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M~MOIRE DESCRIPTIF
La présente invention concerne la réalisation d'une usine pro-
ductrice de gaz biologique (biogaz) et d'engrais organique (compost)
à partir de fumiers liquides.
Approximativement jusqu'à 1960, les fumiers liquides ne
posaient pratiquement pas de problèmes car la production était fai-
ble. Le producteur de fumier en connaissait bien la valeur comme
engrais organique et, après fermentation, l'utilisait pour ses
besoins personnels.
Mais maintenant, le stade artisanal a été remplacé par la pro-
1û duction industrielle qui pose de très graves problèmes de pollutioncar le tonnage des fumiers produit est énorme. Il y a actuellement
en élevage au Québec environ quatre millions (4,000,000) de porcs qui
produisent journellement seize mille (16,000) tonnes de fumier liqui-
de.
Les éleveurs en général s'en débarrassent en le faisant répan-
dre pendant certaines périodes sur les terrains de culture et cela
bien souvent en trop grande quantité sans l'avoir fait fermenter. De
cette manière, les germes pathogènes et les parasites proliférent et
se retrouvent dans les produits agricoles ou polluent la nappe phréa-
tique et les rivières, ce qui est très grave pour l'environnement etla santé publique.
Ainsi, en étudiant et expérimentant les différents phénomènes
de la fermentation anaérobique thermophile, j'ai découvert qu'il
était possible de construire des usines rentables de traitement de
fumiers liquides produisant de l'~nergie renouvelable et de l'engrais
; -2-
~ 3~ ;
organique tout en contribuant à dépolluer l'environnement et à pré-
server nos ressources en eau pure.
Relativement aux dessins qui illustrent la réalisation de l'in-
vention:
- La figure n 1 représente le schéma de principe de l'usine.
- La figure n 2 représente une vue en plan de l'usine.
- La figure n 3 représente une vue en élévation de l'usine coupée
suivant l'axe du bâtiment et du digesteur secondaire.
Tel que prévu pour traiter le fumier liquide de 2ûO 000 porcs,
l'usine fonctionne de la manière suivante:
A l'arrivée de l'effluent brut à l'usine, les camions-citernes conte-
nant les fumiers liquides, passent sur un appareil de pesée (l) avant
de se vider par pompage ou gravité dans un dispositif étanche compre-
nant une citerne de réception d'une capacité de 2500 m3 (2). Ce
volume permet de stocker et de répartir l'effluent livré par camion
pendant une période d'environ 3 jours. Ainsi, une panne du système
ne causerait pas de problème malgré la livraison de 840 m3/jours.
Du dispositif de réception, l'effluent passe dans une cuve (3) où
après brassage et dilution il est repris par un système de pompage
(4) prévu pour effluent très chargé et qui l'envoi dans le dispositif
de digestion primaire. Le fonctionnement de cette partie de l'ins-
tallation est entièrement automatique et est fonction: du niveau du
digesteur qui commande le pompage, de l'entrée de l'effluent dans la
cuve et de l'analyseur automatique qui commande la dilution et le
temps de brassage en fonction du rapport carbone/azote (C/N) qui doit
pouvoir varier entre 12 et 20/1 suivant les résultats de la fermenta-
tion anaérobique.
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~1~`7~.81
Après sa dilution et brassage l'effluent est pompé vers l~ digestion
primaire qui s'effectue dans un dispositif composé d'une cuve en
b~ton parfaitement étanche et calorifugée d'un volume de 6500 m3 (5)
appelée digesteur primaire. Ce volume permet une fermentation anaé-
robie d'une durée de 7 jours avec une entrée d'effluent dilué d'envi-
ron 920 m3/jour. La masse en fermentation qui doit avoir la meil-
leure homogénéité possible est mise en mouvement et brassée par les
pompes prévuent pour le remplissage et qui assurent automatiquement
une recirculation de l'effluent en fermentation grâce ~ un jeu de
vannes électriques, de ~y-pass et de tuyauteries (6) qui permettent
le prélèvement de l'effluent à de multiples endroits dans le diges-
teur primaire.
