bactéries dans un milieu anaérobie (absence d ’oxygène).
Cette dégradation n’est possible qu’en présence de matières fermentescibles : boues de STEP non stabilisées, boues de vidange fraîches et autres déchets organiques tels que le fumier, les résidus végétaux ou encore les déchets alimentaires.

Définition méthanisation

Principe de fonctionnement

La méthanisation a lieu dans un réacteur hermétique : le « digesteur » ou le « méthaniseur ». Il est le plus souvent sous forme de cuve cylindrique pour faciliter l’homogénéisation.

Schéma méthaniseur

En l’absence d’oxygène, la matière organique est partiellement dégradée par l’action de plusieurs types de micro-organismes. Ces bactéries étant naturellement présentes dans les matières fécales donc dans les boues de vidange ou boues de STEP, elles n’ont pas besoin d’être apportées dans le digesteur.

La méthanisation est un processus complexe durant lequel se produisent plusieurs réactions biologiques. Ces phénomènes peuvent être regroupés en trois étapes.

  1. La transformation des chaînes carbonées complexes en composés plus simples : il s’agit des réactions d’hydrolyse et d’acidogénèse.
  2. La conversion des chaînes carbonées simples en acide acétique : c’est l’acétogénèse
  3. La transformation de l’acide acétique en méthane et CO2 : c’est la méthanogénèse
réactions de méthanisation

Dans le cas de la méthanisation de déchets solides, d’autres phénomènes physiques interviennent également.

Les intrants sont stockés après prétraitement dans des fosses de stockage avant d’être transférés vers l’unité de préparation où ils sont homogénéisés. Ce substrat est ensuite injecté dans le méthaniseur complètement étanche et en absence d’oxygène. Le temps de séjour est de 60 à 70 jours. Des agitateurs placés dans le réacteur maintiennent la bonne homogénéisation du milieu.

Souvent, une recirculation permet d’évacuer le trop plein de digestat vers l’unité de préparation.

Les principaux produits gazeux de la décomposition anaérobie sont le méthane et le dioxyde de carbone. Ils se séparent de la matière liquide et forment un biogaz collecté au-dessus du digestat, dans le dôme du réacteur.

Le digestat est également récupéré pour être valorisé. Dans le cas présent de la méthanisation des boues, il peut être déshydraté ou séché pour obtenir des boues d’un fort pouvoir fertilisant.

digestion anaérobie boues de vidange

Devenir du gaz

La composition du biogaz issu de la méthanisation des boues est : méthane 50 à 65%, CO2 : 35 à 50% (+ autres : H2S, SiH4)

Bien que les principaux produits gazeux de la méthanisation soient le méthane et le dioxyde de carbone, d’autres gaz très minoritaires et parasites, comme le sulfure de dihydrogène et autres COV, se retrouvent dans le biogaz. En fonction de la voie de valorisation de ce biogaz, un traitement d’épuration peut être nécessaire.

La voies de valorisation possibles dans un contexte africain, sur une station de traitement de boues de vidange ou d’épuration, sont multiples :

  • Combustion : le biogaz peut être valorisé sur site via une chaudière à gaz pour le séchage thermique des boues par exemple.
  • Cogénération : le biogaz est valorisé en électricité utilisée sur site et la chaleur peut être valorisée également sur site (séchage thermique des boues par exemple)
  • Epuration : le biogaz est transformé en biométhane puis compression pour utilisation domestique ou autre

 Le choix de la filière de valorisation est fondamental pour une rentabilisation réelle de toute l’installation de méthanisation. L’utilité, la durabilité et l’exploitation doivent être prises en compte dès la genèse du projet.

Valorisation du biogaz

Avantages de la méthanisation

  • Réduction de 30 à 50 % en moyenne des quantités de boues à traiter
  • Pas de nuisances olfactives
  • Production d’un digestat stabilisé, hygiénisé et présentant un pouvoir fertilisant
  • Réduction des teneurs en composés organiques volatils
  • Production d’une matière bien acceptée en agriculture
  • Production d’un biogaz valorisable (chaleur & électricité in situ et plus rare gaz domestique)
  • Création d’emplois locaux en maintenance et exploitation

Inconvénients de la méthanisation

  • Stockage de volumes importants de biogaz
  • Gestion du biogaz coûteuse (épuration, compression, …)
  • La mise en route peut être longue du fait du chargement
  • Sensible à la qualité des intrants
  • Entretien et suivi rigoureux pour maîtriser les paramètres (pH & température)
  • Tout dysfonctionnement peut être coûteux (arrêt, vidange, redémarrage…)

Paramètres de dimensionnement

1. La température du procédé

Deux plages de températures sont possibles pour une méthanisation optimale :

  • la gamme mésophile (35-40°C) : la plus souvent mise en place
  • la gamme thermophile (55-60°C) : permettant une réduction plus importante du volume des boues à traiter

2. La charge organique appliquée et le temps de séjour hydraulique

Ces 2 paramètres sont liés : pour un même type de boues l’augmentation de la charge se traduit par une diminution du temps de séjour. De façon générale, le temps de séjour pour les boues urbaines ou boues de vidange est compris entre 30 et 60 jours en fonction de leurs caractéristiques.

installation de méthanisation

Autres paramètres de conception

D’autres paramètres sont à prendre en compte pour une optimisation du rendement et du fonctionnement du digesteur.

  • L’intensité du brassage du réacteur. Une homogénéisation performante est nécessaire pour réduire les écarts de température et pour une répartition homogène des microorganismes dans le réacteur.
  • Une alimentation régulière du réacteur. Un apport de boues fraîches et un soutirage de digestat réguliers permettent un développement stable des microorganismes.
  • Un prétraitement efficace des boues. Dans le cas des boues de vidange, un prétraitement bien choisi permet de rendre les matières organiques plus accessibles et donc disponibles à la dégradation bactérienne.

Comment mettre en place une méthanisation des boues ?

La méthanisation des boues de vidange ou d’épuration est préconisée dans ces conditions générales :

  • Lorsque la quantité de boues est importante
  • Lorsqu’une valorisation du biogaz est envisageable
  • Dans un souci d’impact environnemental réduit
  • D’autres déchets fermentescibles (déchets domestiques, fumiers, agroalimentaires) sont également disponibles

Cependant la faisabilité de ce procédé de traitement est à évaluer en fonction de toutes les contraintes liées au projet. Il est nécessaire de faire appel à un spécialiste pour une conception et construction fiable qui pourra garantir un fonctionnement optimal de votre installation.

Maji Solutions saura vous accompagner dans votre projet de méthanisation de la conception jusqu’à la construction, tout en vous assistant dans la formation du personnel exploitant.

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