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    Etude des mécanismes physiques et de leur influence sur la cinétique de méthanisation en voie sèche (essais expérimentaux et modélisation)

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    La méthanisation est un procédé biologique au cours duquel la matière organique est convertie en un gaz riche en méthane (biogaz). Parmi les technologies industrielles, les procédés de digestion par voie sèche (taux de matière sèche supérieur à 15 %) sont de plus en plus utilisés car ils présentent des avantages concurrentiels important par rapport aux procédés classiques par voie humide. Cependant, la nature très pâteuse du milieu de digestion lui confère des propriétés mal connues et non étudiées (comportement rhéologique, équilibres, transferts, cinétiques biologiques). Cette thèse comporte deux axes de recherche : i) la nature des équilibres chimiques (sorption, diffusion) intervenant dans les milieux de digestion, ii) la mise en place et l application d un modèle cinétique adapté à l étude des milieux secs. Sur le premier volet, nous avons mis en évidence que le transfert diffusionnel est fortement réduit avec l augmentation de la teneur en matière sèche des milieux en absence d agitation. Une des conséquences est l importance du transfert liquide-gaz pour la production de biogaz. Sur le deuxième volet, nous avons développé un modèle cinétique dédié qui nous a permis, par comparaison avec l expérience, de mieux cerner la variabilité de la cinétique en fonction de la teneur en matière sèche des milieux. Les répercussions de ce travail se situent aussi bien à l échelle du laboratoire, en particulier pour l exploitation des essais d activité méthanogène, qu à l échelle industrielle, avec la nécessité de contrôler le taux de matière sèche des procédés pour une efficacité optimale, et d adapter l agitation à ce taux pour améliorer les rendements de dégradation. Le modèle développé pourra constituer une base pour le dimensionnement et la conduite des installations.Anaerobic digestion is a biological process that converts organic matter into a methane rich gas (biogas). Among industrial technologies, dry processes (above 15 % total solid content) are more and more used because of their advantages in comparison with conventional wet processes. However, dry anaerobic digestion processes are poorly known and studied because of the pasty nature of digestion media (rheological behavior, equilibria, transfers, biological kinetics). This thesis focuses on two major aspects: i) the nature of the chemical equilibria (sorption, diffusion) involved in digestion media, ii) the establishment and application of a kinetic model adapted to dry media. We first demonstrated that the diffusional mass transfer is highly reduced with increasing total solid without any agitation. One of the consequences is the importance of the liquid-gas transfer for the production of biogas. Then, we have developed a dedicated kinetic model that enables to understand the variability of the kinetic with total solid content. The impacts of this work are both at the laboratory scale, especially for the operation of Specific Methanogenic Activity tests, and at industrial scale, with the need to control total solid content for optimal efficiency, and to adapt the agitation to improve degradation yields. The developed model can be useful for the design and operation of biomethanization facilities.VILLEURBANNE-DOC'INSA-Bib. elec. (692669901) / SudocSudocFranceF

    Etude des mécanismes physiques et de leur influence sur la cinétique de méthanisation en voie sèche : essais expérimentaux et modélisation

