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.:
.
t
1 - INTRODUCTION
Inspiré d'un prototype zaïrois étudié par PLUM et MBARILA en (1979)
le fermenteur I!?RA* a été expérimenté depuis environ 2 ans au CNRA et en mi-
lieu paysan (9ertheau et &. 1980 - Allard et &. 19?1). Le fermenteur uti-
lise le processus continu do fermentation anaérobie un milieu liquide et est
particulièrement adapté aux disponibilités en résidus agricoles dans la par-
tie Nord du bassin arachidier - Les diunrsos exp6rimentations
ont entrain6 des
modifications par rapport au
prototype initial, tant au point de vue technique
que biologique.
La construction a été simplifiée au maximum en utilisant des f'ûts
métalliques de 200 1 découpés et soudgs. Une pente de 4 à 6 3 assure un
transit correct du substrat de l’entr6e vers l’évacuation. Le biogaz est;
évacué par l’intermédi.aire
de 3 piquages dispos6s sur le corps du fermenteur.
Afin d’assurer une température de fermentation homogène, le fermenteur peut
être enterré et muni d'un dispositif d'agitation. Compte tenu du processus
continu,
le fermenteur est alimenté journellement par un mélange de féc&s
bovins additionnés d'eau jusqu'àunparrcontago de matiares eéchos de 8 à ,‘i2 $.
Occasionnellement des résidus v8gétaux de faible granulométrie (coques d'ara-
chide,
paille broyée) peuvent @tre introduits sans problèmes de bouchage. La
particularité essentielle du processus continu est ,que le Fermenteur n'est
jamais vil3é j chaque @port de substrat entraine 1'Bvacuation d'une même
quantité d'effluent digdré, par 1 ‘intermédiaire d'w trop plein.
Les principaux paramètres de fonctionnement d'un f ermenteur ccnti-
nu sont les ,suivants :
- le temps de rétention (TR) en jours exp:rime le temps de séjour
moyen du substrat dans le fermenteur.
TCi = Volume utile du f ermenteur
I
Charge volumique journalikre
- la charge massiquo (CM) en tonnes de MS,/m3 fermenteur par jour,
en liaison avec 13 charge volumique, e l l e e x p r i m e l a q u a n t i t é d e mati&re se-
che introduite journellement dans '1 m3 de fermenteur ;
- la productivité en biogaz (P) en m3 biogaz/m3 fermenteur par jour
correspond à la quantité de biogaz produite par unité de volume de fermenteur;
- la tempdrature de fermentation (t> en “Cl ?
On remarquera que lt! volume utile du fermentcur est une donnée
importante qui conditionne la majorité des paramètres de fonctionnement. Dans
le cas du f ormenteur zaïrois, le volume utile varie en fonction des caracté-
ristiques hydrauliques de fonctionnement. Le but de l'étude est donc de quan-
tifier ces variations afin de vérifier leur impact sur le fonctionnement gé-
neTa du fermenteur et notamment sur les paramètres de gestion cités plus
haut.
* Réalise dans le cadre du programme ISRA-GERDAT 631-03/CG 08.
- 2 -
2 - CA6fiCTERISTIDUES
3IMENTIONNELLES DU FEZMENTEUR
Le schema du farmenteu,r E:'-I fonctionnement :st donne figLJrs 1. L.2
ferm.znteur ;>st divisé on 3 p*j.rti,.:c :
1 - chéimbro ci1 entrée ou de chargement p
2- chambre de fermentation ou corps du formenteur j
3 - chambrv d'evacuation de l'effluent digéré.
Le niveau liquide dans les chambres d’entrée et d'evacuation ,zst
constant et donné par la hauteur du déversoir (0). Le niveau liquide dans
10 corps du fermonteur depond de la hauteur H, elle mène en relation avec
la pression du gaz dans le fermenteur.
R
: rayon des fUts do 200 1 utilisés
L
: longueur du corps de fermenteur
Ho : hauteur de mise en pression initiale
H : hauteur de la phase gazeuse - H varie sn fonction de la
pressi.on du gaz
f
: angle d'inclinaison du fermonteur (pente : tg f x 100)
Remarques :
- pour un fsrmontcur non-enterré Ho peut être nulle ;
- la hauteur H conditionne la surface de dégazage. pour rentabi-
lisor au maximum le volume,
ii ne doit pas être supérieur à L tg i.
