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La présente invention concerne les appareils
destinés à produire en continu du biométhane à partir
de substances organiques contenues dans des déchets animaux
ou végétaux provenant essentiellement de l'agriculture ou
des industries dérivées de celle-ci.
Elle concerne également les systèmes d'épuration
des affluents fortement chargés de matières organiques
puisque la fermentation méthanogène s'accompagne d'une forte
réduction de la D B 05.
Dans l'état actuel de la technique, on maîtrisé
mal l'hydraulique interne des digesteurs continus. L'effi-
cécité des systèmes de brassage utilisés est douteuse, ils
présentent en outre généralement des inconvénients d'ordre
mécanique ou biologique. On ignore comment se répartissent
les produits entrant dans le volume des produits en cours
de digestion.
La présente invention vise à remédier aux in con-
vénients de la technique antérieure et propose un digesteur
pour la production en continu de biométhane à partir de
substances organiques, comprenant une cuve l'intérieur
de laquelle se trouve un pilier central sur lequel prend
appui la partie supérieure du digesteur. L'appareil selon
l'invention est caractérisé par le fait que toute la partie
supérieure du digesteur et son pilier central d'appui dont
elle est solidaire mécaniquement sont mobiles en rotation
autour de l'axe central vertical de la cuve, la partie
supérieure du digesteur prenant appui par 1'intermédiaire
de galets à la face supérieure des parois latérales de la
cuve et sur le pilier central qui lui-même prend appui sur
le plancher de la cuve par l'intermédiaire d'une crapaudine.
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La partie centrale de la cuve est occupée par un compartiment
cylindrique définissant un compartiment primaire et dont l'axe
est confondu avec l'axe de la cuve du digesteur. La cuve est
traversée par une cloison fixe disposée selon un rayon de la
cuve, et une cloison mobile liée rigidement à la partie sué-
fleure du digesteur et au pilier central effectuant des aller
et retour circulaires de façon à balayer tout le volume de la
cuve en dehors du compartiment primaire. A la partie supérieur
ne de la cloison mobile sont fixées une pompe de recirculation
et une pompe d'introduction de sorte que pendant le déplacement
de la cloison mobile, la pompe de recirculation fait passer
de part et d'autre de la cloison tout le volume balayé pendant
le déplacement et simultanément la pompe d'introduction intro-
dut les produits en provenance de la base du compartiment
primaire dans une veine des produits en cours de déplacement
sous l'action de la pompe de recirculation. Le biogaz est
recueilli par une bâché souple solidaire de la partie supérieur
ne mobile du digesteur.
L'appareil selon la présente invention comprend,
de préférence, une partie supérieure mobile dont les points
d'appuis sont tels qu'ils permettent la rotation dans les
deux sens de la partie supérieure du digesteur et des éléments
qui lui sont liés directement ou indirectement autour de l'axe
central vertical de la cuve. Des poutrelles qui supportent
directement ou indirectement toutes les parties mobiles prend
nient appui à une de leur extrémité sur la partie supérieure
du pilier central et sont reliées rigidement à lui, chacune
d'elle étant reliée à leur autre extrémité à un galet à axe
horizontal qui prend appui sur la face supérieure des parois
latérales et à un galet à axe vertical qui les maintient
dans un plan vertical. Une crapaudine fixée dans une dalle
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prévue dans le plancher de la cuve sert de guide pour les
mouvements de rotation et de butée pour les efforts verticaux
du pilier central.
L'appareil selon la présente invention comporte
avantageusement une cloison fixe qui obture complètement
la section déterminée par: -en haut, le fond de canaux d'en-
tuée et de sortie des produits; en bas, le plancher de la cuve,
vers l'extérieur la paroi latérale de cette dernière et vers
l'intérieur la paroi du compartiment primaire.
L'appareil selon la présente invention comporte
de préférence une paroi mobile qui est suspendue à une pou-
truelle située au-dessus d'elle, un bras de liaison reliant
le bas de la paroi mobile à la base du pilier par une liaison
rigide, la paroi mobile balayant tout le volume situé de part
et d'autre de la paroi fixe en se déplaçant -tantôt dans un
sens tentai dans l'autre.
