Comment sélectionner l'inoculum pour l'usine de biogaz – deuxieme PARTIE

L'activité méthanogène spécifique (École secondaire): réalisation et interprétation des résultats des tests.

Re-publication d'un article de Mario A. Rosé sur Agronotizie

Dans Partie I de cet article, nous avons illustré comment l'activité biologique d'un inoculum est mesurée en introduisant une certaine quantité de substrat de référence dans un réacteur d'essai et en vérifiant que pour chaque gramme de DCO (La demande chimique en oxygène) sont produits au moins 350 Ncm3 de méthane.

Analysons dans ce deuxieme PARTIE de l'article le particularités du test d'activité méthanogène spécifique (École secondaire).

Comment réaliser le test SMA en pratique

La littérature scientifique sur les preuves École secondaire il est très varié en ce qui concerne les substrats à utiliser (Réf.[je]).
Le premier doute que le débutant doit lever avant de commencer un test d'activité méthanogène est donc: quel substrat utiliser? En général, tout substrat 100% digestible produira 350 Ncm3 CH4/gCOD, comme le Table 1.

Table 1: Morue et Bmp(potentiel méthane) de certains substrats purs et 100% digestible, facile à trouver. Calcul de la DCO réalisé par l'auteur à partir de la stoechiométrie de l'oxydation totale, et BMP théorique obtenu avec la formule de Buswel et Symons (Normes UNI 11723, annexe B.2)

D'un point de vue formel, Mais, un test réalisé avec un substrat autre que l'acétate de sodium ou l'acide acétique est certainement un test d'activité biologique, mais un test spécifique d'activité méthanogène ne peut être envisagé. Par exemple, un test réalisé avec du sucre au lieu de l'acétate impliquera deux groupes de microorganismes: bactéries fermentatives, qui convertira le sucre en acide acétique, et le Archée, qui convertira l'acide acétique en méthane et en dioxyde de carbone. Si le test donne un résultat négatif: comment dire avec certitude lequel des deux groupes de microorganismes est celui qui manque ou qui est inhibé?

Le deuxième aspect à considérer concerne le quantité d'acide acétique ou d'acétate de sodium à introduire dans le réacteur d'essai. La normeUNI/TS 11703:2018 recommande d'effectuer un contrôle positif en parallèle avec chaque test Bmp pour vérifier la qualité de l'inoculum. Cependant, la norme n'établit pas quel est le taux d'inoculation: substrat (EST) être adopté, ce qui implique qu'il doit être “supérieur à 2” comme pour tout test Bmp. Dans le cas particulier de l'acide acétique, cependant, le rapport I / S doit être bien supérieur à 10, sinon vous risquez de trop abaisser le pH, et aussi la réaction de l'acide avec les carbonates et bicarbonates présents dans l'inoculum produira une mousse abondante, jusqu'à ce que le réacteur déborde. L'acétate de sodium, au lieu, il n'altère pas le pH de l'inoculum car c'est un sel, mais un rapport I / S trop proche de 2 Cela peut causer “faux négatifs” parce que le sodium est un inhibiteur de Archée, comme nous l'avons déjà démontré dans un autre article de cette chronique (La conductivité électrique n'est pas fiable pour la gestion de l'usine de biogaz).

La Photo 1 montre l'exemple d'un test réalisé sur le même échantillon d'inoculum, avec différentes quantités d'acétate de sodium.

Photo 1: Un test de digestion anaérobie de l'acétate de sodium, réalisé par l'auteur sur un seul échantillon d'inoculum, mais avec des rapports I / S différents
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Aux effets pratiques, la preuve d'activité méthanogène il doit être fait avec une dose d'acétate de sodium – ou acide acétique – assez bas pour ne pas déclencher “faux négatifs” en raison de l'effet inhibiteur de ces substrats. Pour éviter le “faux négatifs”, la dose d'acétate de sodium ne doit jamais dépasser le seuil d'inhibition. La littérature scientifique il n'est pas unique sur la valeur de cette valeur seuil. Il existe des valeurs allant de 7 g d'acétate / l d'inoculum (Réf.[je]), gamme al 4-8 g / l valide si – comme cela arrive souvent dans les usines de biogaz agricoles– l'inoculum a un pH> 7,5 (Réf.[ii]) jusqu'à un minimum de 2 g / l (Réf.[iii]). Il est à noter que toutes les expériences indiquées ci-dessus concernent le digestat des stations d'épuration, l'auteur a obtenu de bons résultats avec des concentrations d'acétate allant jusqu'à 12 g / l d'inoculum. Pour les tests avec des digestats de plantes agricoles, il semble donc raisonnable de supposer une limite égale à 10 g d'acétate / l de digestat agricole. Si vous utilisez plutôt de l'acide acétique, la concentration totale ne doit pas dépasser i 2,4 g / l d'inoculum, sinon vous risquez de trop abaisser le pH (Réf. [iv]). Si vous n'avez pas d'acide acétique pur, cette concentration est atteinte avec 40 ml de vinaigre / l d'inoculum(le vinaigre contient environ 6% d'acide acétique en volume).


