Une alternative à l’autosuffisance en énergie et en biofertilisants

SUJETS

BIODIGESTOR
1. LE FONCTIONNEMENT DE BASE D’UN BIODIGESTEUR
2. LES CRITÈRES À PRENDRE EN COMPTE LORS DE LA CONCEPTION D’UN BIODIGESTEUR
3. TYPES DE BIODIGESTEURS
3.1 Fosses septiques
3.2 Biodigesteur du dôme flottant (Indien)
3.3 Biodigesteur à dôme fixe (chinois)
3.4 Biodigesteur à structure flexible
3.4.1 Matériaux de construction des biodigesteurs
3.4.2 Coût de l’installation de biodigesteur
3.4.3 Aspects pratiques
3.5 Digesteur flottant
3.5.1 Fonctionnement du digesteur
3.5.2 Maintenance
3.6 Digesteur avec cuve de stockage traditionnelle et dôme en polyéthylène
3.7 Digesteurs à haute vitesse ou à débit induit
3.7.1 Avantages des digesteurs à haute vitesse ou à écoulement induit
3.7.2 Précautions à prendre avec les digesteurs à haute vitesse ou à écoulement induit
3.8 Installations industrielles
4. AVANTAGES DES BIODIGESTEURS
5. DIFFICULTÉS TECHNIQUES DES BIODIGESTEURS
6. CONCLUSIONS

BIODIGESTOR

Biodigesteur 1

1. LE FONCTIONNEMENT DE BASE D’UN BIODIGESTEUR

Le biodigesteur est un moyen économique et facile d’obtenir de l’énergie qui a un grand potentiel pour être développé et largement utilisé.

2. CRITÈRES À PRENDRE EN COMPTE LORS DE LA CONCEPTION D’UN BIODIGESTEUR

Voici les aspects à prendre en compte dans la conception, la planification et la construction d’un biodigesteur :

Facteurs humains
– Langue
– Besoin, qui peut être sanitaire, énergétique et fertilisant.
– Ressources disponibles de type économique, matériaux de construction, main-d’œuvre, utilisation du produit, surface disponible.
– Disponibilité de la matière première, si les déchets agricoles, les déchets d’élevage, les déchets ménagers, les déchets urbains, les déchets industriels sont disponibles.

Facteurs biologiques
– Maladies et ravageurs des humains, du bétail et de l’agriculture

Facteurs physiques
– Emplacement, qu’il s’agisse d’une zone urbaine, rurale ou semi-urbaine, et aspects géographiques tels que la latitude, la longitude et l’altitude.
– Les aspects climatiques à l’intérieur de ces aspects sont les températures maximales et minimales, les précipitations, l’humidité ambiante, l’intensité solaire, l’intensité des vents et leur direction.
– Routes d’accès.
– Topographie, en tenant compte de la pente du terrain, qu’elle soit plate, ondulée ou cassée.
– Les sols avec leurs caractéristiques telles que la texture, la structure, la nappe phréatique et la capacité agronomique.

Facteurs de construction
– Techniques de construction s’il s’agit de terre compactée, de chaux et de bord ou de brique (terre cuite, sol-ciment, silico-calcaire), de tôles préfabriquées, de ferrociment, de béton, de modules préfabriqués.

Facteurs d’utilité
– Fonction principale, qu’elle soit expérimentale, démonstrative ou productive.
– Utilisations, si l’utilisation est de type sanitaire, énergétique, engrais, intégral.
– Organisationnel si le biodigesteur va être construit à l’échelle nationale, pour un groupe familial, une communauté ou une entreprise.
– Capacité, si elle est petite de 3 à 12 m3 / digesteur ; si elle est moyenne de 12 à 45 m3 digesteur et si elle est grande de 45 à 100 m3 / digesteur.
– Fonctionnement de l’installation en tenant compte d’aspects tels que le fonctionnement du prétraitement, du mélange, du chargement et des régulateurs de pH, les obstructions liquides, solides et gazeuses : le rejet des effluents liquides et gazeux et des boues ; le stockage des liquides, solides et gaz ; l’application des liquides par pompage, par irrigation ou par entraînement par irrigation ; les solides qui sont dissous dans l’eau et solides en masse ; et enfin les gaz utilisés pour la cuisson et l’éclairage et indirectement dans les moteurs.

