Procédés biologiques

L’utilisation des micro-organismes pour le traitement des gaz est récente. Le principe repose sur la capacité des bactéries, habituellement de type chimiotrophe40, d’oxyder les ions sulfures d’H2S en soufre élémentaire (S°) avec un apport minimal de nutriments (Équation 8). Ces bactéries ne peuvent se développer qu’en milieu aqueux. Le maintien d’une quantité suffisante d’eau est donc indispensable [N. De de Arespacochaga et al., 2014; Syed et al., 2006].

H2S + CO2 + nutriments + O2  matériaux cellulaires + S° et/ou SO42- + H2O Équation 8 Les procédés de désulfuration biologique sont mis en œuvre dans des « bioréacteurs ». Trois types existent sur le marché : les biofiltres, les filtres percolateurs et les biolaveurs. La société ATZ-EVUS commercialise le biofiltre BioSulfex®, avec six unités implantées en Allemagne et au Japon. Les filtres percolateurs ont été mis en œuvre à l’échelle industrielle plus récemment [Pré et al., 2004; Ramírez et al., 2009]. Le procédé bioSulfurex®41 (DMT) est actuellement commercialisé, avec une installation en France (SEDA Angers). Une autre solution de filtre percolateur est commercialisée par OVIVE,

38 Source :

http://pdf.directindustry.com/pdf/dmt-environmental-technology/dmt-sulfurex-chemical-bio-gas-desulphurisation/90057-296131.html (04/12/2016)

39 Source : http://en.paques.nl/applications/featured/biogas-desulphurisation (06/12/2016)

40 Les bactéries chimiotrophes se développent en utilisant l’énergie chimique issue de l’oxydation d’H2S et du CO2 comme source de carbone [Syed et al., 2006].

41 Source : http://methanesys.com/wp-content/uploads/English-Leaflet-DMT-BioSulfurex-Biological-biogas-desulphurisation.pdf (05/12/2016)

le BDS®42. Les biolaveurs sont de conception plus récente, avec comme exemple, le procédé Thiopaq® (présenté auparavant dans §III.2.1).

Aujourd’hui, bien que les procédés biologiques soient reconnus pour le traitement d’H2S dans les biogaz, ils ne sont que très peu utilisés. Ces techniques de désulfurisation sont généralement considérées comme économiques et respectueuses de l’environnement, notamment parce que l’utilisation de produits chimiques est réduite [Abatzoglou and Boivin, 2009]. Cependant, les variations des conditions (composition biogaz, teneur en O2, température), ainsi que le colmatage causé par la précipitation du S°, ont un impact sur l’efficacité du procédé [N. De de Arespacochaga et al., 2014]. Ces procédés nécessitent la présence de personnels dédiés à leur suivi quotidien, à l’inverse des procédés d’adsorption. De plus, les volumes d’effluents liquides à traiter sont considérables, notamment dans le cas des filtres percolateurs produisant un effluent chargé d’acide sulfurique. Tout ceci freine leur mise en œuvre industrielle, surtout dans des ISDND.

Bilan

L’état de l’art sur les techniques d’élimination d’H2S dans les biogaz, notamment issus d’ISDND, a montré que diverses solutions existent. L’épuration par adsorption, spécialement avec des CAI, reste

le traitement le plus utilisé industriellement, mais les autres techniques se développent vite.

Aujourd’hui, la recherche s’oriente vers le développement de systèmes régénératifs et plus sélectifs afin de réduire le coût de renouvellement des adsorbants. Les traitements biologiques peuvent constitués une solution pertinente pour réaliser un premier abattement d’H2S à coût réduit.

En conclusion, des facteurs communs peuvent être mis en relief pour la majorité des traitements de

désulfuration, visant à l’élimination d’H2S. Ces facteurs sont listés ci-dessous :

 Une phase aqueuse : sous forme de solution pour l’absorption ou bioréacteurs, ou bien sous forme de film d’eau pour l’adsorption.

 Un milieu basique : charbons actifs imprégnés avec des bases fortes, solutions de lavage alcalines pour favoriser la dissociation en HS-.

 Un milieu oxydant (oxydes métalliques, oxygène) et/ou un milieu avec des micro-organismes (bioréacteurs) qui permet l’oxydation d’H2S en S°.

 La présence d’un support solide poreux (tailles de pores adéquates, micro et/ou mésopores) et de surface spécifique importante (adsorbants, garnissage) lequel sert de support d’adsorption, réaction et/ou catalyse.

Le Tableau 10 fait une synthèse des techniques courantes d’élimination d’H2S dans les biogaz présentées précédemment. Leur adéquation vis-à-vis de l’élimination d’H2S dans le biogaz d’ISDND, les avantages et inconvénients, ainsi que les éléments de coût (CAPEX43 et OPEX44) sont synthétisés.

42 Source : http://www.ovive.fr/process-produits/traitement-du-biogaz/traitement-biologique-de-lh2s-ovive-bds/ (01/02/2017).

43 CAPEX : dépenses d’investissement (ou Capital Expediture).

Tableau 10. Récapitulatif de techniques existantes d’épuration d’H2S dans le biogaz. Technique Media Adéquation pour l’élimination d’H2S

CAPEX OPEX Avantages Inconvénients Remarque

Adsorption

physique ^{Charbons actifs + + ++}

Adsorbant régénérable et simplicité opérationnelle Faible taux de charge pour H2S (peu de sélectivité) Plus adapté pour les COV

et COVSi Adsorption chimique Charbons actifs imprégnés ^{+++ + +++} Adsorption sélective pour H2S et simplicité opérationnelle

Pas régénérable robuste. La ^Technique plus utilisée Oxydes et hydroxydes métalliques ^{+++ + ++} Adsorption sélective pour H2S et épuration en continu grâce au cycle épuration/ régénération. Régénération très exothermique et limitée Prise en masse constatée Absorption

gaz-liquide avec NaOH ^{Absorption ++ ++ ++ Absorption selective} d’H2S

Consommation d’eau et de réactifs. Traitement des effluents Technicité importante Procédés biologiques

Biolaveurs _{+++ +++ ++} ^{Absorption sélective} pour H2S et régénération du réactif. Technicité importante De plus en plus utilisé

Biofiltres ++ ++ + Pas de réactifs

Besoin d’O2. Faible adaptabilité aux variations du biogaz

et température. Vidange et rinçage réguliers pour éviter

l’encrassement et accumulation de soufre. Premier abattement d’H2S Biofiltres percolateurs ^{++ ++ ++} Pas de réactifs. Adapté pour des gros

débits et fortes concentrations en H2S

Besoin d’O2. Faible adaptabilité aux variations du biogaz

et température. Vidange et rinçage réguliers pour éviter

l’encrassement et accumulation de soufre. Effluents liquides acides à traiter. Premier abattement d’H2S

Bien que la recherche d’une efficacité optimum des techniques conventionnelles de désulfuration du biogaz qui viennent d’être décrites soit un objectif primordial pour les acteurs de la filière biogaz, ces dernières génèrent, malgré tout, des coûts opérationnels conséquents. La recherche de solutions

épuratoires « alternatives » se développe naturellement dans cette optique de réduction des coûts.

L’état de l’art et le niveau de développement de ces solutions sont présentés dans le paragraphe qui suit.

IV. Techniques « alternatives » d’élimination d’H

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