L'unité de mesure de École secondaire

La fréquence respiratoire de tout être vivant est exprimée en Nm3 de gaz par unité de poids vif, par unité de temps. Dans le cas d'un digestat, la masse de bactéries est représentée par des solides volatils (SV), généralement exprimé en g / litre. La courbe d'activité méthanogène est tracée en traçant sur l'axe Y le débit quotidien de méthane par unité de solides volatils dans l'inoculum, en fonction du temps, sur l'axe X. La SMA est la valeur numérique qui correspond au sommet de cette courbe, généralement exprimé en Ncm3 au CH4 / (g SVinoculation x jour).

La Photo 2 montre les courbes d'activité méthanogène correspondant au même test montré sur la photo 1.
En général, une valeur de SMA > 10 Ncm3/g SV . d se considère bon.

Photo 2: Activité méthanogène d'un digestat d'une plante agricole, mesuré avec différents rapports I / S. Dans ce cas concret, la SMA maximale s'est produite avec I / S = 4 correspondant à un dosage de 12 g d'acétate / l d'inoculum
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Une vraie étude de cas

Une installation de biogaz nécessite un redémarrage suite à une maintenance extraordinaire. Dans la zone, il y a deux plantes à partir desquelles l'inoculum pourrait être prélevé, à différentes distances. Le coût du transport de l'inoculum de la plante A est de 3,65 euro / tonne et celle de l'usine B est 4 euro / tonne. Les Sma des inoculums sont ceux indiqués dans Photo 3. Analysons lequel des deux inoculums doit être utilisé.

D'un point de vue purement biologique, l'inoculumB est mieux que’UNE, mais les deux sont toujours valables, comme ils ont Sma> 10 Ncm3/g SVinoc . d alors que les coûts spécifiques sont différents (inoculum A: 3,65 euro / 14 = 0,26 euro par unité d'inoculum SMA et B: 4 euro / 18 = 0,22 euro par unité de SMA).

le critère général commence à partir d'un supposition: si la quantité d'inoculum nécessaire pour démarrer la plante est directement proportionnelle à l'activité biologique, alors nous devons vérifier s'il est commode d'utiliser l'inoculum moins cher dans une plus grande quantité ou une plus petite quantité de l'inoculum plus cher. En termes économiques, il est plus pratique de démarrer l'usine avec l'inoculum B (courbe bleue, Photo 3), dont le transport est plus cher mais, ayant une plus grande activité méthanogène, nécessitera une plus petite quantité.

Photo 3: SMA de deux inoculums d'implants différents. Rouge = plante A, Bleu = plante B
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Conclusions

Le test de l'activité méthanogène spécifique (École secondaire) c'est un test assez rapide et pas cher: vous permet de sélectionner l'inoculum le plus biologiquement actif, afin d'accélérer le démarrage d'une installation de biogaz avec un coût minimum. Sa mise en œuvre est assez simple, mais il n'y a toujours pas de norme établissant une procédure univoque. La clé d'un test réussi est de maintenir la concentration d'acétate de sodium – ou acide acétique– en dessous du seuil d'inhibition de Archée, sinon cela pourrait générer des dieux “faux négatifs”. En général, une dose de 10 g d'acétate / l d'inoculum, ou 2,4 g d'acide acétique / l d'inoculum (équivalent 40 ml de vinaigre / l d'inoculum) il est jugé suffisamment raisonnable de tester les inoculums anaérobies provenant d'installations agricoles.


Références bibliographiques et idées recommandées

[je] Athar Hussain,  Shashi Kant Dubey; Test d'activité méthanogène spécifique pour la dégradation anaérobie des influents; Appl Water Sci (2017) 7:535–542; DOI 10.1007 / s13201-015-0305-z.
[ii] Arjen Rinzema, Jules van Lier, Gatze Lettinga, Inhibition sodique des méthanogènes acétoclastiques dans les boues granulaires d'un réacteur UASB, Technologie enzymatique et microbienne, Le volume 10, Problème 1, 1988, pages 24-32, ISSN 0141-0229.
[iii] Satoshi Fukuzaki, Naomichi Nishio et Shiro Nagai; Cinétique de la fermentation méthanogène de l'acétate; Microbiologie appliquée et environnementale, oct. 1990, p. 3158-3163 Vol. 56, Non. 10.
[iv] Souto, T.F., Pas là, S.F., Silva, S.Q. et coll.Influence des conditions d'incubation sur le test d'activité méthanogène spécifique. Biodégradation 21, 411–424 (2010).
[v] Franke-Whittle IH, Walter A, Ebner C, Insam H.Enquête sur l'effet des concentrations élevées d'acides gras volatils lors de la digestion anaérobie sur les communautés méthanogènes. Gestion des déchets. 2014; 34(11):2080-2089.

Voir également:
M. A. Rose, S. Stromberg; Redémarrage rapide d'une usine de biogaz et minimisation des coûts en micronutriments avec AMPTS II Light, Note d'application, Contrôle des bioprocédés.

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