Divers problèmes peuvent survenir pendant l’exploitation d’une usine biogaz. Ceux-ci freinent parfois le procédé biologique de la digestion anaérobie. De plus, ils entraînent de grandes conséquences sur la capacité de production de l’usine et sa rentabilité.
Voici votre guide de dépannage pour les usines biogaz. Vous y trouverez les facteurs à surveiller pour assurer le bon fonctionnement de l’usine, des exemples de problèmes pouvant survenir et des solutions pour les résoudre.
Veuillez noter : cet article a été écrit en tant que source d’information générale avec des documents publics. Vous pourrez retrouver les sources en bas de l’article. Si vous planifiez un projet de biogaz, veuillez vous assurer d’entrer en contact avec des professionnels afin de discuter la réglementation applicable dans votre pays.
Quels facteurs surveiller pour éviter les problèmes d’usines biogaz?
L’exploitant peut vérifier les facteurs suivants lorsqu’un problème survient sur l’usine de biogaz. Cette liste peut également être utile pour prévenir de tels problèmes.
Ammoniaque (NH3)
L’ammoniaque est un composé chimique formé d’azote et d’hydrogène créé pendant la digestion anaérobie. Certains facteurs comme la température, la composition des intrants, le pH et le niveau d’acclimatation des bactéries influencent l’effet de l’ammoniaque sur le procédé.
À surveiller :
L’exploitant doit s’assurer de conserver la concentration d’ammoniaque en dessous de 2000 ppm ou entre 50 et 200 mg/L pour éviter les problèmes d’usines biogaz. Une concentration d’ammoniaque située entre 1500 et 3000 mg/L peut nuire au procédé de digestion anaérobie.
Toutefois, les digesteurs mésophiliques peuvent supporter une concentration d’ammoniaque de plus de 3000 ppm lorsqu’ils sont bien adaptés. Une concentration de plus de 3000 mg/L est toxique pour le procédé de digestion anaérobie, et ce, pour tous les digesteurs.
Lorsque l’exploitant de l’usine remarque une hausse importante de la concentration d’ammoniaque, il doit réduire le taux de charge organique.
L’alcalinité
L’alcalinité est la capacité qu’a l’eau de neutraliser les acides dans une usine biogaz. L’alcalinité se mesure en milligrammes d’équivalent de carbonate de calcium par litre. Cette unité de mesure est utilisée pour mesurer les carbonates, les bicarbonates, les hydroxydes et, parfois, les borates, les silicates et les phosphates.
À surveiller :
L’exploitant doit s’assurer que l’alcalinité demeure entre 1500 et 5000 mg/L. Le contenu du digesteur peut agir comme tampon. Sa capacité à jouer ce rôle influencera la stabilité du procédé de digestion. À noter également : de petites variations de pH auront des répercussions sur les méthanogènes. Les producteurs d’acide, quant à eux, peuvent fonctionner avec une grande variété de pHs.
Le ratio entre les acides volatils et l’alcalinité
L’exploitant de l’usine peut également calculer le ratio entre les acides volatils et l’alcalinité pour avoir un meilleur contrôle sur le procédé de digestion anaérobie.
À surveiller :
Pour calculer ce ratio, l’exploitant utilisera la formule suivante :
Si le ratio atteint :
- En dessous de 0,35 : L’exploitation du digesteur fonctionne bien
- Entre 0,1 et 0,35 : Le digesteur fonctionne parfaitement
- Plus de 0,35 : Le digesteur montre des signes de problèmes comme la surcharge organique, hydraulique ou autres.
Oxygène
Le procédé de digestion anaérobie produit un peu d’oxygène.
À surveiller :
Le procédé de digestion anaérobie a seulement besoin d’en dessous de 0,1 ppm d’oxygène pour assurer sa réussite.
Acides gras volatils
Les acides gras volatils, aussi appelés acides organiques, indiquent la santé du digesteur. On les utilise également comme nourriture pour les générateurs de méthane. Ils se mesurent en milligrammes d’équivalent d’acide acétique et sont solubles dans l’eau. La production d’acides gras volatils varie selon la quantité de solides approvisionnant le digesteur.
À surveiller :
La concentration d’acides gras volatils devrait être en dessous de 2000 ppm. Une concentration plus élevée peut déséquilibrer le système et être toxique pour la digestion anaérobie. Lorsque la concentration s’élève au-dessus de 300 ml/L, le digesteur peut devenir surchargé. L’exploitant peut également rencontrer d’autres problèmes dans son usine biogaz.
Charge organique
L’exploitant peut mesurer la charge organique de son digesteur à partir de la masse ou du poids de solides volatils par unité de volume du digesteur par jour. La formule sera donc : kg/m3 x jour and lb/100 ft3 x jour.
À surveiller :
La charge organique dans un système de digestion anaérobie se situe entre 1,6 et 6,4 kg/m3 x jour ou entre 100 et 400 lb/100 ft3 x jour. Dans tous les cas, cependant, l’exploitant doit approvisionner ses digesteurs à un rythme régulier et constant.
