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GRANDES LIGNES DUNE FORMATION EN TECHNOLOGIE DU BIOGAZ TENUE A KIGALI DU 13/05 AU 18/06/2004 Présenté par NKURUNZIZA Théoneste Centre de Recherche en Sciences.

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1 GRANDES LIGNES DUNE FORMATION EN TECHNOLOGIE DU BIOGAZ TENUE A KIGALI DU 13/05 AU 18/06/2004 Présenté par NKURUNZIZA Théoneste Centre de Recherche en Sciences Appliquées

2 PLAN DE LEXPOSE 0. Termes courants dans la technologie du biogaz. 1. Introduction. 2. Théorie de la fermentation méthanique. 3. Dimensionnement et établissement de devis pour un digesteur continu type chinois. 4. Calcul des matériaux de construction. 5. Construction dun digesteur continu type chinois. 6. Entretien dun digesteur.

3 0. TERMES COURANTS DANS LA TECHNOLOGIE 1. Biomasse: - masse des êtres vivants animaux ou végétaux se trouvant sur un écosystème. - Déchets de ces êtres 2. Biométhanisation ou fermentation méthanique: processus biochimique complexe de dégradation de la biomasse en absence de loxygène. 3. Biogaz: mélange gazeux combustible composé essentiellement par 2 gaz: CH 4 et CO 2.

4 4. Digesteur ou biodigesteur: enceinte hermétique souvent souterraine où se déroule la biométhanisation. 5. Temps de rétention: temps maximal que la biomasse doit passer à lintérieur dun digesteur pour libérer le maximum de biogaz. 6. Effluent: liquide sortant du digesteur après la digestion de la biomasse. 7. Inoculum ou Starter: source de bactéries.

5 I. INTRODUCTION 1.1. ORGANISATEURS - Ministère des Infrastructures / RWANDA - Ministère de lAgriculture / CHINE

6 1.2. FORMATEURS Délégation chinoise comprenant: - 2 Instructeurs - 2 Maçons - 1 Interprète

7 1.3. PARTICIPANTS 18 Participants comprenant: - Délégués des Ministères - Délégués des Provinces - Délégués des Institutions de Recherche et des Universités

8 1.4. OBJECTIF Apprendre aux Rwandais la Technologie du BIOGAZ

9 1.5. RESULTATS ESCOMPTES A la fin de la formation le formé devait être capable de: - Comprendre et expliquer la théorie de la fermentation méthanique. - Dimensionner un digesteur et établir son devis. - Construire un digesteur. - Faire la maintenance dun digesteur.

10 II. THEORIE DE LA FERMENTATION METHANIQUE 2.1. Matière première de la fermentation méthanique. Selon lorigine on distingue: - Matière première rurale le chaume. excréments des animaux. excréments humains. feuilles darbres et les herbes. - Matière première urbaine eaux usées urbaines et industrielles. ordures ménagères. excréments humains.

11 2.2. ETAPES DE LA FERMENTATION METHANIQUE Elle se déroule en 3 étapes: a) Hydrolyse: en présence des bactéries non méthanogènes Molécules complexes molécules simples Polysaccharidesmonosaccharides Exemples: Cellulose glucose Amidon glucose Protéines peptides & acides aminés Lipides acides gras & glycérine Enzymes extracellulaires Cellulase Amylase Protéases Lipases

12 b) Acidogénèse: bactéries méthanogène et bactéries non méthanogènes Molécules solubles formées donnent les acides gras volatils et les alcools. Lacide gras prépondérants (80 %) est lacide acétique. 70% de CH 4 provient de lacide acétique. c) Méthanogénèse: bactéries méthanogènes Molécules volatiles méthane CH 3 COOH CH 4 + CO 2 2 CH 3 CH 2 OHCH CH 3 COOH CO 2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2 O

13 2.3. CONDITIONS OPTIMALES POUR LA FERMENTATION METHANIQUE a) Température: la gamme dactivité des bactéries sétend de 10 – 60°C. Lintervalle de température optimale est de 33– 35°C. b) pH: le pH optimal se trouve entre 6,8 – 7,5. c) Le rapport C/N: le rapport optimal est de /1.