L'appareil selon la présente invention comprend,
de préférence, un ensemble de pompes et de canalisations tel
que la pompe d'introduction est reliée à une canalisation
d'aspiration dont l'origine se situe à la base du compartiment
primaire, la pompe d'introduction dirigeant les produits en
provenance de la base du compartiment primaire soit à la par-
lie supérieure du compartiment primaire, soit dans le courant
des produits mis en mouvement par la pompe de recirculation.
Lorsque la paroi mobile se déplace dans le sens des aiguilles
d'une montre, les produits sont prélevés par la pompé de ne-
circulation devant la paroi et au pied de celle-ci et sont
rejetés derrière la paroi et en haut. De façon symétrique,
lorsque la paroi se déplace en sens inverse des aiguilles
d'une montre, les produits sont prélevés par cette même
pompe de recirculation et rejetés. Une canalisation de refoul
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liment et son extrémité sont disposées de telle sorte qu'enfin de parcollrs de la paroi mobile elles viennent au-dessus
du début d'un canal de sortie après avoir franchi une écran-
cure prévue dans ce dernier.
La présente invention sera mieux comprise à l'étude
d'un appareil pour la production de biométhane à partir de
substances organiques décrit à titre d'exemple non limitatif
et illustré par les figures sur lesquelles:
- la figure 1 est une coupe verticale passant par
l'axe central de la cuve et par deux galets de suspension
de la partie supérieure situés de part et d'autre de l'axe
central,
- la figure 2 est une coupe verticale partielle
passant par le début du canal de sortie'
- la figure 3 est une vue en perspective cavalière
montrant la disposition de la fin du canal d'entrée et le début
du canal de sortie par rapport à la cloison fixe,
- la figure 4 est une coupe verticale partielle
passant par l'axe central de la cuve et par la paroi mobile,
- la figure 5 est une coupe verticale transversale
à travers la paroi mobile, et
- la figure 6 est une coupe horizontale faite à
travers le digesteur, le plan de coupe passant en-dessous
du bord latéral de la bâché de récupération du biogaz.
Sur la figure 1, on voit que la base du digesteur
est constituée de bas en haut et successivement d'un socle
en béton 1, d'une couche continue d'isolant incompressible 2,
d'une dalle en béton 3, et d'un plancher chauffant 4 parcouru
par des tubes de chauffage 5. La paroi latérale cylindrique
6 est revêtue à l'extérieur d'une couche continue d'isolant 7.
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Toute la partie supérieure du digesteur et son
pilier central d'appui 10 dont elle est solidaire mécanique-
ment sont mobiles en rotation autour de l'axe central de la
cuve. Pour permettre ceci, au centre de la dalle 3 est fixée
une crapaudine qui reçoit l'extrémité inférieure du pilier
support 10 et lui permet de faire des mouvements circulaires
alternatifs en servant de guide pour les mouvements de rota-
lion et de butée pour les efforts verticaux.
A la partie supérieure, la bâché souple 12 de reçu-
opération du biogaz est solidaire de la partie mobile dudigesteur. Les bords latéraux de la bâché 12 plongent dans
les produits dont le niveau est représenté par le pointillé 11.
Les poutrelles support 13 soutiennent la bâché 12
de récupération du biogaz, au-dessus d'elles se trouve une
couche continue d'isolant 16 surmontée d'une couverture.
Les poutrelles 13 qui supportent directement ou indu-
rectement toutes les parties mobiles et en particulier toute
la partie supérieure du digesteur prennent appui à une de leur
extrémité sur la partie supérieure du pilier central 10 auquel
elles sont liées de faucon rigide, à leur autre extrémité,
chacune d'elles est reliée à un galet 15 à axe horizontal qui
la soutient horizontalement et à un galet 14 à axe vertical
qui la guide verticalement. L'ensemble pilier central 10,
galet 14 et galet 15 permet la rotation dans les deux sens
de la partie supérieure du digesteur et des éléments qui lui
sont liés.
Le gable 17 ceinture la face latérale verticale
externe au niveau de l'isolant 16. Ce gable est amarré en un
point de cette face latérale et il est relié à un dispositif
d'entrainement réversible.
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La partie centrale de la cuve est occupée par le
compartiment primaire 9 dont la paroi latérale 8 est cylindré-
que et a le même axe vertical que le pilier support 10 et que
l'axe de la cuve du digesteur.
Le reste du volume de la cuve est occupé par le
compartiment secondaire 43.
