Bioréacteur. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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Le bioréacteur constitue la base de toute installation de biogaz et sa conception est soumise à des exigences assez strictes. Ainsi, le corps du bioréacteur doit être suffisamment solide et ses parois doivent être absolument étanches. Une bonne isolation thermique des murs et leur capacité à résister de manière fiable à la corrosion sont nécessaires. Dans ce cas, il faut prévoir la possibilité de charger et de vider le réacteur, ainsi que l'accès à son espace interne pour la maintenance.

Les formes des réacteurs sont très diverses. Ainsi, du point de vue de créer les conditions les plus favorables pour mélanger le substrat liquide, accumuler des gaz, éliminer les sédiments et détruire la croûte résultante, il est conseillé d'utiliser un réservoir en forme d'œuf. Les grands réacteurs de cette forme sont généralement construits en béton, ils se caractérisent donc par des coûts de fabrication élevés, ce qui limite considérablement leur utilisation. Mais les réacteurs auxiliaires de plus petits volumes sont assez faciles à fabriquer en fibre de verre, c'est-à-dire en résine polyester renforcée de fibre de verre, et ils ne sont pas si chers.

Un réservoir cylindrique avec des parties supérieure et inférieure coniques, comme un réservoir en forme d'œuf, se caractérise par un petit espace d'accumulation de gaz, un volume limité de gâteau flottant et une bonne élimination des boues. Cependant, dans de tels réacteurs, des conditions moins favorables sont créées pour le mouvement du substrat liquide. Les réservoirs de grand volume de cette forme, utilisés dans les installations municipales pour le traitement et la décomposition des eaux usées, ainsi que les réacteurs en forme d'œuf, sont en béton. Cependant, les réacteurs « cylindriques » sont un peu moins chers. Dans les exploitations agricoles individuelles, les réacteurs de forme ci-dessus, mais naturellement de plus petite capacité, sont en acier ou en fibre de verre. À propos, dans les réacteurs en fibre de verre, il est plus facile d'obtenir de meilleures conditions de déplacement du substrat.

Figure 2. Les types les plus courants de cuves de bioréacteur : a - en forme d'œuf, b - cylindrique avec parties supérieure et inférieure coniques, c - cylindrique, d - cylindrique avec cloison, e - en forme de parallélépipide (avec cloison ), f - cylindrique (situé obliquement), g - tranchée dans le sol (avec couvercle).

Les citernes cylindriques sont relativement simples à fabriquer, ce qui s'explique par une vaste expérience dans la construction de citernes à usage agricole (trémies en acier, béton, fibre de verre pour ensilage et autres aliments). Cependant, par rapport aux réservoirs de formes précédentes, dans un réservoir cylindrique, il est impossible d'organiser des conditions suffisamment bonnes pour déplacer le substrat, et il faut prendre en compte des coûts plus élevés pour l'élimination des sédiments et la destruction de la croûte flottante, ce qui est associé à une augmentation en consommation d'énergie pour mélanger la masse.

Figure 3. Installation de biogaz à deux chambres de type débit : 1 - pompe ; 2 - chambre de réception ; 3 - chambre de fermentation ; 4 - dispositif de mélange ; 5 - chauffage ; 6 - chambre post-fermentaire ; 7 - collecte de masse fermentée ; 8 - tarière.

Si un réservoir cylindrique est divisé par une cloison verticale transversale en deux chambres, il est alors possible d'organiser un système de production de biogaz avec utilisation alternée des chambres du réservoir. De plus, construire un réservoir avec une cloison coûtera moins cher que construire deux réservoirs séparés. On constate également qu'avec cette disposition, la valeur de l'isolation thermique des parois extérieures de la cuve diminue, et il n'est pas très difficile d'intégrer dans la cloison un quelconque dispositif de chauffage, constitué d'un matériau suffisamment conducteur thermique, ce qui donne à l'installation un supplément avantages de conception.

Figure 4. Installation de biogaz en tranchée : 1 - local pour animaux ; 2 - bioréacteur ; 3 - agitateur ; 4 - saisir ; 5 - stockage du fumier fermenté ; 6 - réservoir d'essence.

Dans les installations de biogaz simples, généralement petites, construites seules, la chambre de fermentation a généralement la forme d'un parallélépipède (une piscine ou une fosse avec un couvercle). Pour augmenter l'efficacité, un tel réacteur est cloisonné par une paroi verticale, créant une chambre de fermentation principale et une chambre pour la fermentation finale et la sédimentation des boues. Certes, les installations de ce type ne permettent pas d'atteindre un degré élevé de décomposition du substrat, car il est pratiquement impossible d'y assurer soit un mélange uniforme de la masse, soit un contrôle du chargement du volume utile de la chambre, soit une conformité avec le temps de séjour de la masse dans le réacteur, nécessaire pour obtenir le maximum de gaz. Et la destruction de la croûte et des sédiments flottants est associée à des coûts élevés.

Dans une cuve horizontale, le substrat est mélangé dans le sens longitudinal. Ici, les réacteurs cylindriques en acier ou en fibre de verre conviennent aux petites installations. Les réservoirs horizontaux de capacité importante ont la forme d'un parallélépipède et sont en béton.

La disposition inclinée de ces réservoirs facilite l'écoulement des boues vers l'ouverture de décharge. Cette conception est pratique pour placer un simple mécanisme de mélange.

Un réservoir sous forme de tranchée creusée dans le sol permet de traiter de grandes quantités de substrat. Le béton est généralement utilisé comme matériau de construction pour les parois des réacteurs.

Nous allons maintenant examiner de plus près la conception de certains types d'installations de biogaz déjà utilisées dans la pratique. Aujourd'hui, basée sur un réservoir de forme parallélépipédique avec cloison, une installation de biogaz à flux à deux chambres a été développée et fonctionne de manière fiable, où le substrat est d'abord envoyé dans une partie du réservoir (chambre de fermentation), puis s'écoule par gravité vers l'autre partie (chambre de fermentation). Pour augmenter l'efficacité de fonctionnement, une telle installation est équipée d'un dispositif de mélange dans la chambre de fermentation, d'un réchauffeur et d'une vis pour éliminer les grosses inclusions dans les sédiments.

Figure 5. Installation de biogaz en tranchée : 1 - collecteur élastique ; 2 - panneaux de mousse ; 3 - chambre de fermentation ; 4 - chauffage (chaudière).

Fig.6. Bioréacteur élastique

Les installations de biogaz en tranchée sont de plus en plus courantes. Prenons, par exemple, une installation de tranchée en Allemagne. Ici, directement depuis la pièce où sont gardés les animaux, le fumier, dilué avec de l'eau, entre dans un bioréacteur dans lequel il est fermenté. L'installation comprend un mélange mécanique du substrat et une benne pour le chargement du fumier fermenté.

Dans une autre installation de tranchées (États-Unis), le lisier frais pénètre dans la chambre de fermentation par le haut et l'eau chauffée par le bas. Le collecteur de gaz de l'installation est élastique et des plaques de mousse plastique sont situées à la surface du substrat fermenté pour l'isolation thermique.

Attirons également l'attention des lecteurs sur les réacteurs flexibles, couramment utilisés dans les pays d'Asie du Sud-Est. De tels réacteurs (conteneurs) sont constitués d'un tissu caoutchouté dense ou d'un film synthétique. Pour organiser le fonctionnement de tels bioréacteurs, ils doivent soit être enfouis dans le sol, soit placés à l'intérieur d'une clôture « circulaire » assez solide.

Auteur : Shomin A.A.

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