Modélisation mathématique et simulation numérique de la production du biogaz généré par digestion anaérobie des effluents liquides des papeteries

Abstract

Ce travail porte sur la modélisation de la production du biogaz par digestion anaérobie des effluents pollués de la station d'épuration (STEP) de la papeterie de Kénitra et sur l’impact des paramètres physiques, physico-chimiques et biologiques sur cette production. Les résultats de cette modélisation sont confrontés à l’expérience menée à la STEP. Les mesures de quelques paramètres mentionnés, en amont et en aval du digesteur, indiquent que les rejets liquides de la papeterie ont été convenablement dépollués et que la quantité de biogaz produite varie d’un jour à l’autre, se situant entre 600 𝑒𝑒𝑒𝑒 2000 𝑚𝑚3. 𝑗𝑗−1. Le modèle proposé dans ce travail est basé sur les équations de conservation de la masse, de quantité de mouvement et d’énergie dans les cas compressible et incompressible et un modèle biologique de dégradation et de production du biogaz fondé sur le modèle de Monod. Les hypothèses retenues pour adapter le système d’équation précité à notre cas d’études sont, pour le comportement hydraulique du fluide, que la géométrie du digesteur est cylindrique, que l’effluent est un fluide newtonien et que l’écoulement de celui-ci se fait en flux homogène et axisymétrique et, pour la biodégradation, que la biomasse végétale présente dans les effluents de la papeterie est représentée par la cellulose et que les réactions biochimiques impliquées dans le processus sont homogènes et décrites par le modèle cinétique de Monod. Le système d’équation a été résolu par la méthode des volumes finis pour les équations de conservation et par la méthode de Runge-Kutta pour les équations de biodégradation. Le modèle reflète de manière satisfaisante la production du biogaz. Cette validation a permis de simuler le comportement hydraulique du bioréacteur, la croissance des différentes biomasses, la production des produits intermédiaires et finaux et d’identifier les paramètres pertinents de la DA. Les paramètres simulés dans les cas compressible et incompressible sont similaires et légèrement différents pour ce qui est de la masse volumique et la vitesse du fluide.