Au bout de 7 jours de fermentation, l'effluent recueilli à la partie
haute du digesteur primaire est dirigé vers un deuxième dispositif
composé d'une cuve en béton parfaitement étanche et calorifugée simi-
laire b la précédente mais d'un volume de 3~ûO m3, ce qui permet une
fermentation anaérobie d'une durée de 3 jours pour une entrée d'ef-
fluent de 920 m3/jour provenant du digesteur primaire. Ce deuxième
digesteur est appelé digesteur secondaire. Ces 920 m3/jour d'ef-
fluent en fermentation sont transférés d'un digesteur à l'autre pardes pompe~ prévues pour effluent très chargé identiques aux précéden-
tes.
Afin d'assurer une bonne décantation des boues, le digesteur secon-
daire ne comporte pas de brassage par recirculation de l'effluent en
fermentation.
Afin de maintenir la farmentation optimum, la température de la masse
doit ~tre maintenue entre 57 et 65 degrés centigrades. Pour cela,
des dispositifs de r~chauffage appelés échangeurs-r~chauffeurs à
circulation d'eau chaude sont prévus pour échanger avec la masse en
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fermentation environ 6,00U,000 de BTU maximum par heure (8). Ils
~eraient composés de plusieurs éléments pouvant fonctionner sépa~é-
ment et les mêmes pompes à effluent chargées assurent le brassage et
la circulation de l'effluent réchauffé (4).
A certains niveaux, des prises d'échantillons permettent de suivre la
fermentation des boues et la température.
Le débit d'eau chaude dans les échangeurs serait commandé par des
sondes de température placées à l'intérieur des digesteurs de manière
à surveiller l'évolution des conditions de fermentation.
Cette eau chaude destinée à chauffer les digesteurs et le bâtiment
est produite par Z chaudières (9) de 4,000,noo BTU/heure, installées
dans le bâtiment de commande et fonctionnant au gaz méthane produit
par la fermentation anaérobie.
En cas de panne l'hiver, une seule chaudière serait suffisante pour
maintenir une température correcte pendant plusieurs jours.
Le biogaz produit dans les digesteurs par la fermentation s'accumule
à la partie haute des digesteurs dans un dispositif appelé cloche à
gaz (lO) et il se dirige ensuite vers des appareils épurateurs (11)
et un grand réservoir (12) où il est stocké avant sa liquéfaction.
Par le trop plein du digesteur secondaire (13), l'effluent coule par
gravité jusqu'~ un appareil appelé d~canteur-floculateur (14) où il
achèvera de se purifier.
De la partie inférieure du digesteur secondaire où elles s'accumu-
lent, les boues digérées sont chassées par la pression hydro-statique
(15) vers un dispositif composé d'une citerne de pompage (16) et de
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pompes à boues à piston (17~ qui dirigent ces boues vers les
appareils d'asséchement appelés ass~cheurs rotatifs à vide.
Ces appareils sont compos~s de grands cylindres entoilés tournant
dans un bassin rempli de boues digérées (18). En créant une dépres-
sion à l'intérieur, l'eau filtre au travers de la toile et coule
ensuite jusqu'au réservoir d'eau brute. Le gâteau de boues séchées
est ensuite détaché de la surface extérieure de la toile et un tapis
transporteur le transporte vers le lieu de stockage (19).
En plus des pompes à vide les assécheurs rotatifs comprennent des
pompes d'alimentation et des doseurs de réactifs coagulants.
A la sortie du digesteur, l'effluent contient encore des particules
en suspension et il est nécessaire de le purifier complètement par
une floculation et décantation secondaire dans un bassin à comparti-
ments multiples (14) appelé décanteur-floculateur.