Production de gaz
Le procédé de digestion anaérobie produit du méthane, qu’on peut ensuite transformer en carburant, en chaleur et en électricité. La capacité de production des digesteurs peut atteindre entre 0,8 et 1,1 m3/kg ou entre 13 et 18 ft3/lb de volatils solides détruits.
Le gaz de digesteur se compose d’approximativement 65 % de méthane et de 35 % de dioxyde de carbone. Le pouvoir calorifique de ce gaz se situe entre 19 et 23 MJ/m3.
À surveiller :
L’exploitant doit vérifier la couleur de la flamme du brûleur de résidus gazeux. Lorsque la flamme est bleue, le digesteur produit du méthane de qualité. Lorsqu’elle devient jaune, le niveau de dioxyde de carbone dans le digesteur augmente.
Une trop grande concentration de dioxyde de carbone dans le digesteur peut indiquer un problème dans le procédé de digestion. Il entraîne aussi des bris pour l’équipement alimenté au gaz de digesteur.
Niveau de sodium
L’accumulation de sodium dans le digesteur peut avoir des répercussions sur la production de gaz et entraîner d’autres problèmes dans l’usine de biogaz.
À surveiller :
La concentration de sodium dans le digesteur doit demeurer entre 3500 et 5500 ppm.
Métaux lourds
Des métaux lourds, comme le cuivre, peuvent se retrouver dans le digesteur à cause d’utilisateurs industriels. Des traces de métaux ont des effets positifs sur le procédé de digestion anaérobie. Toutefois, une plus grande concentration de métaux lourds est toxique pour le procédé.
À surveiller :
La concentration de métaux lourds solubles doit être située en dessous de 0,5 mg/L.
Variations de température
L’exploitant doit conserver une température constante dans l’usine biogaz.
Par exemple :
- Dans un système mésophilique, la température devrait se situer entre 30 °C et 38 °C (85 °F et 100 °F).
- Dans un système thermophilique, la température devrait se situer entre 50 °C et 60 °C (122 °F et 140 °F).
À surveiller :
L’exploitant doit porter une attention particulière à toute variation de température se produisant durant la digestion anaérobie. Dans un système mésophilique, par exemple, celle-ci ne devrait pas dépasser 0,6 °C. Dans ce type de systèmes, la température idéale se situe entre 35 °C et 37 °C (95 °F et 98 °F). Le temps de rétention se situe entre 10 et 30 jours.
L’exploitant doit également surveiller tout changement de température dans un système de digestion thermophilique. Les microorganismes dans ces systèmes s’adaptent mal à de tels variations. Le temps de rétention pour les systèmes thermophiliques se situe entre 5 et 12 jours.
En cas de problème de variations de température, l’exploitant de l’usine peut vérifier le système de chauffage et le programme PLC.
Production de mousse
La production de mousse pendant la digestion anaérobie peut nuire à la performance de l’usine. Elle peut entraîner des problèmes de sécurité, de bris d’équipements et de structures.
À surveiller :
En cas de production de mousse, l’exploitant doit porter attention au brassage, aux variations de température dans le digesteur et à l’approvisionnement inadéquat ou inconsistant en matières. Le transfert de filaments du courant de traitement liquide au digesteur peut aussi causer la production de mousse.
Brassage
Le brassage du contenu du digesteur permet d’assurer la constance de la température et la dispersion efficace des solides. Un bon brassage minutieux de la matière permet une exploitation optimale.
À surveiller :
En cas de bris de la pompe ou de l’agitateur, l’exploitant doit consulter le manuel de l’utilisateur de l’équipement. Il peut également demander du soutien technique pour réparer les pièces brisées.
La création de struvite
Le struvite est un composé de phosphate double d’ammonium et de magnésium (MgNH4PO4). Il forme des dépôts de tartre dans les digesteurs anaérobies et dans le déshydrateur de boues.
Ces dépôts peuvent entraîner des problèmes de maintenance de l’usine, comme des tuyaux, des soupapes, des échangeurs de chaleur bouchés ou autres.
À surveiller :
L’exploitant doit porter attention à tout dépôt de struvite dans les digesteurs parce qu’ils s’enlèvent difficilement. Certains moyens pour enlever ces dépôts, comme le lavage acide, sont efficaces, mais prennent beaucoup de temps et peuvent être dangereux. D’autres installations utilisent plutôt du chlorure ferrique ou du chlorure ferreux pour prévenir les dépôts de struvite.
Quels problèmes peuvent survenir dans une usine biogaz?
Voici quelques exemples de problèmes pouvant survenir dans une usine biogaz, leurs causes et des solutions pour les résoudre.
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Problèmes |
Causes fréquentes |
Actions recommandées |
| Chute du rendement en gaz |
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| Chute de la concentration de méthane |
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| Problème de mousse |
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| Chute du pH |
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| Baisse du ratio FOS/TAC |
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Source
Operator Essentials: What every operator should know about anaerobic digestion?