Methane biofiltration with or without trace gas compounds on an inorganic filter bed

摘要

Résumé: L'émission de méthane par les activités anthropiques est un problème majeur en relation caractérisé par le changement climatique. Les sites d'enfouissement sanitaire sont responsables de près d'un quart des émissions de méthane au Canada, deuxième gaz à effet de serre après le dioxyde de carbone. Les solutions de récupération du biogaz, issu de la décomposition des déchets déposés dans des sites d'enfouissement, majoritairement composé de méthane et de dioxyde de carbone, existent. La valorisation énergétique par combustion, le brûlage par torchère, se développent dans plusieurs sites. Cependant, les critères de faisabilité technique et de rentabilité économique de ces procédés ne permettent pas de couvrir l'ensemble des sources et des types d'émissions de biogaz. Dans cette configuration de non respect de ces critères, la biofiltration est un procédé d'élimination du biogaz attractif en particulier pour les sites d'enfouissement de petites tailles et ceux «âgés», ainsi qu'en complément des solutions de valorisation énergétique. Les paramètres essentiels de la biofiltration du méthane sont expliqués dans une revue de littérature. De plus, une présentation de la composition complexe du biogaz est réalisée dans cette revue de littérature, permettant l'introduction d'un nouveau paramètre à prendre en considération lors de l'élimination du méthane : la présence de composés à l'état de traces. Ainsi, après l'étude approfondie de trois paramètres sur la biofiltration du méthane, la température, la quantité de solution nutritive et la concentration de dioxyde de carbone, l'étude s'est portée sur l'analyse de deux mélanges binaires avec l'introduction soit d'un composé aromatique, (mélange méthane/toluène), soit d'un composé aromatique halogéné, (mélange méthane/chlorobenzène). Les effets de la charge d'entrée du méthane et de la variation de la concentration des composés traces ont été étudiés. Enfin, la recherche s'est finalement concentrée sur l'influence du toluène sur l'élimination du méthane en effectuant des expériences micro-cinétique et macro-cinétique sur ce mélange spécifique. La présence de ces deux composés traces s'avère .avoir un impact négatif sur l'élimination du méthane, en particulier aux charges d'entrée de méthane testées les plus élevées||Abstract: Anthropic methane emissions are of major concern since it contributes to climate change. Landfills are responsible for about one quarter of methane emissions in Canada, second most important greenhouse gas after carbon dioxide. Energetic valorization is an adapted solution to capture the biogas, produced from the decomposition of organic matter buried in sanitary landfills, and to convert this mixture of methane and carbon dioxide into heat and electricity. Many sites develop the valorization by combustion or by flaring. However, biogas emissions are not entirely treated, as some technical and economical criterion may be encountered. Biofiltration will be more appropriate for old and small landfills, and will be an efficient complementary treatment to the energetic valorization. The most important parameters of biofiltration had been reviewed. Moreover, the complexity of the biogas mixture is presented, which underline a new parameter to take into account in methane elimination: the presence of trace gas compounds. First, three important parameters, the temperature, the amount of nutrient solution and the concentration of carbon dioxide, were studied to be optimized in the configuration of biofiltration of methane alone. Then, two binary mixtures were analyzed, with the introduction of either an aromatic compound for the mixture methane/toluene, or a halogenated aromatic compound for the mixture of methane/chlorobenzene. The effect of the inlet load of methane was studied, in addition to the concentration of trace gas compounds. Finally, the study focused on the influence of toluene on methane biofiltration in regards to the micro-kinetic or macrokinetic parameters. Both toluene and chlorobenzene, the two trace gas compounds evaluated, had a negative impact on methane biofiltration at high inlet loads of methane, while negligible effects were observed at lower methane inlet load.