Étude expérimentale et modélisation de la digestion anaérobie des matières organiques résiduelles dans des conditions hyperthermophiles

Résumé

L'effet de la température sur la formation d'acides pendant la fermentation des résidus solides municipaux est étudié en premier lieu (étape acidogène). La performance d’un lot de six réacteurs anaérobies est évaluée en utilisant trois sources d’inoculum différentes : inoculum anaérobie mésophile issue du traitement des boues de station d’épuration des eaux usées; inoculum anaérobie thermophile provenant du traitement des résidus de farine d’une usine agroalimentaire; et un troisième inoculum anaérobie hyperthermophile provenant d’un réacteur traitant des algues. Les réacteurs ont été portés à leur température d’origine et à 70°C. Les résultats ont montré qu’une phase de latence d’une journée est observée à 35°C et 55°C, à la différence de 70°C, où la solubilisation commence dès le premier jour. Par ailleurs, l’hydrolyse de la matière organique atteint une efficacité de 40 % à 70°C, en présence d'inoculum thermophile. Le suivi de la phase acidogenèse a montré une variation dans la composition des composés organiques à chaque température. L’acide acétique est retrouvé en forte concentration à 35°C (10 000 mg DCO/L), l’acide butyrique est produit à 35°C et 55°C (3800 mg DCO/L et 5000 mg DCO/L respectivement). En outre, une proportion importante d'acide lactique est observée seulement à 70°C avec l’inoculum thermophile (7000 mg DCO/L) à un pH de 5, suivi de la formation de l’éthanol (4000 mg DCO/L) et finalement l’acide formique (700 mg DCO/L) à un pH de 6. Par ailleurs, le taux de fermentation maximal est trois fois plus élevé à 70°C qu'à 55°C (22 800 mg DCO/L.J contre 6800 mg DCO/L.J). En deuxième lieu, un modèle acidogenèse hyperthermophile (HAM) a été développée pour prédire les composés organiques de la fermentation des résidus alimentaires en discontinu à 70°C. Les paramètres du modèle ont été estimés en utilisant des données expérimentales obtenues à partir du réacteur discontinu anaérobie. Le modèle a été validé en utilisant des données provenant d'un réacteur discontinu où le taux de charge organique est augmenté. Le modèle a ensuite été testé en utilisant les données d'un réacteur discontinu à 35°C. Les résultats expérimentaux montrent un bon accord avec la prédiction du modèle, ce qui indique que le modèle peut simuler avec précision la génération d'acides organiques à 70°C et 35°C. Enfin, le modèle HAM a été couplé au modèle de Digestion Anaérobie Modèle N1 (ADM1) pour simuler la production de CH4 à partir d’une acidogenèse hyperthromophile ou mésophile. Les résultats ont montré un débit égal à 1600 Nm3 /J à 70°C et 1850 Nm3 / J à 35°C.

Date	6 oct. 2017
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Robert Hausler (Directeur(-trice))