Compte tenu de ces diff6rcntcs dimensions, on peut definir les
volumes suivants :
- volume utile - Vu - : volume do liquida dans le corps du furmon-
teur
- ~volumc gazeux - Vq - : volume du gaz d a n s 1.e f e r m e n t e u r
- volume du corps do formenteur - UC - : Vc = Vu + Vg
Le volume utile (Vu) correspond 2 la qluantite de substrat en anae-
robioso et constitue donc le ~~otentiol de biomasse disponible pour la proddc-
tion :de biogar.
3 - ETUDE DU FONCTIONNEMENT HYDEAULIOUE DU FERMENTElt&
Le fonctionnement hydraulique ost cssenticllement
r é g i t p a r l e
pr-ission du biogaz dans le fcrmontour. Cette pression, généralement exprimée
en mètres de colonne d;: liquida, &?t donnee par le dispositif de stockage du
hiogar. P o u r 13s formentours
dc potitcs t a i l l e s , deux types de stockage peu-
v e n t Strë e n v i s a g é s :
- rés i2r voir souple (ballon)
- gazomktrc 2 c l o c h e .
Selon lfi~tilisntion, la prossion dans cc type de réservoir peut
vario de 5 &. 30 cm de colonne d'eau.
-3-
Dans le cas du fL:rmentcur ISRA,
la prassion du biogaz (P) peut
Ctro .:xpriméi:, en fonction des carctéristiquës dimcntiunnclles du fermznt,2ur :
A p a r t i r dt; :ettl:: rolatiün,
diçférznts cas diz fonctionnomant puu-
vI:r-t Gtr;: Qtudicis ut surit drnnbs dans 1.2 tablaau no 1.
O n rzrn-rqu+Jr,? qut. 1s prtission d o i t tcujours jtr3 supQriwrti h i-lu
pour un fcncticnnt:mcnt
co1ïoct da l'&vûcuûti~n ilu r;zz. D3ns certains ci?s, at
not~~,mnit,nt pour d,,r f;lrflï+;ntdurs :2ntorrGs,
1~: prGssii:n dunnGc p a r lc stcckzlg,
est irsuffisantc pour attoindrc
ccttc valwr. Divorscs soluticlns pouvont jtr,:
S;nwiszgQGs peur wgmont <;r In pression clans le farmcntour.
Lo lzstaqi? dss ~II-
skrvoi rs) bien que pratiqus, doit Gtrc! utilise dsns czrtainus limites afin
d'bvitrr uno déthriorstiun du la bâchs dans le cas d'un rbservoir souple et
unr: r&duction ntitablc At: l a cnpacitk dv stockage pour 1,:s gazümètras 3 c1.sct1;.
Lo dispositif decrit figurz 2, pcrmdt d’augmuntcr la prossion dans le fùrmcn-
tour cn conservant la Pression du stockagi-: d’ariginc.
Compte tenu riil l'angls d'inclinaison
12 surfaca dt! dhqazagc:
(interface qaz liquida) varia cn fonction do H at'donc on fonction ds P. Un,;
crr_ûtc do Jlu;i.uurs clntim&tras peut SO formar à l a surf’ac,:, occssionnant
parfEis un blccag,: du d&gazaga DU (un bouchagtj
dtis tuyauteries d'évacuatiCen de
gaz. Un compr;mis 1di;i.t donc Gtro trouvt cntrlr! uni: hauteur CI suffisante et unti
rbduction minimum du volumr utilc.
Las t?ss3is unt mi-ntr6 un f9nctiunnsm~nt
correct polAr 2 L sin$ (H CL
sinfscit ii« c 2
L sinC.(i" (Ho + L sin C .
3
3
Pnur d o s anglus dlinclir~aison :le 0,04 9 0,OO rd, 13 vali:ur H = 2L Sing Pe(~t
Stre c3nsid6r6, cornmc UF optimum.
3
Etud3 de variation du vElumo utile 2n Sanction dr: 1~ prL!ssiun
Les calculs dz vnlumo sont !>fféctu6s on tenant compte de l%ppr;-
xim,ltiln suivante :
Pouriuoisin 3s 0 ( i 4 0,06 As), ces < 5 1.
