Co-digestion de déchets solides : Caractérisation de la fraction liquide des digestats après séparation liquide/solide

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Submitted on 3 Jun 2020

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Co-digestion de déchets solides : Caractérisation de la fraction liquide des digestats après séparation

liquide/solide

Afifi Akhiar, Audrey Battimelli, Michel Torrijos, Jean-Philippe Steyer, Hélène Carrère

To cite this version:

Afifi Akhiar, Audrey Battimelli, Michel Torrijos, Jean-Philippe Steyer, Hélène Carrère. Co-digestion de déchets solides : Caractérisation de la fraction liquide des digestats après séparation liquide/solide : Focus sur la teneur en matière organique résiduelle et sa biodégradabilité. Journées Recherche et Industrie Biogaz méthanisation, Association Technique Energie Environnement (ATEE). FRA., Feb 2016, Limoges, France. �hal-01594608�

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Co-digestion de déchets solides :

Caractérisation de la fraction liquide des digestats après séparation liquide/solide

A. Akhiar, A. Battimelli, M. Torrijos, J.P.

Steyer et H. Carrère

LBE, Laboratoire de Biotechnologie de l’Environnement, INRA, Narbonne

Focus sur la teneur en matière organique résiduelle et sa biodégradabilité

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Contexte de l’étude

• Co-digestion de déchets solides => nouveaux digestats

• Etape de séparation solide/liquide

• Caractéristiques de la fraction liquide des digestats mal connue

=> Travaux de thèse au LBE Narbonne

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Problématique

• Caractérisation des digestats après séparation

• Difficulté de simuler au laboratoire l’étape de séparation solide/liquide industrielle

Enjeux

• Effet des conditions de co-digestion sur la composition du digestat liquide

• Optimisation des filières de traitement et de

valorisation des digestats liquides

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PROTOCOLE D’ÉCHANTILLONNAGE ET ANALYSES

Matériel et méthodes

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Le digestat liquide

Méthaniseur Co-

Substrats

Séparation Solide/Liquide

Digestat Solide Digestat

Liquide

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Méthodologie de caractérisation

Colloïdes fins Filtration 1 kDa

Colloïdes grossiers Filtration 0.45 µm

Particules en suspension Filtration 1.2 µm

Filtrats Matière dissoute

Caractérisation détaillée

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Méthodologie de caractérisation

Colloïdes fins Filtration 1 kDa

Colloïdes grossiers Filtration 0.45 µm

Particules en suspension Filtration 1.2 µm

Filtrats Matière dissoute

Caractérisation détaillée

Mesures Digestat Liquide Filtrat 1.2 µm Filtrat 0.45 µm Filtrat 1 kDa Physiques Matières sèches, turbidité, granulométrie, UV/Vis, fluorimétrie, pH,

conductivité, …

Chimiques DCO, COT/CI, azote total/ammoniacal, anions/cations, sucres, protéines, acides humiques, AGV, …

Biologiques DBO₅, DBO₂₁

Analyses / Echantillon:

4 fractions + 20 analyses 3 répétitions

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Echantillons de digestats liquides étudiés

Site indus

triel

Composition de la ration

Température méthanisation

(°C)

Charge (t/j)

Temps de séjour

(j)

Séparation solide/liquide A Boues (36%), fumier (16%), résidus de cultures (7%), graisses (22%),

sang (7%), aliments pour animaux (5%), fruits et légumes (7%) 35 120 Presse à vis B Fumier bovin (60%), lisier (20%), résidus de céréales (10%), graisses

(8%), eau de pluie (2%) 35 15 60 Presse à vis

C Fruits et légumes (100%) 35 16.6 24 Table vibrante

E Boues (40%), graisses (30%), déchets alimentaires (30%) 35 90 37 Centrifugeuse F Lisier (50%), fumier (10%), résidus de cultures (18%), résidus de

céréales (11%), fruits et légumes (11%) 35 15 Presse à vis

H Lisier porcin (28%), boues (50%), graisses (22%) 35 30 31 Centrifugeuse

I Biodéchets (100%) 55 100 30

Coagulant, presse à vis et

centrifugeuse J Ensilage de maïs (95%) et fumier de volaille (5%) 55 35 35 Coagulant et

presse à vis K

Résidus de cultures (20%), graisses (20-30%), déchet de céréales (10-15%), glucose (5-10%), boues (10-12%), biodéchets, déchets

d’abattoir (3-4%)

35 80 30-35 Presse à vis

L Lisier (64%), fruits et légumes (16%), résidus de céréales (9%),

boues (5%), déchets verts (5%) 35 5.5 46 Presse à vis

M Fumier (33.3%), ensilage de maïs (33.3%), rejet liquide de la ferme (33.3%)

35 10 80 Table vibrante

G Boues de STEP (100%) 35 19.1 20 Centrifugeuse

+ polymère

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Echantillons de digestats liquides étudiés

