Description succincte
(Allemand)
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Ziel dieses Projekts ist es, die Übertragbarkeit des Verfahrens zur CO2-Anreicherung von anaeroben Fermentern auf den industriellen Maßstab zu erhöhen. Es baut auf den Laborergebnissen der Machbarkeitsstudie (CONRAD I) auf, die eine Verbesserung der Biogasproduktion (Ausbeute und Methangehalt, Kinetik, Verringerung der CO2-Emissionen) durch die CO2-Anreicherung zeigten. Diese Ergebnisse sollen in diesem Projekt verallgemeinert und optimiert werden, wobei auch Lösungen für die wissenschaftlichen und technischen Herausforderungen bei der Umsetzung in großem Maßstab (Effizienz des Verfahrens und Risikominimierung) gefunden werden sollen. Schließlich wird die Arbeit die Entwicklung, Bewertung und Validierung von Anreicherungsprotokollen ermöglichen, die mit den bestehenden Betriebsbedingungen in den industriellen Anlagen kompatibel sind, die als Referenz für dieses Projekt ausgewählt wurden (STEP Yverdon-les-Bains, STEP Lau-sanne, STEP Cossonay-Penthalaz).
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Description succincte
(Anglais)
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The aim of this project is to increase the transferability of the CO2 enrichment process for anaerobic digesters on an industrial scale. It is based on the results obtained in the laboratory as part of the feasibility study (CONRAD I), which showed an improvement in biogas production (yield and methane content, kinetics, reduction in CO2 emissions) thanks to CO2 enrichment. These results are to be generalized and optimized in this project, which will also provide solutions to the scientific and technical challenges associated with large-scale transposition (process efficiency and risk minimization). Finally, the work carried out will enable the development, evaluation and validation of enrichment protocols compatible with existing operating conditions in the in-plant facilities chosen as references for this project (STEP d'Yverdon-les-Bains, STEP de Lau-sanne, STEP de Cossonay-Penthalaz).
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Description succincte
(Français)
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Le but de ce projet est d’augmenter la transférabilité du procédé d’enrichissement en CO2 des diges-teurs anaérobies à l’échelle industrielle. Il s’appuie sur les résultats obtenus en laboratoire dans le cadre de l’étude de faisabilité (CONRAD I) qui ont montré une amélioration de la production du biogaz (rendement et teneur en méthane, ciné-tique, diminution des émissions de CO2) grâce à l’enrichissement en CO2. Ces résultats doivent être généralisés et optimisés dans ce projet qui apportera également des solutions aux défis scienti-fiques et techniques liés à la transposition à grande échelle (efficacité du procédé et minimisation des risques). Finalement, le travail réalisé permettra la mise au point, l’évaluation et la validation de protocoles d’enrichissement compatibles avec les conditions opératoires existantes dans les installations in-dustrielles choisies comme référence dans ce projet (STEP d’Yverdon-les-Bains, STEP de Lau-sanne, STEP de Cossonay-Penthalaz).
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Publications / Résultats
(Allemand)
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Das Projekt zielt darauf ab, den Nutzen eines CO2-Anreicherungsverfahrens zur Verbesserung der Methanproduktion bei der anaeroben Vergärung von Klärschlamm zu bewerten und dabei Bedingungen zu gewährleisten, die für den industriellen Betrieb repräsentativ sind. Es werden zwei sich ergänzende Ansätze untersucht: (i) die Anreicherung des Substrats vor dem Fermenter, eine einfache und wenig invasive Lösung, die keine größeren Änderungen an den Anlagen erfordert, und (ii) die direkte Injektion von CO2 in den laufenden Fermenter, die potenziell leistungsfähiger ist, aber mit größeren technischen und betrieblichen Einschränkungen verbunden ist. Es wurden umfangreiche Arbeiten zur Konzeption, Instrumentierung und Inbetriebnahme der TANDEMEinheit für die Vergärung und Anreicherung durchgeführt, die eine kontinuierliche Überwachung der Schlüsselparameter (pH-Wert, ORP, Temperatur, gelöstes CO2, Zusammensetzung des Biogases) und den Vergleich von zwei parallel betriebenen Reaktoren ermöglicht. Anschließend konzentrierten sich die Bemühungen auf die kritische Analyse der Versuchspraktiken, um die Abweichungen von den in der Kläranlage von Yverdon-les-Bains beobachteten Bedingungen zu verringern, was für die Übertragbarkeit der Ergebnisse von zentraler Bedeutung ist. Dieser Ansatz führte insbesondere zu einer eingehenden Charakterisierung des Eingangsmaterials, wobei der entscheidende Einfluss der Lagerung der Schlämme auf deren Zusammensetzung, insbesondere der CO2-Verlust durch Entgasung und biologische Alterungsprozesse (Freisetzung von NH4?-Ionen), deutlich wurde. Durch Anpassungen der Lagerungs- und Zufuhrprotokolle konnten diese Verzerrungen begrenzt, die Faulbehälter mit Schlamm versorgt werden, dessen Gehalt an gelöstem CO2 und dessen pH-Werte denen der Kläranlage nahekommen, und stabile und ausreichend repräsentative Betriebsbedingungen erreicht werden. Diese Anpassungen sowie die Einführung von Maßnahmen zur Standardisierung der Beschickung haben zu einer zufriedenstellenden Kohärenz zwischen den TANDEM-Fermentern geführt. Der nächste Schritt wird die Durchführung einer ersten dreimonatigen Versuchskampagne sein, die sich mit der Bewertung der Anreicherung des Substrats mit CO2 und deren Auswirkungen auf die Methanproduktion und die Stabilität des Prozesses befasst.