Pour H<L sin< , ~A'o~~ PS Hc + L sin$,
1s variation du vclumo btilo
,.,n i‘un;Iti.un d;! 1s pr;:ss.iun est di.;nnéc par (voir noto dz calcul - Annexa 4) :
t
VI.) z FI2
Th&criquumont peur un foncticnncmtint crlrrk:ct, ii est inutil,.. d<:!
c.iiipPsskt:r
la valsur P = Vb + L s i n < corrt:spondant
à unL surface de dbqazaqL
maximun.
Cependant sur cartniniis install.;qticns, la pri-!ssicn du gaz puut 2t;rs
unr; donn6c à rospoctor (:3limcntaticn d’nppnreils). Dans ci: cas,'si P 'P HO +
L sinf li: volume utile (Vu’) o s t dunn6 p a r l a ri-;latian :
-4-
ct Vu C:alculé en
(1)
Un exemple pr6cis nous permet d'apprécier les variations du volume
ltile pour plusieurs niveaux de pression :
Données
q zz 0 , :1 s
L = 5,1 m -.a----"+ vi: = IUOO 1
Ho= 0,15 m
pente : f :- O,Cl5 rdç
II1 (m) J H (m) .; vu (1)
;.
! 0 ,15!
0
!
1 000 !
!
II
, t;,2G ;;
!
0,os
1
3 9’7 ,
! c , 2 !5 !!
0,lO
!
$J’y 3
!
!
1
!
!
! ij,30 ;;
UP15
,
927
!
! 8,35 !
0,20
!
8 54
!
!
!
; c;,40 ;
0,25
,
‘7 5 5
!
!
!
!
!
s 1: r c 1.2 t e Y 0 rn p 1 (3 ’ on r erlar:.‘~‘.!ura c/ ~JE: pour un
pression supérieu:: e
9 0,1?5 n:, la répercussion sur le volume utile du fermenteur est importantn
e!. peut entrainE.zr des erreurs. de gestion (temps de r&tention, charge massi-
que lit productivité). La pression cptimum de fonrtionnement, p = t-10 + 2LsinQ..-
-
-
0,32 m corresponu i‘7, un volu~me utile de 901 1 soit une diminution d'en- 3
viron 10 -! par rapporl:
au volume du corps de fermerteur.
4 - APPLICATION AUX FE9MENTEURS EXPERitiENTES AU CNf;-
D eu x î‘ermenteurs
ISSA sont actuellement testés au CNRA. Les études
actuelles visent :i vérifier l'influence d'une tempgrature de Permsntation ho-
mog+ne
sur les performances du formentsur (productivité biogaz, qualité du
compost). A cet effet:, le premier fermenteur (A) est enterré et muni d'un
dispositif d’agitation permettant l'homogénéisatior du milieu. Le second
f ermentebr (0) est soumis aux variations de temperature
journalihres * CI:!mpte
tenu du caractgrc comparatif de l'étude, les autres paramùtres de fonctionne-
ment, tau.< de cIlarge,
temps de rgtention sont identiques. Dans un tel cas
erperimental,
le volume utile d.1 fermenteur est hune donnee de départ impor-
tante qd'il convient de calculer exactement dans 1~s conditions de l'essai :
- Fermenteur A, enterré :
Donn&es ii :r 0,2F15 m, L = 3,3 m------:-7\\ Vc = 842 1
Ho -X 0,3 m
< := 0,06 rds
p optirnale = Ho + 2L sinl
= 0,43 m
7
Pression I-Je foncti.Jnrrement :
i1 s t o c k a g e
: 0,22 m
P su;:presseur
: 0,2G Tri
d 1 o :.i P LT 0 , 4 2 m
Le calcul donne Vu = 803 1
- Fermenteur 8, non-enterré :
Données Fi
= 0,2d5 , L :: 2,95 m ~------+Wc - 153 1
Ho .I 0
$- -: 0,05 rds
2Lsi
P 0~ltj.fllale = - I
yi-.
0,l m
3
Impératif technique (utilisation du même stockage que pour 10
fermenteur A )
Pression de fonctionnement = pression stockage = 0,22 m
Le calcul dcnne Vu = 567 1
Si, comme dans la plupart des cas, le volume utile Qtait associé
au volune du corps de fermenteur, une arretir de 5 et 25 :',. serait commis!-
respectiwsment pour Les fermenteurs A et B entrainant parallèlement des
erreurs semblables sur les paramEtres tels que l.e temps de rétention, la
charge flassique et la ;lroductiwité.