Sur la figure 2, on voit que la canalisation 18
d'évacuation du biogaz débute par un tube vertical qui ira-
verse de haut en bas près de la paroi 8 du compartiment
primaire le début du canal de sortie 21 puis se continue par
un tube incliné qui après avoir traversé la paroi latérale 6
débouche à l'extérieur.
Sur la figure 3, on a représenté en 19 la cloison
fixe. Cette cloison fixe 19 disposée selon un rayon de la
cuve obture complètement la section déterminée par: en haut,
le fond de la fin du canal d'entrée 20, le fond du début du
canal de sortie 21, en bas, le plancher chauffant 4, vers
l'extérieur la paroi latérale 6 et vers l'intérieur la paroi
8 du compartiment primaire 9 (les éléments 4, 6, 8, 9 sont
représentés sur la figure 2).
La cloison fixe 19 sou-tient la fin du canal d'en-
tuée 20 et le début du canal de sortie 21, celui-ci est
alimenté par une échancrure 45 pratiquée dans la paroi latérale
du canal en-dessous du niveau 11 des produits dans le digest
leur (le niveau 11 est représenté sur la figure 2).
Sur la figure 4, on voit que le bras de liaison 46
relie de façon rigide le bas de la paroi mobile 32 à la base
du pilier 10 mobile en rotation. Pour permettre cette liaison
et le mouvement de rotation alternatif du bras 46, le fond du
compartiment primaire est à une distance suffisante du plancher
chauffant 4.
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A la partie supérieure de la paroi mobile 32 se
trouve un bac 33 ouvert à sa partie supérieure et partielle-
ment immergé dans la partie supérieure des produits. Le fond
34 de ce bac est horizontal et il est à un niveau tel que les
pompes introduction 24 et de recirculation 28 qui sont à
l'intérieur du bac soient en charge.
La pompe d'introduction 24 est reliée à la canait-
station d'aspiration 25, l'origine 26 de cette canalisation
se situe à la base du compartiment primaire 9.
La pompe d'introduction 24 dirige les produits
en provenance de la base du compartiment primaire: soit à
la partie supérieure du compartiment primaire par l'intermé-
diacre de la vanne 29 et de la canalisation 30 qui débouche en
31, soit par l'intermédiaire de la vanne 27 dans le courant
des produits mis en mouvement par la pompe de recirculation 28.
La paroi mobile 32 qui est en-dessous du bac 33
est suspendue à la poutrelle 13 qui est située au-dessus d'elle,
elle est reliée rigidement à la partie supérieure mobile du
digesteur et son axe de rotation est dans l'axe du pilier 10.
Au-dessus du bac 33, une ouverture rectangulaire
22 traverse la couverture et toute la couche d'isolant 16,
cette ouverture 22 étant obturée par un tampon isolant amovi-
bic 23 surmonté d'une ouverture amovible.
Sur la figure 5, on voit que la paroi mobile 32
effectue des aller et retour circulaires de façon à balayer
tout le volume de la cuve en dehors du compartiment primaire.
Ce volume 43 (voir figure 6) est situé de part et d'autre
de la cloison fixe 19 (voir figure 3).
Le bac 33 est fixé par sa paroi du fond 34 à la
partie supérieure de la paroi mobile. La bâché souple 12 de
récupération du biogaz vient s'accoler contre les parois
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latérales 35 du bac.
La canalisation d'aspiration 37 est située d'un Côt
té de la paroi mobile 32 et elle a son origine en 38 au pied
de la paroi mobile. L'autre canalisation d'aspiration 44 est
de l'autre côté de la paroi et son origine 36 est au pied de la
paroi.
Les canalisations de refoulement 39 et 41 sont
situées de part et d'autre de la paroi mobile à la partie
supérieure.
Elles débouchent en 40 et 42 un peut au-dessous du
niveau 11 des produits.
Lorsque la paroi mobile 32 se déplace dans le sens
des aiguilles d'une montre les produits sont prélevés par la
pompe de recirculation 28 devant la paroi et au pied de celle-
ci en 38 et sont rejetés derrière la paroi et en haut en 42.
De façon symétrique lorsque la paroi se déplace en
sens inverse des aiguilles d'une montre, les produits sont pré-
levés par cette même pompe de recirculation 28 en 36 et
rejetés en 40.
La canalisation de refoulement 39 et son extrémité
40 sont disposées de telle façon qu'en fin de parcours
de la paroi mobile 32, elles viennent au-dessus du début du
canal de sortie 21 (figure 3) après avoir franchi l'échancrure
45 (figure 3).
