Le réacteur anaérobie IC est une technologie de traitement anaérobie de troisième-haute efficacité. Son cœur réside dans l’obtention d’une charge volumétrique élevée, d’une forte résistance aux chocs et d’un effluent stable grâce à un système de circulation interne. Il est largement utilisé dans le traitement des eaux usées organiques à haute concentration- provenant d'industries telles que la bière, l'amidon, la fabrication du papier et les produits pharmaceutiques.
Le réacteur anaérobie IC (Circulation Interne) est un réacteur anaérobie à haut rendement-de troisième-génération développé par la société néerlandaise PAQUES au milieu-des années 1980 sur la base de l'UASB. Il combine la structure en série de deux UASB et un mécanisme de circulation interne auto-entraîné, améliorant considérablement l'efficacité du transfert de masse et la capacité d'élimination des matières organiques, et présente des avantages exceptionnels dans le traitement des eaux usées industrielles.
Aperçu des principes fondamentaux
Le fonctionnement de la tour IC est basé sur le mécanisme de « circulation interne » : les eaux usées pénètrent dans le fond et se mélangent aux boues granulaires, où elles sont dégradées dans la première chambre de réaction pour produire une grande quantité de biogaz ; le biogaz transporte le liquide mélangé vers le haut jusqu'au séparateur gaz -liquide supérieur, où le gaz est évacué et le liquide retourne vers le bas par la conduite de retour, formant une circulation interne continue. Ce processus intensifie le transfert de masse et améliore l'efficacité de la réaction.
Dans le réacteur IC, la génération et la séparation du biogaz se déroulent comme suit :
Génération de biogaz : Dans les première et deuxième chambres de réaction du réacteur, les micro-organismes anaérobies décomposent la matière organique pour produire du biogaz (principalement du méthane et du dioxyde de carbone) et du liquide de réaction. Au fur et à mesure que le biogaz monte, il soulève le liquide mélangé dans la première chambre de réaction vers le séparateur gaz -liquide supérieur du réacteur.
Séparation gaz-liquide : après être entré dans le séparateur gaz-liquide, le biogaz, en raison de la différence de densité entre le gaz et le liquide, se déplace vers le haut, tandis que le liquide de réaction s'écoule vers le bas. Le séparateur gaz-liquide est conçu avec une hotte de collecte de gaz et un tuyau d'évacuation du biogaz. Le biogaz est séparé et pénètre dans le séparateur gaz-liquide via le tuyau de collecte de gaz, et est finalement évacué par le tuyau d'évacuation supérieur du biogaz.
Retour de liquide : le liquide de réaction séparé s'écoule du bas du séparateur gaz-liquide et rentre-dans la partie inférieure du réacteur pour participer au processus de réaction anaérobie ultérieur.
Tableau des paramètres du réacteur anaérobie IC
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Cote du paramètre |
Valeurs/caractéristiques typiques du réacteur anaérobie IC |
Référence de comparaison (par exemple UASB) |
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Charge volumique |
15 à 30 kgCOD/(m³·d), jusqu'à 35 à 50 kgCOD/(m³·d) à des charges élevées |
L'UASB est généralement de 5 à 10 kgCOD/(m³·d) |
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Temps de rétention hydraulique (HRT) |
2 à 6 heures (selon la qualité de l'eau) |
L'UASB nécessite généralement 10 à 24 heures |
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MORUE Taux de suppression |
75 % à 80 % ou plus (en fonction de la concentration de l'influent) |
Légèrement plus élevé dans des conditions similaires mais avec un fonctionnement plus stable en UASB |
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Flux de circulation interne |
Évaluez 2 à 3 fois l'influent (pour les faibles concentrations), jusqu'à 10 à 20 fois (pour les concentrations élevées) |
Une circulation par pompe externe est nécessaire, avec une consommation d'énergie plus élevée |
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Vitesse du flux ascendant |
Jusqu'à 16 à 20 fois supérieur à celui de l'UASB |
Inférieur à l'UASB ordinaire |
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Rapport hauteur-/-diamètre |
Généralement 4 à 8, avec une hauteur allant jusqu'à 20 m |
Généralement plus court et plus large, occupant plus d'espace |
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Plage de contrôle du pH |
Recommandé 6,5–7,5 pour les personnes influentes |
Un écart par rapport à cette plage affecte l'activité des bactéries méthanogènes |
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Température de fonctionnement |
À température ambiante (20-25 degrés) ou mésophile (35-38 degrés) |
Le mésophile est le mode principal, sensible à la température |
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Concentration des boues |
Boues extrêmement élevées, principalement granulaires, dont la circulation interne favorise la formation |
Concentration plus faible, sujette à la perte |
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Surface au sol |
Seulement 1/4 à 1/3 de l'UASB |
Occupe plus d'espace |
Scénarios d'application du réacteur anaérobie IC
Traitement des eaux usées dans l'industrie de la bière et des boissons
Le réacteur anaérobie IC fonctionne bien dans le traitement des eaux usées provenant de la production de bière et de boissons. Il peut traiter les eaux usées provenant du brassage et de la fermentation de la bière. Grâce à des chambres de réaction à deux étages-, il dégrade les substances organiques telles que les sucres et les protéines, atteignant un taux d'élimination de la DCO de 85 % à 90 %. De plus, le biogaz récupéré peut être utilisé pour le chauffage des chaudières, réduisant ainsi les coûts énergétiques.