La pression de Fonctionnement Qtant
variable selon les essais, ::ne courbe d'étalonnage 3 été tracés pour cha.que
fermenteur (,?nnexes 2 et 3).
5 - COfKLUSIIliJS
Dan$ li-: Cos :II:!~
icrmentùurs 15i!A,
!a pression d-, I=iaqar e s t une
donnee i~~~pOrLarite qui coniJitionne u'un6' part le fonctionnement même dJ fer-
r3eite.x prir l'int~zrmédiaire
dri La surface dt! rdégaza:js et d'autre part la
dé'ser:nir;at;iorl
de:; Param?treu biologiques ÏIC i-gestion,
Souvent,
on calcule le volum9 utile d'un tel fermenteur b partir
du volurre du corps ce qui, pour certains niveaux de Pression, peut entraknsr
des erreurs importantas.
Lors dti
dimensionnement d'uns
installation de f errnsn tation, les
données de départ sont :
- 1~ volume utile en relation avec la quantité de r@sidus à traiter
et le temPs de rdtention pr6conisr5 ;
- les caract&ristiques dimensionnelles des fûts de récupération ;
- la pente de 1'01 dre de 4 U G '.';.
Pour dlrzensionner In fermentour 9 on ai;ira sur la longueur et la
ProssioP en utili*,?ant ;~sr eueir;Ple une &thode
i t é r a t i v e t e l l e q u e d é c r i t e
sur l’or~;,anicjramr-ii? en annexe 1,
BIBLIOGRAPH:E
- PLUfI t-I,
MBARILA N. - 1977
iJn digestwr à flux continu - Universit6 nationale du Zaïre,
Centre de recherches universitaires du Kivu (CERUKI), no 3.
,- BERTXAU Y*, SEZE O., DHEVON J.J., et GANRY F. .- 19Bl
Eliogaz au Sén&gal I bilan et perspectives de développement
I:I$me colloque international de technologie de 1'AUpELF Lomé,
TOGO, 14-22 janvier 1981.
- Ai-LARD J.L., fiEh'TtiliAU Y,, SEZE O,, DR&VON J.3., et GANRY F. - ,1991
Essais du compostage méthanoqàne en milieu villageois au Sén6gal -
IUbmo conférence annuellle de 1'A.A.A.S.A. - Le Caire 23-30 odo-
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ANNEXE 1 - DIMENSIONNEMENT D'UN FERMENTEUR ZAIROIS
ORGANIGRAMME DE DECISION
quantité de dhjections >
temps de rétention
!
!
!
-!
!
Tableau de calcul itératif
I
!
Tableau de calcul itératif
!
!
?
!
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!
3 (P-Ho)
! P
!L =
!Vu d'après (I)i
!
P
!L = 3 P
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-
-
!Vu d'aprhs (l)!
!
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2
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T
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I
si P> pression stockage,
lestage du gazombtre ou
surpresseur.
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ANNEXE 4 - CALCUL DU VOLUME UTILE
ler cas H<L sin$:
Approximation préalable : pour <* 0 ; ços <= 1-
d'où R' = A
Volume du corps de fermenteur : Vc ='N R* L
Volume utile du fermenteur
:
vu = vc - ug
Vg est donn6 par la demi-portion de cylindre hachurde :
/ljR2 8
surface de base : S -2 - - (R - H) R sin 8/2
2 6
R - H
a v e c 9/2 = a r c Cos -
S :: R*(e/2 - sin f3/2 (1
On a Vg = -,
5x11
D-
H
- ,-etH=P-Ho
2
1%
R2 (p - Ho)
P
d'oh Vg =
w2 - sin 8/2 (1 -
- Ho>>
vu = yR2 ;*L - ' - 'j" (9/2 -sin 8/2 (1 - ' - --
2 19x
R
vu = vc - vg = crjR2 L - vg
,
Hc:))i
R - -‘,S-1 (1)
R
_:
_.
2 1!3<
(p - Ho)
a v e c 012 = a r c Cos
R
.