Afin de réduire la taille des digesteurs, on a utilisé les produits biologiques qui fournissent la plus grande quantité de biogaz par unité de volume ; certains d’entre eux sont : les excréments d’animaux, la cachaze de canne à sucre, les résidus des abattoirs, des distilleries et des usines de levure, la pulpe et la balle de café ainsi que la matière végétale sèche.

3. TYPES DE BIODIGESTEURS

Il existe de nombreux types d’installations de biogaz, mais les plus courantes sont la canopée flottante (indienne) et le dôme fixe (chinoise). La faible acceptabilité d’un grand nombre de ces biodigesteurs est principalement due aux coûts élevés, aux difficultés d’installation et aux problèmes d’approvisionnement en pièces détachées et pièces de rechange.

3.1 Fosses septiques
C’est le plus ancien et le plus simple digesteur anaérobie connu, normalement utilisé pour l’évacuation des eaux usées domestiques. L’utilisation potentielle des gaz de fermentation anaérobie à des fins domestiques en découlerait.
Pour le bon fonctionnement de ces puits, il est essentiel d’isoler les eaux usées qui y tombent de celles qui contiennent du savon ou des détergents. L’effet des savons et surtout des détergents, inhibe l’action métabolique des bactéries, c’est pourquoi les puits se remplissent rapidement et cessent de fonctionner, ce qui oblige à les déboucher fréquemment pour redémarrer l’opération.
Lorsqu’il n’est pas possible de séparer les eaux-vannes des savons, comme dans le réseau d’égouts urbains, il est nécessaire d’effectuer un traitement chimique avec des Polymères à cette eau afin de résoudre le problème avant de commencer la fermentation anaérobique.

3.2 Biodigesteur du dôme flottant (Indien)
Ce biodigesteur est constitué d’un tambour, fabriqué à l’origine en acier, puis remplacé par du plastique renforcé de fibre de verre (PRFV) pour surmonter le problème de la corrosion. Le mur du réacteur et le fond en briques sont normalement construits, bien que l’on utilise parfois des armatures en béton. Le gaz produit est piégé sous un couvercle flottant qui monte et tombe dans un guide central. La pression de gaz disponible dépend du poids du réservoir de gaz par unité de surface et varie normalement entre 4 et 8 cm de pression d’eau. Le réacteur est alimenté de façon semi-continue par une conduite d’entrée.

3.3 Biodigesteur à dôme fixe (chinois)
Ce réacteur est constitué d’une chambre à gaz ferme construite en briques, en pierre ou en béton. Le haut et le bas sont hémisphériques et sont reliés par des côtés droits. La surface intérieure est scellée par de nombreuses couches minces de mortier pour la rendre ferme. Le tuyau d’entrée est droit et les extrémités sont de niveau. Il y a un bouchon d’inspection sur le dessus du digesteur qui facilite le nettoyage. Le gaz produit pendant la digestion est stocké sous le dôme et une partie des volumes du digesteur est déplacée dans la chambre d’effluent, avec des pressions du dôme comprises entre 1 et 1,5 m d’eau. Cela crée des forces structurelles assez élevées et c’est la raison pour laquelle le sommet et le fond sont hémisphériques. Des matériaux de haute qualité et des ressources humaines coûteuses sont nécessaires pour construire ce type de biodigesteur. Plus de cinq millions de biodigesteurs ont été construits en Chine et fonctionnent correctement (FAO, 1992) mais, malheureusement, la technologie n’a pas été aussi populaire en dehors de la Chine.
L’avantage de cette installation est sa longue durée de vie (en moyenne jusqu’à 20 ans), à condition qu’un entretien systématique soit effectué.

Biodigesteur 2


Schéma du digesteur chinois : 1. tuyau de sortie du gaz ; 2. joint amovible ;
Entrée ; 5. réservoir de déplacement ; 6. tuyau de sortie ; 7. réservoir de gaz ; 8. réservoir de stockage de gaz ; 8.

3.4 Biodigesteur à structure flexible
L’investissement élevé requis pour construire le biodigesteur à structure fixe a été un facteur limitant pour le faible revenu des petits agriculteurs. Cela a motivé les ingénieurs de la province de Taiwan dans les années 1960 (FAO, 1992) à fabriquer des biodigesteurs à partir de matériaux flexibles moins chers. Le nylon et le néoprène ont d’abord été utilisés, mais se sont avérés relativement coûteux. Dans les années 1970, l’un des développements majeurs a été de combiner le PVC avec les déchets des raffineries d’aluminium, produit appelé ” PVC à boue rouge “.

