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

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

Contribution à la recherche d'outils pour l'étude et le suivi des réacteurs de méthanisation par voie sèche

Ce travail a pour objet d'explorer des voies de recherches pour l'amélioration du suivi et la connaissance des mécanismes biochimiques de la méthanisation par voie sèche. Il s'agit d'une technologie d'avenir pour la gestion des déchets et la production d'énergie. Sont étudiés : la caractérisation de la matière organique (MO), les intermédiaires de réaction, les mécanismes d'inhibition, les activités hydrolytiques. Un réacteur de laboratoire a été mis au point pour mimer les conditions industrielles. La MO des déchets solides contient 3 compartiments de biodégradabilité et de solubilité décroissante. Il en découle 3 étapes de dégradation de vitesse décroissante qui peuvent être attribuées à des activités hydrolytiques différentes. L'accumulation d'AGV et d'hydrolases sont des indicateurs d'un déséquilibre entre l'acidogénèse et la méthanogénèse suite à une surcharge ou l'inhibition par NH3. Celle-ci est accrue par le pH et peut être jugulée par une baisse modérée de la températureThis work's objective is to investigate research paths aimed at improved monitoring of dry anaerobic digestion and at a better understanding of the biochemical mechanisms involved. This technology is promising for waste treatment and energy production. Organic Matter (OM) characterization, reaction intermediates, inhibition mechanisms and hydrolytic activity monitoring were studied. A laboratory reactor has been developed that imitates industrial conditions. Organic Matter of solid waste contains 3 compartments of decreasing biodegradability and solubility. Following, are 3 degradation steps of decreasing speed, which can be attributed to different hydrolytic activities. The accumulation of VFA and hydrolases are signals of an imbalance between acidogenesis and methanogenesis because of ammonia inhibition or of an organic overload. Ammonia inhibition is increased by pH and can be mitigated by a moderate temperature decreaseMONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

Etude de l hydrolyse lors de la digestion anaérobie et d éléments de dimensionnement de réacteur de méthanisation dans le cadre du développement de la technologie Ergenium

Cette thèse porte sur le développement d'éléments de dimensionnements de la technologie ErgeniumTM en se focalisant notamment sur la description, la caractérisation et l'hydrolyse de la matière organique solide complexe. La mise au point d'une méthode de caractérisation basée sur le fractionnement d'un substrat organique à l'eau a permis de déterminer deux fractions, une soluble et une autre non soluble à l'eau. La biodégradabilité et la vitesse de méthanisation de ces deux fractions sont apparues significativement différentes. A partir de la fraction non soluble à l'eau du substrat organique, une méthode de mesure de la vitesse d'hydrolyse a été mise au point permettant de connaitre la valeur de la vitesse d'hydrolyse, de modéliser celle-ci et enfin de tester l'influence de différents paramètres (concentration en inoculum, pH, Acide Gras Volatil, viscosité) sur cette vitesse hydrolyse. Finalement, à partir de cette caractérisation de la matière organique en deux fractions, des valeurs de biodégradabilité de ces mêmes fractions, de la vitesse d'hydrolyse et de la configuration de la technologie ErgeniumTM, un modèle a été mis au point pour déterminer l'influence de différents paramètres (Charge Organique Appliquée, taux de recyclage des déchets, taux de recyclage des liquides) sur différentes concentrations et critères de dimensionnement. Ce travail servira de base pour l'implantation et le dimensionnement d'un pilote industriel ErgeniumTM où les différents paramètres de recyclage et les mesures de concentrations et de performances pourront être comparés aux résultats théoriques issus du modèleThis work deals with the development of elements design for ErgeniumTM in particular by the description, the characterization and the hydrolysis of solid organic matter. The development of a method of characterization based on separation of organic substrate in the water has determined two different fractions, one soluble and the other insoluble in water. Biodegradability and the duration of anaerobic digestion for the two fractions appeared significantly different. With non water-soluble of organic substrate, a method for measuring the speed of hydrolysis has been developed to know the value hydrolysis rate, test the influence of various parameters (inoculum concentration, pH, volatile fatty acids, viscosity) on the hydrolysis rate. Finally, from this characterization of organic matter in two fractions, the values of degradability of these fractions, the rate of hydrolysis and the configuration of the technology ErgeniumTM, a model was developed to determine the influence of various parameters (organic loading rate, rate of recycling of waste and liquids) in different concentrations and design criteria. This work will form the basis for the design and implementation of a pilot industrial ErgeniumTM where recycling parameters and measures of concentration and performance will be compared with theoretical results from the modelMONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

Liquid mixing and phase hold-ups in gas producing fluidized bed bioreactors

1 illus. 8 graph.International audienc

Contribution to the modelling of Jerusalem artichoke yield

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Continuous operations of a fluidized bed bioreactor for anaerobic digestion: residence time effect on degradation kinetics

International audienc

Digestion anaérobie d'eaux résiduaires en lit fluidisé : comparaison de procédés mono et bi-étage pour l'amélioration des transferts de matière

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Mixing and phase hold-ups variations due to gas production in anaerobic fluidized-bed digesters: Influence on reactor-performance

1 tables 9 graph.International audienc

Hydrodynamics in fluidized bed reactors for anaerobic digestion

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