ANNEXE 4 - CALCUL DU VOLUME LTILE (suite)
2&me cas H>L sin C
On a Vu' = t/u + v (Wg" = vg - v avec Wg calcul6 au Ier cas)
avec Vu calculé en 1
v est calculé de la même façon que Vu avec h = H - L sin t
R
et ei2 - arc cas
- (H - L sino
R
-----~--,~~
P
VU' = vu + R2 (P -- HO - L sing) 8' - sin 81
- Ho - L sinf))
d'où :
2 lgI,
c2
R
tl
J/
avec El*/2
R
= arc cas
- (p - HO - L sinf)
t
R
1
et Vu Calcul& en (1)
.
t
1 - INTRODUCTION
Inspiré d'un prototype zaïrois étudié par PLUM et MBARILA en (1979)
le fermenteur I!?RA* a été expérimenté depuis environ 2 ans au CNRA et en mi-
lieu paysan (9ertheau et &. 1980 - Allard et &. 19?1). Le fermenteur uti-
lise le processus continu do fermentation anaérobie un milieu liquide et est
particulièrement adapté aux disponibilités en résidus agricoles dans la par-
tie Nord du bassin arachidier - Les diunrsos exp6rimentations
ont entrain6 des
modifications par rapport au
prototype initial, tant au point de vue technique
que biologique.
La construction a été simplifiée au maximum en utilisant des f'ûts
métalliques de 200 1 découpés et soudgs. Une pente de 4 à 6 3 assure un
transit correct du substrat de l’entr6e vers l’évacuation. Le biogaz est;
évacué par l’intermédi.aire
de 3 piquages dispos6s sur le corps du fermenteur.
Afin d’assurer une température de fermentation homogène, le fermenteur peut
être enterré et muni d'un dispositif d'agitation. Compte tenu du processus
continu,
le fermenteur est alimenté journellement par un mélange de féc&s
bovins additionnés d'eau jusqu'àunparrcontago de matiares eéchos de 8 à ,‘i2 $.
Occasionnellement des résidus v8gétaux de faible granulométrie (coques d'ara-
chide,
paille broyée) peuvent @tre introduits sans problèmes de bouchage. La
particularité essentielle du processus continu est ,que le Fermenteur n'est
jamais vil3é j chaque @port de substrat entraine 1'Bvacuation d'une même
quantité d'effluent digdré, par 1 ‘intermédiaire d'w trop plein.
Les principaux paramètres de fonctionnement d'un f ermenteur ccnti-
nu sont les ,suivants :
- le temps de rétention (TR) en jours exp:rime le temps de séjour
moyen du substrat dans le fermenteur.
TCi = Volume utile du f ermenteur
I
Charge volumique journalikre
- la charge massiquo (CM) en tonnes de MS,/m3 fermenteur par jour,
en liaison avec 13 charge volumique, e l l e e x p r i m e l a q u a n t i t é d e mati&re se-
che introduite journellement dans '1 m3 de fermenteur ;
- la productivité en biogaz (P) en m3 biogaz/m3 fermenteur par jour
correspond à la quantité de biogaz produite par unité de volume de fermenteur;
- la tempdrature de fermentation (t> en “Cl ?
On remarquera que lt! volume utile du fermentcur est une donnée
importante qui conditionne la majorité des paramètres de fonctionnement. Dans
le cas du f ormenteur zaïrois, le volume utile varie en fonction des caracté-
ristiques hydrauliques de fonctionnement. Le but de l'étude est donc de quan-
tifier ces variations afin de vérifier leur impact sur le fonctionnement gé-
neTa du fermenteur et notamment sur les paramètres de gestion cités plus
haut.
* Réalise dans le cadre du programme ISRA-GERDAT 631-03/CG 08.
- 2 -
2 - CA6fiCTERISTIDUES
3IMENTIONNELLES DU FEZMENTEUR
Le schema du farmenteu,r E:'-I fonctionnement :st donne figLJrs 1. L.2
ferm.znteur ;>st divisé on 3 p*j.rti,.:c :
1 - chéimbro ci1 entrée ou de chargement p
2- chambre de fermentation ou corps du formenteur j
3 - chambrv d'evacuation de l'effluent digéré.
Le niveau liquide dans les chambres d’entrée et d'evacuation ,zst
constant et donné par la hauteur du déversoir (0). Le niveau liquide dans
10 corps du fermonteur depond de la hauteur H, elle mène en relation avec
la pression du gaz dans le fermenteur.