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Publications / Résultats
(Anglais)
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The project aims to evaluate the benefits of a CO2 enrichment process to improve methane production in anaerobic digestion of WWTP sludge, while ensuring conditions representative of industrial operation. Two complementary approaches are being studied: (i) substrate enrichment upstream of the digester, a simple and minimally intrusive solution that does not require major modifications to the facilities, and (ii) direct injection of CO2 into the digester during operation, which is potentially more efficient but involves greater technical and operational constraints. Significant work has been devoted to the design, instrumentation, and commissioning of the TANDEM digestion and enrichment unit, enabling continuous monitoring of key parameters (pH, ORP, temperature, dissolved CO2, biogas composition) and comparison of two reactors operating in parallel. Efforts then focused on critically analyzing experimental practices in order to reduce discrepancies with the conditions observed at the Yverdon-les-Bains wastewater treatment plant, a key objective for the transferability of results. This approach led to an in-depth characterization of the incoming material, highlighting the decisive impact of sludge storage on its composition, in particular the loss of CO2 through degassing and biological aging phenomena (release of NH4? ions). Adjustments to storage and feeding protocols have made it possible to limit these biases, feed the digesters with sludge with dissolved CO2 contents and pH values close to those of the WWTP, and achieve stable and sufficiently representative operating conditions.. These adjustments, along with the implementation of measures to standardize feeding, have made it possible to achieve a satisfactory level of consistency between the TANDEM digesters. The next step will be to conduct an initial three-month experimental campaign to evaluate CO2 enrichment of the substrate and its impact on methane production and process stability.
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Publications / Résultats
(Français)
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Le projet vise à évaluer l’intérêt d’un procédé d’enrichissement en CO2 pour améliorer la production de méthane en digestion anaérobie de boues de STEP, tout en garantissant des conditions représentatives d’une exploitation industrielle. Deux approches complémentaires sont étudiées : (i) l’enrichissement du substrat en amont du digesteur, solution simple et peu intrusive ne nécessitant pas de modification majeure des installations, et (ii) l’injection directe de CO2 dans le digesteur en fonctionnement, potentiellement plus performante mais impliquant des contraintes techniques et opérationnelles plus importantes. Un travail important a été consacré à la conception, l’instrumentation et la mise en service de l’unité TANDEM de digestion et d’enrichissement, permettant un suivi en continu des paramètres clés (pH, ORP, température, CO2 dissous, composition du biogaz) et la comparaison de deux réacteurs opérés en parallèle. Les efforts se sont ensuite concentrés sur l’analyse critique des pratiques expérimentales afin de réduire les écarts avec les conditions observées à la STEP d’Yverdon-les-Bains, objectif central pour la transférabilité des résultats. Cette démarche a notamment conduit à une caractérisation approfondie de la matière entrante, mettant en évidence l’impact déterminant du stockage des boues sur leur composition, en particulier la perte de CO2 par dégazage et les phénomènes de vieillissement biologique (libération d’ions NH4?). Des adaptations des protocoles de stockage et d’alimentation ont permis de limiter ces biais, d’alimenter les digesteurs avec des boues présentant des teneurs en CO2 dissous et des valeurs de pH proches de celles de la STEP, et d’obtenir des conditions de fonctionnement stables et suffisamment représentatives. Ces ajustements, ainsi que la mise en place de mesures visant à standardiser l’alimentation ont permis d’atteindre un niveau satisfaisant de cohérence entre les digesteurs TANDEM. La prochaine étape sera la réalisation d’une première campagne expérimentale d’une durée de trois mois, consacrée à l’évaluation l’enrichissement du substrat en CO2 et à son impact sur la production de méthane et la stabilité du procédé.
Documents annexés
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