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    Anaerobic digestion is a biological process that converts organic matter into a methane rich gas (biogas). Among industrial technologies, dry processes (above 15 % total solid content) are more and more used because of their advantages in comparison with conventional wet processes. However, dry anaerobic digestion processes are poorly known and studied because of the “pasty” nature of digestion media (rheological behavior, equilibria, transfers, biological kinetics). This thesis focuses on two major aspects: i) the nature of the chemical equilibria (sorption, diffusion) involved in digestion media, ii) the establishment and application of a kinetic model adapted to dry media. We first demonstrated that the diffusional mass transfer is highly reduced with increasing total solid without any agitation. One of the consequences is the importance of the liquid-gas transfer for the production of biogas. Then, we have developed a dedicated kinetic model that enables to understand the variability of the kinetic with total solid content. The impacts of this work are both at the laboratory scale, especially for the operation of Specific Methanogenic Activity tests, and at industrial scale, with the need to control total solid content for optimal efficiency, and to adapt the agitation to improve degradation yields. The developed model can be useful for the design and operation of biomethanization facilities.La méthanisation est un procédé biologique au cours duquel la matière organique est convertie en un gaz riche en méthane (biogaz). Parmi les technologies industrielles, les procédés de digestion par voie sèche (taux de matière sèche supérieur à 15 %) sont de plus en plus utilisés car ils présentent des avantages concurrentiels important par rapport aux procédés classiques par voie humide. Cependant, la nature très pâteuse du milieu de digestion lui confère des propriétés mal connues et non étudiées (comportement rhéologique, équilibres, transferts, cinétiques biologiques). Cette thèse comporte deux axes de recherche : i) la nature des équilibres chimiques (sorption, diffusion) intervenant dans les milieux de digestion, ii) la mise en place et l’application d’un modèle cinétique adapté à l’étude des milieux secs. Sur le premier volet, nous avons mis en évidence que le transfert diffusionnel est fortement réduit avec l’augmentation de la teneur en matière sèche des milieux en absence d’agitation. Une des conséquences est l’importance du transfert liquide-gaz pour la production de biogaz. Sur le deuxième volet, nous avons développé un modèle cinétique dédié qui nous a permis, par comparaison avec l’expérience, de mieux cerner la variabilité de la cinétique en fonction de la teneur en matière sèche des milieux. Les répercussions de ce travail se situent aussi bien à l’échelle du laboratoire, en particulier pour l’exploitation des essais d’activité méthanogène, qu’à l’échelle industrielle, avec la nécessité de contrôler le taux de matière sèche des procédés pour une efficacité optimale, et d’adapter l’agitation à ce taux pour améliorer les rendements de dégradation. Le modèle développé pourra constituer une base pour le dimensionnement et la conduite des installations

    Study of physical mechanisms and their influence on dry anaerobic digestion kinetics : experimentations and modelisation

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    La méthanisation est un procédé biologique au cours duquel la matière organique est convertie en un gaz riche en méthane (biogaz). Parmi les technologies industrielles, les procédés de digestion par voie sèche (taux de matière sèche supérieur à 15 %) sont de plus en plus utilisés car ils présentent des avantages concurrentiels important par rapport aux procédés classiques par voie humide. Cependant, la nature très pâteuse du milieu de digestion lui confère des propriétés mal connues et non étudiées (comportement rhéologique, équilibres, transferts, cinétiques biologiques). Cette thèse comporte deux axes de recherche : i) la nature des équilibres chimiques (sorption, diffusion) intervenant dans les milieux de digestion, ii) la mise en place et l’application d’un modèle cinétique adapté à l’étude des milieux secs. Sur le premier volet, nous avons mis en évidence que le transfert diffusionnel est fortement réduit avec l’augmentation de la teneur en matière sèche des milieux en absence d’agitation. Une des conséquences est l’importance du transfert liquide-gaz pour la production de biogaz. Sur le deuxième volet, nous avons développé un modèle cinétique dédié qui nous a permis, par comparaison avec l’expérience, de mieux cerner la variabilité de la cinétique en fonction de la teneur en matière sèche des milieux. Les répercussions de ce travail se situent aussi bien à l’échelle du laboratoire, en particulier pour l’exploitation des essais d’activité méthanogène, qu’à l’échelle industrielle, avec la nécessité de contrôler le taux de matière sèche des procédés pour une efficacité optimale, et d’adapter l’agitation à ce taux pour améliorer les rendements de dégradation. Le modèle développé pourra constituer une base pour le dimensionnement et la conduite des installations.Anaerobic digestion is a biological process that converts organic matter into a methane rich gas (biogas). Among industrial technologies, dry processes (above 15 % total solid content) are more and more used because of their advantages in comparison with conventional wet processes. However, dry anaerobic digestion processes are poorly known and studied because of the “pasty” nature of digestion media (rheological behavior, equilibria, transfers, biological kinetics). This thesis focuses on two major aspects: i) the nature of the chemical equilibria (sorption, diffusion) involved in digestion media, ii) the establishment and application of a kinetic model adapted to dry media. We first demonstrated that the diffusional mass transfer is highly reduced with increasing total solid without any agitation. One of the consequences is the importance of the liquid-gas transfer for the production of biogas. Then, we have developed a dedicated kinetic model that enables to understand the variability of the kinetic with total solid content. The impacts of this work are both at the laboratory scale, especially for the operation of Specific Methanogenic Activity tests, and at industrial scale, with the need to control total solid content for optimal efficiency, and to adapt the agitation to improve degradation yields. The developed model can be useful for the design and operation of biomethanization facilities