R
: rayon des fUts do 200 1 utilisés
L
: longueur du corps de fermenteur
Ho : hauteur de mise en pression initiale
H : hauteur de la phase gazeuse - H varie sn fonction de la
pressi.on du gaz
f
: angle d'inclinaison du fermonteur (pente : tg f x 100)
Remarques :
- pour un fsrmontcur non-enterré Ho peut être nulle ;
- la hauteur H conditionne la surface de dégazage. pour rentabi-
lisor au maximum le volume,
ii ne doit pas être supérieur à L tg i.
Compte tenu de ces diff6rcntcs dimensions, on peut definir les
volumes suivants :
- volume utile - Vu - : volume do liquida dans le corps du furmon-
teur
- ~volumc gazeux - Vq - : volume du gaz d a n s 1.e f e r m e n t e u r
- volume du corps do formenteur - UC - : Vc = Vu + Vg
Le volume utile (Vu) correspond 2 la qluantite de substrat en anae-
robioso et constitue donc le ~~otentiol de biomasse disponible pour la proddc-
tion :de biogar.
3 - ETUDE DU FONCTIONNEMENT HYDEAULIOUE DU FERMENTElt&
Le fonctionnement hydraulique ost cssenticllement
r é g i t p a r l e
pr-ission du biogaz dans le fcrmontour. Cette pression, généralement exprimée
en mètres de colonne d;: liquida, &?t donnee par le dispositif de stockage du
hiogar. P o u r 13s formentours
dc potitcs t a i l l e s , deux types de stockage peu-
v e n t Strë e n v i s a g é s :
- rés i2r voir souple (ballon)
- gazomktrc 2 c l o c h e .
Selon lfi~tilisntion, la prossion dans cc type de réservoir peut
vario de 5 &. 30 cm de colonne d'eau.
-3-
Dans le cas du fL:rmentcur ISRA,
la prassion du biogaz (P) peut
Ctro .:xpriméi:, en fonction des carctéristiquës dimcntiunnclles du fermznt,2ur :
A p a r t i r dt; :ettl:: rolatiün,
diçférznts cas diz fonctionnomant puu-
vI:r-t Gtr;: Qtudicis ut surit drnnbs dans 1.2 tablaau no 1.
O n rzrn-rqu+Jr,? qut. 1s prtission d o i t tcujours jtr3 supQriwrti h i-lu
pour un fcncticnnt:mcnt
co1ïoct da l'&vûcuûti~n ilu r;zz. D3ns certains ci?s, at
not~~,mnit,nt pour d,,r f;lrflï+;ntdurs :2ntorrGs,
1~: prGssii:n dunnGc p a r lc stcckzlg,
est irsuffisantc pour attoindrc
ccttc valwr. Divorscs soluticlns pouvont jtr,:
S;nwiszgQGs peur wgmont <;r In pression clans le farmcntour.
Lo lzstaqi? dss ~II-
skrvoi rs) bien que pratiqus, doit Gtrc! utilise dsns czrtainus limites afin
d'bvitrr uno déthriorstiun du la bâchs dans le cas d'un rbservoir souple et
unr: r&duction ntitablc At: l a cnpacitk dv stockage pour 1,:s gazümètras 3 c1.sct1;.
Lo dispositif decrit figurz 2, pcrmdt d’augmuntcr la prossion dans le fùrmcn-
tour cn conservant la Pression du stockagi-: d’ariginc.
Compte tenu riil l'angls d'inclinaison
12 surfaca dt! dhqazagc:
(interface qaz liquida) varia cn fonction do H at'donc on fonction ds P. Un,;
crr_ûtc do Jlu;i.uurs clntim&tras peut SO formar à l a surf’ac,:, occssionnant
parfEis un blccag,: du d&gazaga DU (un bouchagtj
dtis tuyauteries d'évacuatiCen de
gaz. Un compr;mis 1di;i.t donc Gtro trouvt cntrlr! uni: hauteur CI suffisante et unti
rbduction minimum du volumr utilc.
Las t?ss3is unt mi-ntr6 un f9nctiunnsm~nt
correct polAr 2 L sin$ (H CL
sinfscit ii« c 2
L sinC.(i" (Ho + L sin C .
3
3
Pnur d o s anglus dlinclir~aison :le 0,04 9 0,OO rd, 13 vali:ur H = 2L Sing Pe(~t
Stre c3nsid6r6, cornmc UF optimum.