14 d) Concentration en matière sèche : M.S. Pour un digesteur continu : %. Pour un digesteur discontinu : %. e) DBO et DCO - DBO 1000 mg/l et le taux délimination est de 75% - DCO 3000 mg/l et le taux délimination est de 70% f) Potentiel doxydoréduction Il doit rester entre –300 et –600mV Loptimum est de –330mV

15 g) Inoculum La quantité optimale est de 30% de la matière première à fermenter. Origine: boue dégouts, détangs, des fosses des excréments, dun digesteur en fonctionnement, leau des mares,…

16 2.4. UTILISATIONS DU BIOGAZ ET DES SOUS PRODUITS Utilisations du biogaz - Cuisson - Source de chaleur dans les industries - Eclairage - Tourner les moteurs - Faire fonctionner les frigos

17 Utilisations de leffluent engrais de base - Comme engrais engrais additif engrais pulvérisé sur les feuilles amender le sol - Comme aliment danimaux: cochons, poissons - Comme insecticides: utilisé dans la conservation des semences. culture sans sol - Comme engrais liquide culture des champignons culture de jeunes plants

18 2.5. EPURATION DU BIOGAZ DESHYDRATATION - Par refroidissement des tuyaux - Par installation de trappe deau - Par absorption par les produits chimiques: CaCl 2, LiCl, Silicagel, Alumine DESULFURATION On utilise loxyde de fer (III) hydraté. Fe 2 O 3.H 2 O + 3H 2 S Fe 2 S 3.H 2 O + 3H 2 O Au contact avec lair, loxyde de fer est régénéré Fe 2 S 3.H 2 O + 3/2O 2 Fe 2 O 3.H 2 O + 3S

19 III. DIMENSIONNEMENT ET ETABLISSEMENT DE DEVIS POUR DIGESTEUR CONTINU TYPE CHINOIS Forme

20 3 PARTIES: Chambre de chargement, Chambre de fermentation(digesteur) et, Chambre de déchargement. 3.1 Dimensionnement de la chambre de fermentation 3 parties: hauteur: f 2 - radierrayon de courbure: r 2 surface: s 2 diamètre: D d - murs hauteur: H surface: S hauteur: f 1 - dômerayon de courbure: r 1 surface: s 1

21 ParamètreSymboleFormuleCommentaire Volume du digesteur VdVd nx(q+w)x Rt n = effectif de la population q = quantité de matière première rejetée/jour w = eau de dilution Rt = temps de rétention(jours) Diamètre du digesteur DdDd Vd -1/3 0,447 Rayon du digesteur RdRd D d /2

22 Hauteur des murs HD d /2,5Des rapports optimaux pour équilibrer les trois parties Hauteur du dôme f1f1 D d /5 Hauteur du radier f2f2 D d /8 Rayon de courbure du dôme r1r1 R d 2 + f 1 2 2f 1 Permettent de construire le dôme et le radier Rayon de courbure du radier r2r2 R d 2 + f 2 2 2f 2

23 Surface des murs S2 πR d HCes surfaces permettent de calculer le volume de la maçonnerie (en multipliant par lépaisseur) à partir duquel on établit le devis Surface du dôme s1s1 π ( R d 2 + f 1 2 ) Surface du radier s2s2 π ( R d 2 + f 2 2 ) Volume des murs Vπ R d 2 H V d = V + v 1 + v 2 = 0,447 D d 3 Volume du dôme v1v1 π x f 1 (3R d 2 + f 1 2 ) 6 Volume du radier v2v2 π x f 2 (3R d 2 + f 2 2 ) 6

24 3.2. Dimensionnement de la chambre dévacuation ou chambre dexpansion ou chambre à pression hydraulique: Ve Calculé suivant le rapport optimal Vd Ve Exemple: Pour un digesteur de 8m 3, Ve = 2m 3 = 4

25 IV. CALCUL DES MATERIAUX DE CONSTRUCTION ET ETABLISSEMENT DE DEVIS - dimensions dune brique 1. Briques - volume de la maçonnerie occupée par les briques - ciment 2. Béton - sable - gravier ou galet - eau 3. Mortier 4. Fer à béton

26 4.1. Briques Volume de la maçonnerie (surface x épaisseur) Volume dune brique (Lx lx h = 0,2 x 0,1 x 0,06) Dosage du béton ETAPES: - la résistance du ciment R c. - le rapport eau/ciment noté W/C. - la quantité deau W. - la quantité du ciment C. - le pourcentage du sable. - la quantité du sable et du gravier.