    Dry anaerobic digestion modelling: Parameter sensitivity

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    International audienceA model dedicated to dry anaerobic digestion process was previously developed. This model was based on the ADM1 model and modified to take into account the specificity of dry anaerobic media. The objective of the work presented here was to study the sensitivity to the model of 2 parameters. The first parameter (kLa) was related to mass transfer of the biodegradation products (CH4, CO2, H2) from liquid phase to gas phase. Two gas production behaviours were pointed out, depending on kLa value and corresponding to limiting or non‐limiting transfer rate. A kLa value of 5 d−1 marked the transition. The second parameter (kmX) was linked to biological kinetic reactions. The sensitivity of kmX was important: a variation of ±10 % of its value affected clearly the kinetic consumption of the substrate. A method to determine those parameters was presented. This method was then used to determine both biological kinetic parameter and mass transfer coefficient from batch experimental data of methane production with acetate as organic substrate at two different moisture contents

    Étude expérimentale et modélisation de l’inhibition de la dégradation du propionate par les acides gras volatils en digestion anaérobie par voie sèche

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    Batch experimental assays were performed in or-der to assess the kinetics of propionate and acetate uptake in dry (high-solids) anaerobic digesters. The profile of propionate uptake was lower at high pro-pionate and acetate amounts. Haldane’s inhibition model for substrate inhibition and a non-competitive product inhibition by acetate were found to rule the observed phenomena. The inhibition constant for subs-trate inhibition was 2800 mgCOD of propionate per kg of digesting medium, while the inhibition constant for product inhibition was 4800 mgCOD of acetate per kg. These parameters were implemented in a kinetic model derived from ADM1 and adapted to anaerobic dry digestion processes. The model was able to fit sa-tisfactorily the experimental results.Des essais expérimentaux en mode batch ont été réalisés afin de déterminer la cinétique d’élimination du propionate en digestion anaérobie par voie sèche. La vitesse de dégradation du propionate a été trouvée inférieure lorsque les concentrations en propionate ou en acétate sont élevées. Le modèle de Haldane pour la cinétique de dégradation du propionate, ainsi qu’un modèle d’inhibition non-compétitive par l’acétate ont permis de rendre compte des phénomènes observés. La constante d’inhibition par le substrat a été trouvée égale à 2800 mgDCO par kg de milieu de digestion pour le propionate. La constante d’inhibition par le produit (acétate) a été trouvée égale à 4800 mgDCO par kg de milieu. Ces résultats ont été implémentés dans un modèle cinétique issu du modèle ADM1, ce qui a permis de décrire de façon satisfaisante les résultats expérimentaux

    Optimisation du traitement biologique de l'azote : vers une réduction des intermédiaires réactionnels

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    95ème congrès de l'ASTEE « Territoires en transition : mettre l'intelligence numérique au coeur des services publics, Issy-les-Moulineaux, FRA, 31-/05/2016 - 03/06/2016National audienceCette présentation s'inscrit dans la continuité des présentations générales du projet Intelligence artificielle engagé par le Siaap (Présentation Jean-Pierre Tabuchi, Siaap) et du programme de recherche Mocopée (Présentation Vincent Rocher, Siaap).L'objectif de cette étude est d'apporter des informations sur les conditions d'apparition d'intermédiaires réactionnels tels que les nitrites (NO2-) et le protoxyde d'azote (N2O) lors du traitement des eaux usées par biofiltration. De plus, un chiffrage précis des facteurs d'émissions du N2O d'une installation réelle a été établi. Les résultats obtenus montrent que les conditions propices à l'accumulation des nitrites favorisent également la production de protoxyde d'azote. En nitrification tertiaire, la production de N2O est corrélée entre autre à l'intensité de l'aération, la température et le temps de filtration. En post-dénitrification, l'accumulation de nitrites et la production de N2O sont fortement influencées par la gestion des apports de substrat carboné
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