3
Etud3 de variation du vElumo utile 2n Sanction dr: 1~ prL!ssiun
Les calculs dz vnlumo sont !>fféctu6s on tenant compte de l%ppr;-
xim,ltiln suivante :
Pouriuoisin 3s 0 ( i 4 0,06 As), ces < 5 1.
Pour H<L sin< , ~A'o~~ PS Hc + L sin$,
1s variation du vclumo btilo
,.,n i‘un;Iti.un d;! 1s pr;:ss.iun est di.;nnéc par (voir noto dz calcul - Annexa 4) :
t
VI.) z FI2
Th&criquumont peur un foncticnncmtint crlrrk:ct, ii est inutil,.. d<:!
c.iiipPsskt:r
la valsur P = Vb + L s i n < corrt:spondant
à unL surface de dbqazaqL
maximun.
Cependant sur cartniniis install.;qticns, la pri-!ssicn du gaz puut 2t;rs
unr; donn6c à rospoctor (:3limcntaticn d’nppnreils). Dans ci: cas,'si P 'P HO +
L sinf li: volume utile (Vu’) o s t dunn6 p a r l a ri-;latian :
-4-
ct Vu C:alculé en
(1)
Un exemple pr6cis nous permet d'apprécier les variations du volume
ltile pour plusieurs niveaux de pression :
Données
q zz 0 , :1 s
L = 5,1 m -.a----"+ vi: = IUOO 1
Ho= 0,15 m
pente : f :- O,Cl5 rdç
II1 (m) J H (m) .; vu (1)
;.
! 0 ,15!
0
!
1 000 !
!
II
, t;,2G ;;
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0,os
1
3 9’7 ,
! c , 2 !5 !!
0,lO
!
$J’y 3
!
!
1
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! ij,30 ;;
UP15
,
927
!
! 8,35 !
0,20
!
8 54
!
!
!
; c;,40 ;
0,25
,
‘7 5 5
!
!
!
!
!
s 1: r c 1.2 t e Y 0 rn p 1 (3 ’ on r erlar:.‘~‘.!ura c/ ~JE: pour un
pression supérieu:: e
9 0,1?5 n:, la répercussion sur le volume utile du fermenteur est importantn
e!. peut entrainE.zr des erreurs. de gestion (temps de r&tention, charge massi-
que lit productivité). La pression cptimum de fonrtionnement, p = t-10 + 2LsinQ..-
-
-
0,32 m corresponu i‘7, un volu~me utile de 901 1 soit une diminution d'en- 3
viron 10 -! par rapporl:
au volume du corps de fermerteur.
4 - APPLICATION AUX FE9MENTEURS EXPERitiENTES AU CNf;-
D eu x î‘ermenteurs
ISSA sont actuellement testés au CNRA. Les études
actuelles visent :i vérifier l'influence d'une tempgrature de Permsntation ho-
mog+ne
sur les performances du formentsur (productivité biogaz, qualité du
compost). A cet effet:, le premier fermenteur (A) est enterré et muni d'un
dispositif d’agitation permettant l'homogénéisatior du milieu. Le second
f ermentebr (0) est soumis aux variations de temperature
journalihres * CI:!mpte
tenu du caractgrc comparatif de l'étude, les autres paramùtres de fonctionne-
ment, tau.< de cIlarge,
temps de rgtention sont identiques. Dans un tel cas
erperimental,
le volume utile d.1 fermenteur est hune donnee de départ impor-
tante qd'il convient de calculer exactement dans 1~s conditions de l'essai :
- Fermenteur A, enterré :
Donn&es ii :r 0,2F15 m, L = 3,3 m------:-7\\ Vc = 842 1
Ho -X 0,3 m
< := 0,06 rds
p optirnale = Ho + 2L sinl
= 0,43 m
7
Pression I-Je foncti.Jnrrement :
i1 s t o c k a g e
: 0,22 m
P su;:presseur
: 0,2G Tri
d 1 o :.i P LT 0 , 4 2 m
Le calcul donne Vu = 803 1
- Fermenteur 8, non-enterré :
Données Fi
= 0,2d5 , L :: 2,95 m ~------+Wc - 153 1
Ho .I 0
$- -: 0,05 rds
2Lsi
P 0~ltj.fllale = - I
yi-.
