Manure management and hydrogen sulfide production, special case study of farm anaerobic digestion
La gestion des effluents d'élevage et la production d'hydrogène sulfuré, cas particulier de la méthanisation
Abstract
The first part of this thesis focused on the impact of sulphur content in pig diets on the amount of sulphur present in the excretion. The sulphur content of each ingredient potentially used in diet formulation was analyzed. Retention and excretion of sulphur ingested by animals (pigs) were evaluated by an in-vivo study. Sulphur absorbed by the animals is poorly retained, beyond the nutritional need; it is excreted primarily in the form of sulphates in urine. The dynamics of sulphate in the slurry was evaluated by a simulation of anaerobic storage, they are consumed and converted to hydrogen sulphide, which is either transferred to the gas phase, or stored in the liquid phase. The major route of production is the dissimilatory reduction of sulphates. The second part of this thesis is devoted to the fate of sulphur in the biogas plant where the agricultural production of hydrogen sulphide is dependent mixtures of co-substrates digested. An inventory of the different substrates used by the biogas plant at the farm has been achieved. The total sulphur contents and the methanogenic potential for each of these substrates have been determined and sulphidogenic potential was defined (maximum concentration of hydrogen sulphide from biogas for a given substrate). With this dataset, a ratio C / S has been defined, which allowed to classify the different substrates for their potential to produce hydrogen sulphide. Green algae stranding on beaches, low substrate P / S, were tested on pilot anaerobic digester in co-digestion with pig manure. For green algae, the low potential for biogas production coupled with high levels of hydrogen sulphide from biogas measured with our test greatly limits the value of their use in agricultural anaerobic digestion.
La première partie de ce travail de thèse s'est intéressée à l'impact des régimes alimentaires des porcs sur la quantité de soufre présente dans les déjections. La charge en soufre apportée par chacun des ingrédients qui composent la formulation a été analysée. La rétention et l'excrétion du soufre ingéré par les animaux (porcs) ont été évaluées par une étude in-vivo. Le soufre absorbé par les animaux est faiblement retenu, au-delà des besoins nutritionnels, il est excrété principalement sous la forme de sulfates, par la voie urinaire. La dynamique des sulfates dans le lisier a été évaluée par une simulation de stockage anaérobie, ils sont consommés et transformé en sulfure d'hydrogène, lequel est, soit transféré vers la phase gazeuse, soit stocké dans la phase liquide. La principale voie de production étant la réduction dissimilatrice des sulfates. La deuxième partie de ce travail de thèse est consacrée au devenir du soufre dans les unités de méthanisation agricoles où la production d'hydrogène sulfuré est sous la dépendance des mélanges de co-substrats digérés. Un inventaire des différents substrats utilisables par les unités de méthanisation à la ferme a donc été réalisé. Les teneurs en soufre total ainsi que les potentiels méthanogènes pour chacun de ces substrats ont été déterminés et un potentiel sulfurogène (concentration maximale d'hydrogène sulfuré du biogaz pour un substrat donné) a été défini. Grâce à ces données, un ratio C/S a pu être défini, lequel a permis de classer les différents substrats quant à leur potentialité à produire de l'hydrogène sulfuré. Les algues vertes d'échouage, substrat à faible ratio C/S, ont été testées sur des pilotes de digestion anaérobie en co-digestion avec des lisiers de porcs. Pour ces algues, le faible potentiel de production de biogaz couplé aux fortes teneurs en hydrogène sulfuré du biogaz mesuré avec nos essais limite fortement l'intérêt de leur utilisation dans les filières de méthanisation à la ferme.