Traitement des eaux usées dans la transformation de l'amidon et des produits laitiers
Dans l'industrie de la fécule et de la transformation des produits laitiers, le réacteur anaérobie IC peut traiter les eaux usées provenant de la production d'amidon de maïs et du lactosérum (riche en lactose et en protéines). En diluant les matières en suspension (SS) à haute concentration par circulation interne, il peut empêcher le gonflement des boues et a un taux de chargement volumétrique allant jusqu'à 20 à 30 kg de DCO/m³·d.
Traitement des eaux usées dans la transformation de la viande et des fruits/légumes
Le réacteur anaérobie IC convient également au traitement des eaux usées provenant de l'abattage de viande (contenant de la graisse et du sang) et du marinage de fruits/légumes (riches en sel). Il peut dégrader efficacement les substances organiques complexes présentes dans ces eaux usées, améliorant ainsi l’efficacité du traitement.
Traitement des eaux usées dans l'industrie de la fabrication du papier et de la pâte à papier
Les eaux usées de la liqueur noire et de la pâte à papier contiennent de la lignine, de la cellulose et d'autres substances réfractaires, et les méthodes de traitement traditionnelles sont peu efficaces. Le réacteur anaérobie IC fonctionne à des températures élevées (55-65 degrés) pour améliorer la dégradation, réduisant la DCO à moins de 500 mg/L après traitement. L'eau traitée peut être réutilisée en production.
Traitement des eaux usées dans l'industrie chimique
Le réacteur anaérobie IC convient au traitement des eaux usées organiques de l'industrie chimique, telles que les déchets de distillation d'alcool et les eaux usées de fermentation de l'acide citrique. Ces eaux usées contiennent de fortes concentrations de substances organiques et le réacteur anaérobie IC peut les dégrader efficacement, répondant ainsi aux normes environnementales en matière de rejets.
Traitement des eaux usées en galvanoplastie, teinture et lixiviat de décharge
Pour la galvanoplastie et la teinture des eaux usées et des lixiviats de décharge, le réacteur anaérobie IC adopte souvent le processus combiné IC + nitrification courte -, atteignant un taux d'élimination de l'azote de plus de 90 %. Ce processus combiné peut éliminer efficacement l'azote, le phosphore et d'autres polluants des eaux usées, améliorant ainsi l'efficacité du traitement.
Caractéristiques du réacteur anaérobie IC
Le réacteur anaérobie IC présente une concentration élevée de boues et une grande quantité de micro-organismes. Il dispose également d'une circulation interne, qui assure un bon transfert de masse. Le taux de charge organique de l’influent peut être jusqu’à trois fois plus élevé. Généralement, le taux de chargement volumétrique est de 10 à 18 kg DCO/m³/j, et pour certaines marques, il peut être encore plus élevé.
Le taux de chargement volumétrique du réacteur IC est environ trois fois supérieur à celui du réacteur UASB conventionnel, et son volume est environ un-quart de celui du réacteur conventionnel. Par conséquent, il occupe moins d’espace et convient parfaitement aux entreprises industrielles et minières disposant d’une disponibilité foncière limitée.
Le réacteur IC peut automatiquement diluer l'influent par circulation interne, maintenant efficacement la stabilité de la concentration de l'influent dans la première chambre de réaction.
L’impact de la température sur la digestion anaérobie réside principalement dans son effet sur la vitesse de digestion. En raison de la grande quantité de micro-organismes dans le réacteur IC, l’influence de la température sur la digestion anaérobie n’est plus importante ou grave. Généralement, la digestion anaérobie dans le réacteur IC peut être effectuée à des températures normales (20 à 25 degrés), réduisant ainsi la difficulté de maintenir la température de digestion et économisant de l'énergie.
Le reflux dans les réacteurs anaérobies conventionnels est obtenu grâce à une pressurisation externe, tandis que le réacteur IC utilise le biogaz qu'il génère comme force de levage pour réaliser la circulation interne du liquide mélangé, éliminant ainsi le besoin d'une pompe pour forcer la circulation et économisant la consommation d'énergie.
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