Ce matériau a ensuite été remplacé par du polyéthylène moins cher, qui est aujourd’hui le matériau le plus couramment utilisé en Amérique latine, en Asie et en Afrique. Depuis 1986, le Centre de recherche sur les systèmes de production agricole durables (CIPAV) recommande l’utilisation de biodigesteurs de plastique économiques comme technologie appropriée pour une meilleure utilisation des excréta du bétail, réduisant ainsi la pression sur les autres ressources naturelles.

Dans ce digesteur, le gaz s’accumule dans la partie supérieure du sachet, partiellement rempli de biomasse en fermentation ; le sachet est gonflé lentement avec une faible pression de service, car la pression de service du sachet ne peut être dépassée.
Polyéthylène Biodigesteur

Biodigesteur 3

Ce biodigesteur contient les composants suivants :

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3.7.1 Avantages des digesteurs à haute vitesse ou à écoulement induit
– Temps d’opération plus court
– Empêche la formation d’une croûte de matière à l’intérieur du digesteur
– Atteint la dispersion des matériaux inhibant l’action métabolique des bactéries, empêchant les concentrations localisées de matériaux potentiellement toxiques pour le système.
– Favorise la désintégration des grosses particules en particules plus petites, ce qui augmente la surface de contact et donc la vitesse de digestion.
– Maintient une température de biomasse plus uniforme dans le digesteur pour une réaction et une dégradation plus uniformes.
– Inhibe le tassement des particules biodégradables plus grosses
– Permet une séparation et une remontée plus rapides du gaz lorsqu’il se forme à l’intérieur du digesteur.
– Améliore les conditions de contrôle et la stabilité de la biomasse dans le digesteur

3.7.2 Précautions à prendre avec les digesteurs à haute vitesse ou à écoulement induit :
Lorsque des matières organiques d’origine végétale sont introduites indistinctement dans le digesteur continu conventionnel, comme l’herbe ou les feuilles d’arbres, les cultures excédentaires ou les déchets biodégradables, qui ont tendance à flotter dans l’eau en raison de leur forte teneur en cellulose, elles finissent par le bloquer et arrêter son fonctionnement efficace dans un court délai, voire des jours, selon la quantité de matière fournie.
Afin d’éviter le colmatage, le matériel végétal est traité dans des digesteurs conventionnels par lots ou des digesteurs par lots par cycles de 60 à 80 jours, ce qui signifie que pour l’approvisionnement en gaz et en effluents pendant un an, un minimum de quatre unités doivent être disponibles avec production alternative. Ces solutions représentent un coût élevé et un grand effort.

3.8 Installations industrielles

Les installations industrielles de production de biogaz utilisent des réservoirs métalliques pour stocker séparément la matière organique et le biogaz.

Ce type de plante, en raison du grand volume de matière organique nécessaire pour assurer la production de biogaz et de la quantité de biofertilisant obtenu, est conçu avec de grands bassins de collecte et de stockage construits en brique ou en béton.

Afin d’obtenir le meilleur rendement possible, des systèmes de pompage sont utilisés pour déplacer les matières organiques des bassins de collecte vers les biodigesteurs et les biofertilisants des digesteurs vers les réservoirs de stockage. Les systèmes de compression sont également utilisés dans les réservoirs de stockage de biogaz pour garantir que le biogaz parvienne au consommateur final.

Pour éviter les odeurs désagréables, des filtres sont utilisés pour séparer le sulfure d’hydrogène gazeux du biogaz, ainsi que des vannes d’arrêt et de sécurité et des tuyaux pour raccorder l’ensemble du système et le faire fonctionner conformément aux normes en vigueur pour ce type d’installation.

La tendance mondiale dans le développement des biodigesteurs est de réduire les coûts et d’augmenter la durée de vie utile de ces installations, dans le but d’atteindre le plus grand nombre d’utilisateurs de cette technologie.

