Présentation de mémoire de maîtrise - Charles Urtnowski-Morin

Modélisation ohénoménologique du procédé de biométhanisation au sein d'une analyse de flux de matières pour l'évaluation de scénarios de traitement

L’analyse de flux de matières (MFA) est de plus en plus utilisée comme outil d’aide à la décision pour la conception et l’évaluation de systèmes complexes de gestion des matières résiduelles. La représentation des processus de traitement par des coefficients de transfert empiriques telle qu’habituellement effectuée apportent certes une simplification avantageuse des processus, elle est cependant difficilement applicable à des processus plus complexes comme la biométhanisation.

Ce mémoire propose de prendre en compte l’effet de la composition des flux de matières et des conditions d’opération sur la performance du procédé de biométhanisation et sur la composition des flux sortants en utilisant l’Anaerobic Digestion Model no. 1 (ADM1). Une méthodologie est développée pour caractériser un flux de matières en termes des composés du modèle à partir des compositions élémentaires de ses différentes fractions. Elle est basée sur un bilan de masse des éléments et de la demande chimique en oxygène théorique. Le modèle ADM1 est adapté pour la co-digestion de substrats solides par l’application de stœchiométries variables pour les réactions d’hydrolyse. La méthodologie permet de bien reproduire de façon dynamique les tendances observées sur des résultats expérimentaux provenant de la littérature, même lorsque des compositions élémentaires génériques sont utilisées. Cependant, pour obtenir une meilleure précision, les constantes d’hydrolyse et les potentiels méthanogènes doivent provenir d’analyses effectuées directement sur les matières à l’étude. L’intérêt de la méthodologie pour une MFA est démontré en étudiant les impacts sur les coefficients de transfert en régime permanent du taux de charge organique, de la teneur en matières sèches, du taux de recyclage et de la composition du flux entrant.

En appliquant la méthodologie aux représentations par MFA des systèmes de traitements de la matière organique résiduelle de l’agglomération de Montréal et de la ville de Laval, l’évaluation de différents scénarios est possible en se basant sur des critères de rendement en méthane ou de recyclage des nutriments. Elle permet ainsi d’évaluer les impacts de la composition des matières et des conditions d’opération et peut évaluer la réponse dynamique du système à un changement abrupt de celles-ci. Lorsque le système est surdimensionné comme ce sera le cas dans les premières années de mise en service du centre de biométhanisation de l’agglomération de Montréal, les résultats obtenus montrent l’avantage sur les plans de la production en méthane et du recyclage des nutriments de traiter la fraction organique triée mécaniquement des ordures ménagères dans le même centre que les résidus organiques triés à la source en appliquant un taux de charge organique faible. Le contenu élevé en matières inorganiques dans le compost laisse cependant prévoir une difficulté à faire accepter le produit sur les marchés. Pour la ville de Laval, les résultats obtenus montrent une grande résilience du système de traitement par biométhanisation des biosolides municipaux face à une période de pointe marquée par des quantités importantes de résidus verts dans la collecte sélective.