27 a) Résistance du ciment R c R c = 1,13R c b où R c b = N° du ciment(marqué sur le sac) b) Rapport W/C W/C = 0,46 Rc / ( Rh + 0,2392 Rc ): pour le gravier W/C = 0,48 Rc / ( Rh + 0,2928 Rc ): pour le galet où Rh = résistance du béton après 28 jours. Rh = Rs + σ 0 Rs = résistance du béton σ 0 = valeur expérimentale pour avoir une bonne résistance

28 Rs σ0 σ Pour les digesteurs, on considère souvent R s = 200 c) Quantité d'eau W 0 Elle dépend du degré d'effondrement du béton et du diamètre du gravier ou du galet

29 Quantité d'eau (en Kg) / m 3 de béton Effondrement (mm) Diamètre maximal du gravier (mm) Diamètre maximal du galet (mm) Le degré d'effondrement admissible est: mm pour dôme et radier mm pour les murs

30 d) Ciment C 0 C 0 = C/W x W 0 e) Pourcentage du Sable Rapport W/C Diamètre max. du gravierDiamètre max. galet , , , ,

31 Calcul de la quantité de sable et de gravier Le système déquation: C 0 + G 0 + S 0 + W 0 = υ h S 0 / ( S 0 + G 0 ) x 100 = S% C 0 = poids du ciment G 0 = poids du gravier S 0 = poids du sable W 0 = poids de leau υ h = poids spécifique du béton 2400 Kg / m 3

32 4.3. Mortier: pour lélévation et le crépissage - Ciment - Sable - Liant ( facultatif) - Eau Le numéro (résistance) du mortier pour les digesteur est en général de M 50 ou M 75 Dosage ciment/sable = 1:2,5 Rapport W/C = 0,7

33 4.5. Fers à béton: pour les couvercles - La dimension des couvercles - Lespacement est de 20 cm

34 V. CONSTRUCTION Comprend ces étapes: 1. Piquetage: pour déterminer le centre du digesteur 2. Creusement 3. Coulage du béton du radier 4. Elévation des mûrs et fixation du tuyau dentrée 5. Construction du dôme 6. Construction du bassin de sortie 7. Crépissage interne de lensemble: 2 couches de 2cm dépaisseur chacune 8. Crépissage externe du dôme 9. Lissage interne avec le lait de ciment: 7 couches 10. Fabrication des couvercles 11. Fixation des couvercles et test détanchéité

35 VI. ENTRETIEN DU DUGESTEUR Les problèmes courants sont: les fissures, les fuites, la pression très faible, la pression très élevée. peuvent être liés: - Aux matériaux de construction utilisés. - Au mauvais dosage des matières premières. - Au mauvais dosage dans la construction. - A la nature du sol. - Aux utilisations inadéquates du biogaz.

36 SOLUTIONS 1. En cas de fuite: localiser la fuite, nettoyer et appliquer le lait de ciment. 2. En cas de pression faible: soupçonner une fuite, sinon concentrer la matière première. 3. En cas de pression trop élevée: bouchage éventuel des conduite par leau condensée, sinon sous exploitation du biogaz.

37 Conclusion La formation nous a permis de: - Nous familiariser avec la théorie de biométhanisation. - Connaître comment dimensionner un digesteur de nimporte quelle taille. - Etablir les devis des digesteurs. - Apprendre à construire des digesteurs de type familial: au cours de notre formation nous avons construit un digesteur de 8 m 3 à Rugende. - Connaître le matériel moderne du biogaz: allumeurs électronique pour lampes, réchauds à biogaz avec allumeurs, manomètres appropriés,etc.

38 Pour tout contact NKURUNZIZA Théoneste I.R.S.T Centre de Recherche en Sciences Appliquées B.P 227-BUTARE Tel: Mob:


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