Biodigesteur 9


Biodigesteurs industriels

4. AVANTAGES DES BIODIGESTEURS
1. il permet de diminuer l’abattage des forêts car il n’est pas nécessaire d’utiliser du bois de chauffage pour cuisiner.
Elle humanise le travail des paysans, qui devaient chercher du bois de chauffage dans des endroits de plus en plus éloignés.
3. la diversité des usages (éclairage, cuisson des aliments, production d’énergie électrique, transport automobile et autres).
Produit des biofertilisants riches en azote, phosphore et potassium, capables de concurrencer les engrais chimiques, qui sont plus chers et nuisent à l’environnement.
5. élimine les déchets organiques, par exemple les excréments d’animaux, qui sont un contaminant de l’environnement et une source de maladies pour les humains et les animaux.

L’utilisation de biodigesteurs en plus de permettre la production de biogaz offre d’énormes avantages pour la transformation des déchets :

– Améliore la capacité fertilisante du fumier. Tous les nutriments tels que l’azote, le phosphore, le potassium, le magnésium ainsi que les éléments mineurs sont conservés dans l’effluent. Dans le cas de l’azote, une grande partie de l’azote présent dans le fumier sous forme de macromolécules est convertie en formes plus simples comme l’ammonium (NH4+), qui peut être utilisé directement par la plante. Il est à noter que dans les cas où le fumier est séché dans l’environnement, environ 50 % de l’azote est perdu.

– L’effluent est beaucoup moins odorant que l’effluent.

– Contrôle des pathogènes. Bien que le niveau de destruction des pathogènes varie en fonction de facteurs tels que la température et le temps de rétention, il a été démontré expérimentalement qu’environ 85% des pathogènes ne survivent pas au processus de biodigestion. Dans des conditions de laboratoire, avec des températures de 35 oC, les coliformes fécaux ont été réduits de 50 à 70% et les champignons de 95% en 24 heures.

5. DIFFICULTÉS TECHNIQUES DES BIODIGESTEURS

La construction des biodigesteurs comporte une série de difficultés techniques :
– Le digesteur doit se trouver à proximité de la zone de collecte du substrat de départ et de la zone de consommation.

– Une température constante proche de 35ºC doit être maintenue. Cela peut rendre le processus d’obtention du produit plus coûteux dans les climats froids.

– Il est possible d’obtenir du SH2 comme sous-produit, qui est toxique et corrosif, selon le substrat de départ et la présence ou non de bactéries sulfatoréductrices. La présence de SH2 entraîne une diminution de la production de CH4, ce qui diminue la capacité calorifique du biogaz et rend le processus plus coûteux en raison de la nécessité de le purifier.

– Vous devez accumuler les déchets organiques près du biodigesteur.

– Risque d’explosion en cas de non-respect des consignes de sécurité relatives aux gaz combustibles.

6. CONCLUSIONS

– L’utilisation de biodigesteurs offre de grands avantages pour le traitement des déchets organiques des exploitations agricoles, en plus de réduire leur charge polluante, d’extraire une grande partie de l’énergie contenue dans la matière, d’améliorer sa valeur fertilisante et de contrôler, de manière significative, les odeurs.

– L’utilisation du biogaz pour la production d’électricité et d’énergie thermique donne une valeur ajoutée à l’utilisation des biodigesteurs dans les exploitations agricoles.

– Les résultats économiques ne peuvent être généralisés parce qu’ils changeront selon les circonstances de chaque endroit.

– Des pays comme la Chine et l’Inde utilisent traditionnellement le biogaz comme combustible pour le chauffage, la cuisine et l’éclairage. En même temps, ils réparent des sols dégradés à travers des siècles de culture. L’Europe, les Etats-Unis et l’Argentine développent la recherche sur les applications du biogaz en vue d’une meilleure utilisation future.

– Les biodigesteurs peuvent jouer un rôle important dans les systèmes agricoles intégrés en contribuant à la réduction de la pollution et en ajoutant de la valeur aux excréments du bétail.

– L’impact du biodigesteur économique est inconstant. L’adoption de la technique et le succès des résultats dépendent d’aspects tels que la localisation (disponibilité des combustibles traditionnels) et la manière dont la technologie est introduite, adaptée et améliorée en fonction des conditions locales et techniques. La technologie des biodigesteurs à film tubulaire est un moyen simple et bon marché de produire du gaz, la technologie a été développée pour s’appliquer en particulier dans les pays où les conditions socio-économiques facilitent son adoption rapide, comme le Viet Nam et le Cambodge.

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