Les boues recueillies à la partie inférieure sont également dirigées
vers la citerne à boues (16), tandis que l'effluent épuré est cana-
lisé vers l'extérieur de la station après clorination, traitement à
l'Alun et mesure du débit (20).
En sortant du digesteur, le biogaz abandonne son hydrog~ne sulfureux
20 dans un appareil épurateur à rognures d'acier (11,1) (environ 4 9. de
; H2S par m3). L'épurateur étant double, une moitié se régénère pen-
dant que l'autre moitié est en service.
Le biogaz passe ensuite dans un condenseur (11,2) appelé épurateur
H20 où il perd une bonne partie de son humidité sur des éléments
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réfrigérants. Par la suite, le biogaz est dirigé vers le dispositif
de stockage afin de posséder un volume tampon. Il est prévu pour le
biogaz un dispositif pouvant contenir environ 8 heures de production
de gaz biologique. Ce dispositif appelé gazomètre (12) a une capa-
cité utile d'environ 12,000 m3. C'est un gazomètre classique à cuve
mobile métalliqu0 et étanchéité par anneau liquide.
Depuis le gazomètre, le biogaz est acheminé vers le bâtiment des com-
presseurs où le méthane est liquéfié avant son entreposage à l'exté-
rieur (21), après séparation du gaz carbonique (22).
Par la suite, en vue de sa livraison aux utilisateurs, le méthane
serait entreposé dans des réservoirs sous pression (23) qui, au
total, peuvent emmagasiner 14 jours de production soit 8 réservoirs
de 2~ m3.
De même la production de gaz carbonique serait entreposé dans 4
réservoirs de 20 m3 (24).
Un local permettant la vente et l'expédition des différents produits
(25) serait également prévu dans le bâtiment de l'usine.
Pour fonctionner correctement, cette usine, absorbant 840 m3/jour de
fumiers liquides, a besoin de 3 hommes, 8 heures par jour et 6 jours
par semaine, soit:
l. Un responsable de l'installation chargé de la surveillance de la
commande, de l'entretien général et des rapports avec les
clients.
2. Un mécanicien-électricien chargé des réparations, du graissage et
remplaçant le responsable s'il le faut.
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3. Un homme pour le déchargement du lizier ou purin, l'entrepôt,
les gros nettoyages et les livraisons.
4. En plu9 de ce personnel, il est nécessaire de prévoir 8750 heures
par an de surveillance industrielle.
Le fonctionnement de l'installation est entièrement automatique car
toutes les données la concernant sont ramenées à un mini-ordinateur
qui est programmé pour prendre les décisions voulues et 8U besoin
avertir à distance la direction d'un incident tel que: alarme de gaz,
de température, de niveau, de mauvais fonctionnement, etc...
Afin d'alimenter l'usine en énergie électrique, il est prévu un poste
de transformation triphasé sur poteau 650 kVA 25,000/6ûO/347 V - 60
Hz, relié par cable souterrain au b~timent de commande.
De plu5~ un tableau de commande contenant tout l'appareillage de
puissance 600 V ainsi que les auxiliaires, est prévu pour contrôler
tout l'appareillage à distance et alimenter l'installation.
Afin que l'usine soit conforme aux règlements de l'hygiène il sera
prévu dans le bâtiment principal, un local contenant un réfectoir, un
vestiaire avec lavabos, douches, etc...
. .
De même, le bâtiment principal contiendra également une pièce servant
de bureau et un petit atelier.
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a ~ t ~ ~ ~
Résultats du traitement (extrapolation des essais)
._
Si l'on utilise du fumier liquide de porcs, les résultats du
traitement journalier de 840 m3/jour sont les suivants:
1. Environ 29,400 m3/jour de gaz méthane biologique pur (27 T.E.P.)
2. Environ 14 000 m3/jour de gaz carbonique pur.
3. Environ 110 tonnes/jour de boues sèches.
4. Environ 650 m3/jour d'eau épurée qui sont rejetés à l'égout, le
reste étant recycl~.