Sur la figure 6, on voit qu'à l'intérieur du digest
leur le canal d'entrée 20 est contigu sur tout son parcours
au canal de sortie 21.
Le canal d'entrée 20 pénètre dans le digesteur
par une ouverture pratiquée dans la paroi latérale 6; cette
ouverture a la même section que le canal, la partie terminale
du canal d'entrée se jetant dans le compartiment primaire par
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une échancrure de même section que le canal d'entrée.
Le canal de sortie 21 débute à l'intérieur du
digesteur, il sort du digesteur par une ouverture pratiquée
dans la paroi latérale 6, ouverture de même section que celle
permettant le passage du canal d'entrée.
On a représenté en position quelconque le bac 33,
ses parois latérales 35 et la paroi mobile qui est située
en-dessous.
L'appareil ci-dessus décrit fonctionne de la manié-
ne suivante.
Les produits frais sont introduits par le canal
d'entrée 20. Ce canal est alimenté en refus par une pompe et
une lame déversant située au début du canal y maintient le ni-
veau des produits constants.
Le canal d'entrée 20 débouche à la partie supérieur
ne du compartiment primaire 9.
Les produits entrants séjournent environ 36 heures
dans le compartiment primaire ils y subissent des réactions
de dé polymérisation et d'acidification.
Les produits sont ensuite prélevés à la base du
compartiment primaire par la pompe d'introduction 24 qui les
envoie alternativement: à la partie supérieure du cornparti-
ment primaire 9 pour ensemencer les produits entrants, dans
la veine des produits en cours de recirculation grâce à la
pompe de recirculation 28.
La paroi mobile 32 se déplace alternativement dans
un sens puis dans l'autre de part et d'autre de la paroi
fixe 19. Au cours de chaque déplacement, elle balaye l'en-
semble du volume du compartiment secondaire 43.
Pendant ces mouvements et dans chaque sens, la
pompe de recirculation aspire les produits devant la paroi
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mobile en bas de celle-ci et les refoule derrière cette même
paroi mobile et en haut de celle-ci un peu en-dessous du ni-
veau général des produits 11.
Le débit de la pompe de recirculation 28 est tel
que pendant un temps donné il est égal au volume balayé par
la paroi mobile 32 pendant ce même temps.
Lorsque la paroi mobile 32 arrive près de la paroi
fixe 19 du celé du début du canal de sortie 21, l'extrémité
40 de la canalisation 39 vient au-dessus du début du canal de
sortie 21 grâce à l'échancrure 45.
A ce moment, la pompe de recirculation 28 aspire
en 38 grâce à la canalisation 37 et refoule du même côté dans
la canalisation 39, ce qui permet d'envoyer dans le canal de
sortie les boues qui se sont accumulées devant la paroi mobile
32.
Dans le compartiment secondaire 43 se réalisent
les réactions de digestion anaérobie productrices de méthane.
Lorsque la paroi mobile s'approche du début du canal
de sortie 21, on arrête la pompe d'introduction 24 de faucon
qu'il n'y ait pas de produits non digérés dans les produits
qui quittent le digesteur.
Les produits quittent le digesteur en parcourant
le canal de sortie 21.
Ce canal se termine par une lame déversant qui
maintient donc automatiquement les produits au même niveau
constant dans le canal de sortie et dans le compartiment
secondaire.
Les produits sont réchauffés et maintenus à la
température de digestion par le plancher chauffant 4.
Le biogaz est recueilli à la surface des produits
par la bâché souple 12 dont les bords latéraux plongent dans
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les produits assurant ainsi l'étanchéité par un joint hydrau-
figue. Le biogaz quitte le digesteur par une canalisation 18,
La traction par un système moteur sur le câble 17
tantôt dans un sens tantôt dans l'autre réalise la rotation
dans un sens tantôt dans l'autre de toute la partie supérieure,
du pilier central depuis 10 et de la paroi mobile 32.
Les avantages apportés par l'invention sont la
disparition totale des problèmes posés par la croûte et par
la sédimentation des boues au fond du digesteur, ainsi que
l'apport régulier et homogène de nutriments dans toute la masse
des produits en cours de digestion, ce qui est un facteur très
important pour le rendement et ce qui permet une bonne utilisa-
lion du pouvoir tampon des produits en cours de fermentation.
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