Design, Experimentation, and Modeling of a Novel Continuous Biodrying Process

La production massive de boue provenant de l'industrie des pâtes et papiers rend la gestion efficace de cette boue un problème grandissant et critique pour l'industrie des pâtes et papiers. Ceci est dû aux hauts coûts d'enfouissement et de transport, ainsi que des cadres de normalisation complexes pour les options d'épandage et de compostage. Les défis concernant le séchage mécanique des boues se sont aggravés dans plusieurs usines dus à la progression de la récupération interne de fibre complémentée par une augmentation de la production de boue secondaires, ce qui résulte en une boue mixte avec une haute proportion de matière biologique, qui est difficilement asséchée mécaniquement. Dans cette thèse, un réacteur de bio-séchage en continu novateur a été conçu et développé pour sécher la boue mixte d'usine de pâtes et papiers à un niveau de solide permettant la combustion sécuritaire et économique pour la récupération d'énergie dans une chaudière à combustion de biomasse. En plus de l'aération forcée, le procédé de séchage est amplifié par la génération de chaleur biologique provenant de l'activité microbienne des bactéries mésophiles et thermophiles naturellement présentes dans la boue. Ceci rend le procédé de bio-séchage plus attrayant comparativement à des technologies de séchages conventionnelles, puisque le réacteur est un procédé auto-chauffant. Le réacteur est divisé en quatre compartiments nominaux, sur le vertical, et la boue bouge de haut vers le bas du réacteur. Les temps de résidence étudiés ont été de 4-8 jours, ce qui est 2-3 fois plus court que les temps de résidence avec le réacteur de bioséchage en mode batch et ce pour des siccités finales de la boue semblables. Une analyse des variables du procédé a été performée pour déterminer les variables clés du procédé de bio-séchage en continu. Les paramètres ayant été étudiés sont : la biomasse en terme du pH et du ratio C/N, le temps de résidence, le recyclage de la boue bio-séchée et le profile de l'humidité relative à la sortie. Deux de ces paramètres ont été reconnus comme ayant le plus d'impact sur le bio-séchage en continu : le type de biomasse en terme de nutriments (ratio C/N), une variable incontrôlable, et le profile d'humidité relative à la sortie, une variable contrôlable. Le type de biomasse est fixé par choix, donc l'influence du profil d'humidité relative à la sortie a été étudiée sur la performance générale et celle en deux dimensions du réacteur de bio-séchage en continu. La meilleure efficacité, avec le bio-séchage, a été obtenue avec un profil d'humidité relative à la sortie qui contrôle l'évaporation d'eau interstitielle et libre à la température de bulbe humide pour le 1er et 2e compartiments du réacteur et l'évaporation d'eau liée et de surface à la température de bulbe sèche dans le 3e et 4e compartiments.