la mise en œuvre

La digestion anaérobie peut se mettre en œuvre selon de nombreuses variantes. Comme en fermentation aérobie, la culture bactérienne peut être développée en suspension libre ou fixée sur un support.

applications

La méthanisation peut être utilisée :

• pour épurer les eaux résiduaires (eaux résiduaires industrielles et, parfois en pays chauds, en prétraitement des eaux résiduaires urbaines) et les lisiers d’élevage.
• pour stabiliser les boues en excès des stations d’épuration (digestion anaérobie)
• pour stabiliser différents déchets dont la partie organique des ordures ménagères ainsi que les déchets verts.

les cultures libres « floculantes »

(peut être appliquée pour le traitement des eaux résiduaires et des boues)

La structure souvent fragile (ténue) des boues anaérobies et la génération de gaz en leur sein (CO₂, CH₄) rendent la séparation de ces flocs beaucoup plus difficile qu’en phase aérobie. On devra donc avoir recours en traitement d’effluents liquides à des clarificateurs extensifs et à un dégazage poussé des flocs (passage dans une enceinte sous vide). À cette condition, il est possible de recycler la boue et de travailler avec des réacteurs contenant jusqu’à 10-15 g · L^–1 de boues et d’ainsi appliquer des charges variables de 2 à 12 kg DCO · m^–3 · j^–1 de digesteur.

En traitement de boues, il est possible d’introduire, sur un digesteur anérobie mésophile haute charge jusqu’à 2,5 kg de MV · m^–3·j^–1.

granulation des boues : une spécificité (pour eau résiduaire industrielles)

Il est également possible d’utiliser en cultures libres la faculté de granulation des biomasses anaérobies. Les « granules » sont des agrégats compacts de bactéries de 2 à 8 mm (photo 5).

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Le mode de formation de ces granules n’est pas totalement élucidé. Le rôle de microparticules inertes, servant d’initiateur de granulation, a été mis en évidence. L’importance de la concentration en calcium (plus de 100 mg · L^–1) dans les phénomènes de consolidation du granulé est souvent signalée. La présence d’ami­don est également un élément favorable.

Les propriétés de décantation de ces granules sont excellentes (15 à 80 m · h^–1), ce qui permet de les utili­ser dans un lit de boue traversé de bas en haut par le liquide à traiter sans qu’il y ait entraînement notable de celles-ci.

Ce procédé dit « UASB » (upflow anaerobic sludge blanket) tel l’Anapulse degremont® (voir anapulse (digesteur à lit de boues)) est aujourd’hui le procédé le plus répandu en méthanisation d’effluents. Il permet d’obtenir des charges éli­minées de 8 à 15 kg DCO · m^–3 · j^–1. Des procédés plus récents utilisent ces mêmes granules dans des lits tur­bulents triphasiques qui permettent des échanges plus intensifs entre substrat et biomasse, et permettent ainsi de traiter jusqu’à 20-30 kg DCO · m^–3 · j^–1.

digestion deux phases et sulfatoréduction

(peut être appliquée pour le traitement des eaux résiduaires et des boues)

Une autre technique également utilisée en cultures libres (et en culture fixée pour les eaux résiduaires industrielles) est celle de la digestion en deux phases. On sépare, pour les optimiser, les phases hydrolyse-acidification et acétogénèse-méthanogénèse. Cette sépa­ration peut être envisagée plus particulièrement dans les cas suivants :

• l’étape d’hydrolyse est limitante et nécessite une optimisation séparée (conditions de pH et de tempé­rature). Exemple : déchets cellulosiques ;
• la première phase risque d’être inhibitrice de la seconde.

Exemple :

• acidification rapide de sucres simples pour laquelle la moindre variation de charge induira des fluctua­tions importantes du pH ;
• risques de sulfatoréduction pour des concentrations en S supérieures à 200 mg · L^–1 (l’H₂S est toxique pour l’étape acétogénèse-méthanogénèse).

Appliquée à la digestion des boues, cela offre la possibilité d’un système plus compact (voir stabilisation des boues liquides).

les cultures fixées

(uniquement pour les eaux résiduaires)

À la différence des cultures libres, cette technique n’est pas applicable aux boues, pour des raisons prati­ques d’exploitation (encrassement du support, viscosité du milieu) :

utilisation de matériaux supports mobiles en lits « fluidisés »

Les supports utilisés ont généralement une granulométrie de quelques centaines de micromètres. Ils sont mis en expansion par le courant d’eau et de gaz ascendant. Ces réacteurs tels l’Anaflux degremont® (voir anaflux (cultures fixées en lit fluidisé) – culture fixées en lit fluidisé) permettent un très bon échange substrat-culture, ainsi qu’une concentration en biomasse active élevée. Les charges volumiques qui leur sont applicables peuvent atteindre 50 kg · m^–3 · j^–1. de DCO, voire plus sur certains effluents.

Une parfaite maîtrise de l’hydraulique du système triphasique est nécessaire pour éviter des zones non fluidisées.

Un contrôle de l’accroissement de la masse bactérienne est également nécessaire, de façon à éviter un trop fort allégement du matériau support par la biomasse qui s’y agglomère dû soit à une expansion anor­male du lit, soit à un engorgement de celui-ci qui entraînerait dans les deux cas des pertes de boues et de matériaux supports.