Biogaz sans ammoniac - phase 3 (Traitement de l'azote des digestats issus d'installations de biogaz au moyen d'un réacteur à biofilm sur support mobile - phase 3)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 293.18.09

Schlüsselwörter (Französisch)

composés azotés, ammoniac, effluents agricoles, production de biogaz, traitement biologique, réacteur à biofilm, installation pilote

Kurzbeschreibung (Französisch)

L’émission de composés azotés problématiques dans l’environnement est, pour une part importante, due aux effluents agricoles issus de la production animale. Les émissions gazeuses se composent principalement d’ammoniac (NH₃). L’ammoniac dans l’air est une source d’acidification et d’eutrophisation des milieux naturels. De nombreuses régions en Suisse souffrent déjà d’un apport excessif d’azote dû à la déposition atmosphérique de l’ammoniac. De plus, l’ammoniac contribue également à la formation d’aérosols secondaires toxiques.

Lorsque des effluents agricoles sont utilisés dans un processus de fermentation afin d'obtenir du biogaz, la production d’ammoniac et par conséquent les émissions, peuvent s'en trouver augmentées, ce qui n’est pas désiré. Les méthodes actuelles pour limiter ce phénomène sont coûteuses et complexes à gérer. Cependant, la découverte et la compréhension de nouvelles réactions biochimiques dans le processus de méthanisation permettent d’envisager de nouvelles solutions simples et peu coûteuses.

Les offices fédéraux de l’énergie (OFEN), de l’agriculture (OFAG) et de l’environnement (OFEV) ont soutenu le développement de cette technologie en deux phases réalisées en laboratoire (contrats UTF 154.19.05 et 193.23.06). Ces deux phases ont permis d'évaluer la faisabilité et les conditions de l’application des nouvelles réactions biochimiques à l’échelle du laboratoire. Elles ont mis en évidence la possibilité de réaliser la transformation de l’ammoniac en nitrites (NO₂) et des nitrites en azote gazeux (N₂) en une seule étape dans un bioréacteur pilote et ont permis de démontrer le potentiel économique de cette technologie en vue d'une commercialisation. A présent, la recherche expérimentale du traitement biologique de l'azote des digestats par un réacteur à biofilm sur support mobile doit être prolongée en une troisième phase afin de déterminer certains paramètres opératoires (principalement liés à l'aération) au moyen d'une installation-pilote de taille réelle.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Französisch)

1 Construction d'une installation-pilote et vérification en taille réelle à l'aide de l'installation-pilote des résultats obtenus lors de l'expérimentation pratique sur pilotes en laboratoire.

2 Optimisation des aspects techniques, opérationnels et d'exploitation liés à l'intégration de la technologie dans les installations de méthanisation agricole existantes.

3 Rédaction d’un rapport final présentant les résultats des points 1 à 2

4 Eléments de textes et illustrations ou photos pour l’impression d’un fact-sheet à l’adresse du public

5 Présentation des résultats lors d’un colloque scientifique à l’OFEV (avec présentation Power-point).

Projektziele (Französisch)

Validation et optimisation des performances du traitement biologique de l'azote des digestats par un réacteur à biofilm sur support mobile à l'échelle réelle d'une installation pilote.

Beschreibung der Resultate (Französisch)

 

Une première étude portant sur l’élimination par voie biologique de l’ammoniac contenu dans le lisier digéré, a montré qu’il est possible d’obtenir simultanément une transformation de l’ammonium et une élimination de l’azote dans le même réacteur aérobie aéré en continu, en utilisant un support mobile fixant la biomasse.

 

Le prolongement de la recherche au moyen d’une installation-pilote en taille réelle est destiné à permettre d’évaluer la fiabilité et l’applicabilité de concept et de définir les paramètres opératoires. Cette étape constitue ainsi une phase préalable à une possible commercialisation du système.

 

Les résultats obtenus sont les suivants :

?  Il est possible d’obtenir de hauts taux de nitrification et de dénitrification sans prétraiter le digestat ni ajouter de source de carbone

?  Les réactions biochimiques sont extrêmement sensibles au taux d’oxygénation, qui de sa part est très sensible aux caractéristiques du liquide dans le réacteur, tel que le taux de matière sèche. Il complique passablement la tenue simultanée de la nitrification et de la dénitrification

?  Un temps de résidence hydraulique minimum de 4 jours permet de transformer plus de 90% de l’ammonium et d’en éliminer 85%

 

Une installation à l’échelle réelle aurait un volume de 40 m³ pour une capacité de traitement de 3'650 m³ par an. Les coûts de traitement sont évalués entre 12 et 20 CHF par m³ de digestat traité, ce qui est relativement bas en comparaison des systèmes classiques de traitement biologique.

 

Umsetzung und Anwendungen (Französisch)

Le haut taux de matières sèches du digestat ont rendu difficile l’opération du pilote. Elle gêne les mesures, bouche les tuyaux, abime les pompes et rend difficile l’oxygénation correctement du réacteur.

Une centrifugation préalable du digestat permettrait d’éviter ces désagréments mais les coûts engendrés ne sont pas compatibles avec les impératifs d’une installation agricole.

 

Weiteres Vorgehen (Französisch)

Dans le domaine agricole, la priorité est de disposer d’une installation aussi simple et économique que possible, alors qu’il n’est pas nécessaire d’obtenir des rendements maximaux ou parfaitement stables.

Au contraire, dans le domaine industriel, la complexité et les coûts sont moins rédhibitoires.

L’élément recherché est la performance optimale et constante du procédé, ce qui peut nécessiter plusieurs modifications techniques, entre autres : le prétraitement de l’intrant et l’utilisation d’appareils de mesures fiables et précis (oxygène dissout, pH).

 

Publikationen / Ergebnisse (Französisch)

Roches S., Bakx T., Membrez Y., Baggenstoss M., Chappaz A., Holliger C., Projet de recherche pilote : Traitement de l’azote des digestats issus d’installations de biogaz au moyen d’un réacteur à biofilm sur support mobile, Rapport final, 2010.

 

Villegas J., Fruteau H., Dovat J., Membrez Y., Holliger C., Nitrogen removal from digested manure in a simple one-stage process, Water Science and Technology, 10/2010

 

Fruteau H., Membrez Y., Dovat J., Tacchini C., Villegas J., Holliger C. , Développement d’un concept combiné de production de biogaz et d’élimination de l’ammoniac appliqué aux effluents agricoles, OFEN projet 101290, 2007.

 

Bakx T., Membrez Y., Mottet A., Joss A., Boehler M., État de l’art des méthodes (rentables) pour l’élimination, la concentration ou la transformation de l’azote pour les installations de biogaz agricoles de taille petite / moyenne, rapport final, OFEN projet 153470, 2009.