0,l m
3
Impératif technique (utilisation du même stockage que pour 10
fermenteur A )
Pression de fonctionnement = pression stockage = 0,22 m
Le calcul dcnne Vu = 567 1
Si, comme dans la plupart des cas, le volume utile Qtait associé
au volune du corps de fermenteur, une arretir de 5 et 25 :',. serait commis!-
respectiwsment pour Les fermenteurs A et B entrainant parallèlement des
erreurs semblables sur les paramEtres tels que l.e temps de rétention, la
charge flassique et la ;lroductiwité.
La pression de Fonctionnement Qtant
variable selon les essais, ::ne courbe d'étalonnage 3 été tracés pour cha.que
fermenteur (,?nnexes 2 et 3).
5 - COfKLUSIIliJS
Dan$ li-: Cos :II:!~
icrmentùurs 15i!A,
!a pression d-, I=iaqar e s t une
donnee i~~~pOrLarite qui coniJitionne u'un6' part le fonctionnement même dJ fer-
r3eite.x prir l'int~zrmédiaire
dri La surface dt! rdégaza:js et d'autre part la
dé'ser:nir;at;iorl
de:; Param?treu biologiques ÏIC i-gestion,
Souvent,
on calcule le volum9 utile d'un tel fermenteur b partir
du volurre du corps ce qui, pour certains niveaux de Pression, peut entraknsr
des erreurs importantas.
Lors dti
dimensionnement d'uns
installation de f errnsn tation, les
données de départ sont :
- 1~ volume utile en relation avec la quantité de r@sidus à traiter
et le temPs de rdtention pr6conisr5 ;
- les caract&ristiques dimensionnelles des fûts de récupération ;
- la pente de 1'01 dre de 4 U G '.';.
Pour dlrzensionner In fermentour 9 on ai;ira sur la longueur et la
ProssioP en utili*,?ant ;~sr eueir;Ple une &thode
i t é r a t i v e t e l l e q u e d é c r i t e
sur l’or~;,anicjramr-ii? en annexe 1,
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IUbmo conférence annuellle de 1'A.A.A.S.A. - Le Caire 23-30 odo-
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ANNEXE 1 - DIMENSIONNEMENT D'UN FERMENTEUR ZAIROIS
ORGANIGRAMME DE DECISION
quantité de dhjections >
temps de rétention
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Tableau de calcul itératif
I
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Tableau de calcul itératif
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3 (P-Ho)
! P
!L =
!Vu d'après (I)i
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P
!L = 3 P
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!Vu d'aprhs (l)!
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si P> pression stockage,
lestage du gazombtre ou
surpresseur.
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ANNEXE 4 - CALCUL DU VOLUME UTILE
ler cas H<L sin$:
Approximation préalable : pour <* 0 ; ços <= 1-
d'où R' = A
Volume du corps de fermenteur : Vc ='N R* L
Volume utile du fermenteur
:
vu = vc - ug
Vg est donn6 par la demi-portion de cylindre hachurde :
/ljR2 8
surface de base : S -2 - - (R - H) R sin 8/2
2 6
R - H
a v e c 9/2 = a r c Cos -
S :: R*(e/2 - sin f3/2 (1
On a Vg = -,
5x11
D-
H
- ,-etH=P-Ho
2
1%
R2 (p - Ho)
P
d'oh Vg =
w2 - sin 8/2 (1 -
- Ho>>
vu = yR2 ;*L - ' - 'j" (9/2 -sin 8/2 (1 - ' - --
2 19x
R
vu = vc - vg = crjR2 L - vg
,
Hc:))i
R - -‘,S-1 (1)
R
_:
_.
2 1!3<
(p - Ho)
a v e c 012 = a r c Cos
R
.
ANNEXE 4 - CALCUL DU VOLUME LTILE (suite)
2&me cas H>L sin C
On a Vu' = t/u + v (Wg" = vg - v avec Wg calcul6 au Ier cas)
avec Vu calculé en 1
v est calculé de la même façon que Vu avec h = H - L sin t
R
et ei2 - arc cas
- (H - L sino
R
-----~--,~~
P
VU' = vu + R2 (P -- HO - L sing) 8' - sin 81
- Ho - L sinf))
d'où :
2 lgI,
c2
R
tl
J/
avec El*/2
R
= arc cas
- (p - HO - L sinf)
t
R
1
et Vu Calcul& en (1)