Réacteur anaérobie à Biogaz
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Un réacteur anaérobie à biogaz est une technologie de traitement anaérobie qui produit (a) une boue digérée utilisable comme amendement de sol et (b) du biogaz pouvant être utilisés comme énergie. Le biogaz est un mélange de méthane, de dioxyde de carbone et d'autres gaz traces pouvant être facilement convertis en électricité, lumière et chaleur.
Un réacteur anaérobie à biogaz est une chambre ou une fosse qui facilitent la dégradation anaérobie des eaux vannes, des boues et/ou des déchets biodégradables. Il facilite également la séparation et la collecte du biogaz produit. Le réacteur peut être construit hors ou sous le sol. Des réservoirs préfabriqués ou les chambres en briques peuvent être construits en fonction de l'espace, des ressources et du volume de déchets générés.
Le temps de rétention hydraulique (TRH) dans le réacteur est au minimum de 15 jours en climats chauds et 25 jours dans les climats tempérés. Pour des intrants fortement pathogènes, un TRH de 60 jours devrait être considéré. Normalement, les réacteurs anaérobies à Biogaz ne sont pas chauffés, mais pour assurer à la destruction des microbes pathogènes (c’est-à-dire une température maintenue au-dessus de 50°C) le réacteur devrait être chauffé (bien que dans la pratique, cela ne se rencontre que dans les pays industrialisés).
Une fois que les déchets entrent dans la chambre de digestion, des gaz sont formés par suite de fermentation. Les gaz formés dans les boues remontant avec les eaux et sont collectés au dessus du réacteur. Les réacteurs de biogaz peuvent être construits en forme de dôme fixe ou flottant. Dans le cas du réacteur à dôme fixe, le volume du réacteur est constant. Au fur et à mesure que le gaz est produit il exerce une pression et déplace la boue vers le haut dans une chambre de détente. Quand le gaz est enlevé, la boue retombe dans la chambre de digestion. La pression produite peut être utilisée pour transporter le biogaz par des tuyaux. Dans un réacteur à dôme flottant, le dôme se soulève et retombe avec la production et le retrait du gaz.
Alternativement, le dôme peut grossir (comme un ballon). Le plus souvent, les réacteurs à biogaz sont directement reliés aux toilettes intérieures (privées ou publiques) à un point d'accès additionnel pour les matières organiques. A l’échelle ménage, les réacteurs peuvent être fabriqués à base de containers plastiques ou de briques et peuvent être construits derrière la maison ou enterrés. Les tailles peuvent varier de 1.000 litres pour une famille simple jusqu'à 100.000 litres pour les toilettes institutionnelles ou publiques.
La boue produite est riche en matières organiques et nutriments, mais presque inodore et en partie désinfectée (la destruction complète de microbes pathogènes exigerait des conditions thermophiles). Souvent, un réacteur à biogaz est utilisé comme alternative à la fosse septique conventionnelle, puisqu'il offre un niveau semblable de traitement, mais avec l'avantage supplémentaire du biogaz. Selon la conception et les entrants, le réacteur devrait être vidangé une fois tous les 6 mois à 10 ans.
| Pour | Contre/limitations |
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| - Génération d'une source d'énergie renouvelable et valable - Faible coût d’investissement et d’exploitation - La construction sous terre minimise l'utilisation de terrain -Longue durée de vie - Peut être construit et réparé avec les matériaux locaux - Aucune énergie électrique requise - Faible besoin en terrain (la majeure partie de la structure peut être enterrée) |
- Exige une conception d’expert et des competences en construction - La production de gaz en dessous de 15°C n'est pas économiquement rentable. - Les boues digérées et l'effluent nécessitent encore un traitement. |
Adéquation
Cette technologie est facilement adaptable et peut être appliquée au niveau du ménage ou d'un petit quartier (se référer à la fiche d'informations technologiques T15 : Réacteur anaérobie à biogaz pour les informations sur les applications au niveau communautaire).
Les réacteurs à biogaz sont mieux utilisés pour les produits concentrés (c’est-à-dire riches en matière organique). S'ils sont installés pour un ménage simple consommant une quantité significative d'eau, l'efficacité du réacteur peut être améliorée sensiblement en ajoutant également des excréments d'animaux et des déchets organiques biodégradables. Selon le type de sol, la localisation et la taille requise, le réacteur peut être construit hors ou sous sol (même en dessous des routes). Pour des applications plus urbaines, de petits réacteurs à biogaz peuvent être installés sur les toits des maisons ou dans la cour.
Pour minimiser les pertes en route, les réacteurs devraient être installés près de là où le gaz peut être utilisé. Les réacteurs à biogaz sont moins appropriés pour les climats plus froids car la production de gaz n'est pas économiquement faisable en dessous de 15°C.
Aspects Santé/Acceptation
La boue digérée n'est pas complètement hygiénisée et porte toujours un risque d'infection. Il y a également des dangers liés aux gaz inflammables qui, mal gérés, pourraient être nocifs à la santé humaine.
Le réacteur anaérobie à biogaz doit être bien construit et fortement étanche pour des questions de sécurité. Si le réacteur est correctement conçu, les réparations devraient être minimales. Pour mettre en marche le réacteur, la boue active (par exemple d'une fosse septique) peut être utilisée comme semence. Le réservoir est essentiellement automélangé, mais il devrait être manuellement agité une fois par semaine pour empêcher des réactions inégales. Les équipements liés au gaz devraient être nettoyés soigneusement et régulièrement de sorte à éviter la corrosion et les fuites.
Les saletés et le sable décantés au fond devraient être enlevés une fois par an. Les coûts d’acquisition des infrastructures de transport du gaz peuvent augmenter les coûts du projet. Selon le rendement, les coûts d’acquisition des infrastructures de transmission du gaz peuvent être compensés par l'épargne d'énergie à long terme.
Reconnaissances
Le materiau sur cette page etait adapté de : Elizabeth Tilley, Lukas Ulrich, Christoph Lüthi, Philippe Reymond and Christian Zurbrügg (2014). Compendium des Systèmes et Technologies d’Assainissement, edition Sandec, the Department of Water and Sanitation in Developing Countries of Eawag, the Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, Dübendorf, Switzerland. La publication est en anglais. Version française à venir .
Références
- Food and Agriculture Organization (FAO) (1996). Biogas Technology: A Training Manual for Extension. Consolidated Management Services, Kathmandu. Available: http://www.fao.org
- ISAT (1998). Biogas Digest Vols. I–IV. ISAT and GTZ, Germany. Available: http://www.gtz.de
- Koottatep, S., Ompont, M. and Joo Hwa, T. (2004). Biogas: A GP Option For Community Development. Asian Productivity Organization, Japan. Available: http://www.apo-tokyo.org
- Rose, GD. (1999). Community-Based Technologies for Domestic Wastewater Treatment and Reuse: options for urban agriculture. IDRC, Ottawa. pp 29–32. Available: http://idrinfo.idrc.ca
- Sasse, L. (1998). DEWATS: Decentralised Wastewater Treatment in Developing Countries. BORDA, Bremen Overseas Research and Development Association, Bremen, Germany.
- von Sperlin, M. and de Lemos Chernicharo, CA. (2005). Biological Wastewater Treatment in Warm Climate Regions. Volume One. IWA, London. pp 728–804. (Detailed design instructions.)
- Vigneswaran, S., et al. (1986). Environmental Sanitation Reviews: Anaerobic Wastewater Treatment-Attached growth and Sludge blanket process. Environmental Sanitation Information Center, AIT Bangkok, Thailand. (Design criteria and diagrams in Chapter 2.)