Site industriel Composition de la ration

Température méthanisation (°C)

Charge (t/j)

Temps de

séjour (j) Séparation solide/liquide - 11 Installations de

co-digestion - 1 digesteur de boues de STEP (pour comparaison)

Fumiers, Déchets agricoles et

agro-alimentaires, Boues de STEP

Mésophile,

Thermophile 5-120 20-80

Presse à vis, Centrifugeuse,

Table vibrante (+ Coagulant/Floculant)

12 échantillons

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COMPOSITION DES DIGESTATS LIQUIDES

Résultats

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DCO des digestats liquides

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

A B C E F H I J K L M G

DCO (g/L)

Origine du prélèvement

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DCO des digestats liquides

• Liée au type de séparation…

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Presse à vis Presse à vis Presse à vis Table vibrante Presse à vis Presse à vis + Coagulant + Centrifugation Presse à vis + Coagulant Presse à vis Centrifugation Centrifugation Table vibrante Centrifugation + Polymère

DCO totale (g/L)

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DCO des digestats liquides

• Liée au type de séparation… Et au substrat

0 50 100

Presse à vis Presse à vis Presse à vis Presse à vis +…

Centrifugation Table vibrante

DCO totale (g/L)

0 20 40 60 80 100

0%

10%

5%

0%

23%

33%

35%

40%

70%

DCO totale (g/L)

Teneur en fibres dans la ration

(15)

Répartition de la DCO de digestats liquides

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

DCO (g/L)

Matières en Suspension Colloïdes Grossiers Colloïdes Fins Matière Dissoute

(16)

Caractéristique typique des fractions de digestats liquides

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Fraction DCO des Matières en Suspension

DCO (g/L)

Matières en Suspension Colloïdes Grossiers Colloïdes Fins Matière Dissoute

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BIODEGRADABILITE DES DIGESTATS LIQUIDES

Résultats

(18)

Biodégradabilité aérobie (DBO

₅

/DBO

₂₁

)

0 20 40 60 80 100 120 140

0 5 10 15 20 25

REF

Facilement biodégradable

5 jours

Lentement biodégradable

21 jours

Capteur de pression

Table agitante

Flacons incubation

Enceinte thermostatée 20°C

Solution de référence

mg/L

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Allures typiques des cinétiques de biodégradation des digestats liquides

0 5 10 15 20 25

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

DBO (g/L)

Durée (jours)

0 20 40 60 80 100 120 140

0 5 10 15 20 25

REF

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Estimation des fractions de biodégradabilité des digestats liquides

0 10 20 30 40 50 60 70 80

g O2/L

biodégradable lentement biodégradable récalcitrant

(21)

Estimation des fractions de biodégradabilité des digestats liquides

16%

7%

18% 16%

5%

38%

18%

23%

15%

21%

10%

24%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Fraction Biodégradable

g O2/L

biodégradable lentement biodégradable récalcitrant Fraction Biodégradable

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Différences de biodégradabilités dans les fractions des digestats liquides?

1.2 µm

0 20 40 60 80

g O2/L

Biodégradabilité des Solides

0 5 10 15 20

g O2/L

Biodégradabilité des fractions Solubles &

Colloïdales

Solides

Soluble &

Colloïdal Digestat

Liquide

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Relation de biodégradabilités entre les fractions du digestat liquide?

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

% des fractions pour les solides

% des fractions pour les colloïdes et le soluble Biodégradable Lentement biodégradable Récalcitrant

(24)

FRACTION LIQUIDE DES DIGESTATS

Conclusions

(25)

En pratique…

• Après séparation du digestat, dans le liquide :

– la pollution est en grande majorité sous forme de MES et de colloïdes (90%)

– la matière organique (MES/soluble) est peu biodégradable (<

20%)

– la fraction soluble et colloïdale contient une pollution non dégradable autour de 6 g/L

• Traitement tertiaire de la fraction liquide du digestat :

– Physicochimique : filtration, coagulation, oxydation,….Coût?

– boues activées : peu de dégradation, présence de DCO soluble réfractaire, accumulation dans les boues des solides et colloïdes

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Conclusion et perspectives de l’étude

• Identifier le lien entre composition de la fraction liquide des digestats et les paramètres du

procédé

– Analyses statistiques

– Tests de validation en méthaniseurs de laboratoire

…...A la recherche de nouveaux échantillons…...

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Co-digestion de déchets solides :

Caractérisation de la fraction liquide des digestats après séparation liquide/solide

A. Akhiar, A. Battimelli, M. Torrijos, J.P.

Steyer et H. Carrère

LBE, Laboratoire de Biotechnologie de l’Environnement, INRA, Narbonne

Focus sur la teneur en matière organique résiduelle et sa biodégradabilité