Procédés de traitement de l’ammoniac dans l’air et du sulfure d’hydrogène dans le biogaz : application aux élevages porcins

Processes for the treatment of ammonia in air and hydrogen sulfide in biogas : application to pig farms

• Auteur / Autrice : Morgane Poser
• Direction : Annabelle Couvert, Eric Dumont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 11/05/2023
• Etablissement(s) : Université de Rennes (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Science de la Matière, des Molécules et Matériaux (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut des Sciences Chimiques de Rennes
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de délivrance du diplôme : École nationale supérieure de chimie (Rennes ; 1919-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes
• Jury : Président / Présidente : Anne Jamois-Tremier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Jamois-Tremier, Hassen Benbelkacem, Gilles Hebrard, Sophie Génermont, Caroline Gentric, Pascal Peu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hassen Benbelkacem, Gilles Hebrard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Béton léger

Porc -- Élevage

Biogaz

Sulfure d'hydrogène

Ammoniac

Mots clés libres

Ammoniac

Sulfure d'hydrogène

Air

Biogaz

Biofiltration

Béton cellulaire

Ammonia

Hydrogen sulfide

Air

Biogas

Biofiltration

Cellular concrete waste

Résumé

L’objectif de ce travail était d’étudier deux procédés de traitement des effluents gazeux d’élevage à l’échelle du laboratoire : (i) d’une part, le traitement de l’air chargé en ammoniac par filtre percolateur aérobie avec un garnissage en plastique ; (ii) et d’autre part, le traitement d’un biogaz de synthèse concentré en sulfure d’hydrogène par un procédé en deux étapes, un filtre abiotique garni de déchet de béton cellulaire suivi d’un filtre percolateur anoxique garni de schiste expansé. Ce travail se divise alors en deux parties. (1) Pour le Traitement de l’ammoniac dans l’air, les travaux menés montrent que, pour un laveur d’air non limité par les conditions hydrodynamiques, l’efficacité d’élimination de l’ammoniac peut être prédite. Différentes hypothèses ont été émises pour expliquer la perte et la production d’azote dans les bilans massiques, notamment sur des mécanismes biologiques. Pour conclure, ce travail montre que pour un filtre percolateur, dont l’eau n’est pas renouvelée, c’est-à-dire en conditions hypersalines, le traitement n’est pas efficace. (2) Pour le Traitement du sulfure d’hydrogène dans le biogaz, ce travail démontre qu’un procédé en deux étapes, combinant une filtration abiotique sur béton cellulaire et un filtre percolateur anoxique, est un couplage intéressant pour la désulfurisation du biogaz. Le procédé est efficace et résilient. L’étape de filtration sur béton cellulaire permet de protéger la biomasse et d’éviter le colmatage du filtre percolateur.

The objective of this work was to study two processes for the gas effluents of livestock facilities treatment at the laboratory scale: (i) on the one hand, the treatment of the air charged in ammonia by aerobic biotrickling filter with a plastic packing; (ii) and on the other hand, the treatment of a synthetic biogas concentrated in hydrogen sulfide by a two-stage process, an abiotic filter packed with cellular concrete waste followed by an anoxic biotrickling filter packed with expanded schist. This work is then divided into two parts. (1) For the Treatment of ammonia in air, the work carried out shows that, for an air scrubber not limited by hydrodynamic conditions, the ammonia removal efficiency can be predicted. Different hypotheses have been put forward to explain the loss and production of nitrogen in the mass balances, notably on biological mechanisms. In conclusion, this work shows that for a biotrickling filter, whose water is not renewed, i.e. under hypersaline conditions, the treatment is not efficient. (2) For the Treatment of hydrogen sulfide in biogas, this work shows that a two-stage process, combining an abiotic filtration on cellular concrete and an anoxic biotrickling filter, is interesting for biogas desulfurization. The process is efficient and resilient. The filtration step on cellular concrete allows to protect the biomass and to avoid the clogging of the biotrickling filter.