Traitement des boues - Digestion anaérobie
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Questions and Answers

Quel est le principal produit de la digestion anaérobie ?

  • Des sucres
  • Des acides aminés
  • Du méthane (correct)
  • Du dioxyde de carbone
  • Quel est le rôle des bactéries méthanogènes dans la digestion anaérobie ?

  • Produire du dioxyde de carbone
  • Dégrader les matières organiques en acides gras
  • Produire du méthane (correct)
  • Réduire les déchets organiques
  • Quel est le principal avantage de la digestion anaérobie ?

  • La production d'un digestat riche en nutriments
  • La production de biogaz (correct)
  • La réduction des déchets organiques
  • La production d'eau
  • Qu'est-ce qui influence l'hydrolyse ?

    <p>La température, le pH et l'intensité du mélange</p> Signup and view all the answers

    Quel est le produit de la fermentation des sucres et des acides aminés ?

    <p>Des acides gras et des acides aminés</p> Signup and view all the answers

    Quel est le rôle des bactéries fermentatives dans la digestion anaérobie ?

    <p>Dégrader les matières organiques en acides gras et en acides aminés</p> Signup and view all the answers

    Quel est le produit de l'oxydation anaérobie des acides gras ?

    <p>Peu d'énergie</p> Signup and view all the answers

    Quel est le résultat final de la décomposition de l'acétate ?

    <p>Du méthane</p> Signup and view all the answers

    Quels sont les deux groupes de bactéries impliquées dans la formation de méthane lors de la digestion anaérobie?

    <p>Méthanothrix et Méthanosarcina</p> Signup and view all the answers

    Quel est le principal substrat présent dans les boues de digestion anaérobie qui génère un gaz riche en CO2 et qui brûle mal?

    <p>Les hydrates de carbone</p> Signup and view all the answers

    Quel est le produit finale de la DCO introduite par la boue fraîche lors des procédés anaérobies?

    <p>Du biogaz</p> Signup and view all the answers

    Quels sont les deux principaux composants du gaz produit lors de la digestion anaérobie?

    <p>Le méthane et le dioxyde de carbone</p> Signup and view all the answers

    Quel est le principal avantage de la digestion thermophile par rapport à la digestion mésophile?

    <p>Une réduction des temps de séjour et une meilleure structure de la boue digérée</p> Signup and view all the answers

    Quels sont les facteurs qui doivent être pris en compte lors de la production de gaz dans les procédés de digestion anaérobie?

    <p>La qualité de la boue et les conditions de digestion</p> Signup and view all the answers

    Quel est le principal type de composé qui induit des gaz qui brûlent bien et ont un haut pouvoir calorifique?

    <p>Les lipides</p> Signup and view all the answers

    Comment est estimée la production de gaz à partir de la réduction de la DCO?

    <p>En mesurant le volume de gaz produit par kg de matières volatiles introduites (MVS) détruites</p> Signup and view all the answers

    Quelle est l'étape de fonctionnement qui demande le plus de soin dans le processus de digestion anaérobie des boues ?

    <p>Le démarrage</p> Signup and view all the answers

    Comment peut-on accélérer le démarrage du processus de digestion anaérobie des boues ?

    <p>En ensemencant les boues digérées</p> Signup and view all the answers

    Qu'est-ce qui est souvent ajouté de manière externe pour contrôler les acides volatils des boues du digesteur pendant les premières semaines ?

    <p>De la chaux ou du carbonate de chaux</p> Signup and view all the answers

    Quelle est la durée de stabilisation du processus de digestion anaérobie des boues sans ensemencement ?

    <p>Environ deux mois</p> Signup and view all the answers

    Qu'est-ce qui est considéré comme le premier indice rapide du démarrage et du processus de stabilisation de la digestion anaérobie ?

    <p>La production de gaz</p> Signup and view all the answers

    À quelle température la montée en charge du digesteur doit-elle être effectuée ?

    <p>Rapidement en température</p> Signup and view all the answers

    Quelles sont les mesures recommandées pour limiter les corrosions dans le digesteur anaérobie des boues ?

    <p>Limiter les structures métalliques dans la zone du digesteur</p> Signup and view all the answers

    Quels sont les problèmes liés à un dépôt progressif de matières lourdes sur le fond du digesteur ?

    <p>Un prétraitement insuffisant et un brassage déficient</p> Signup and view all the answers

    Comment peut-on éviter l'accumulation de flottants dans le digesteur primaire ?

    <p>En ayant un bon arrosage ou un bon dispositif brise-chapeau à action hydraulique</p> Signup and view all the answers

    Quelles sont les causes les plus fréquentes d'accidents dans les digesteurs ?

    <p>La mise sous vide et le manque de bon sens</p> Signup and view all the answers

    Quel est l'avantage de la digestion chauffée par rapport à la digestion non chauffée ?

    <p>Accélère la dégradation des matières organiques</p> Signup and view all the answers

    Quel est le rôle des digesteurs secondaires dans la digestion des boues ?

    <p>Épaissir la boue et faciliter l'évacuation des flottants</p> Signup and view all the answers

    Quel est le paramètre le plus important à surveiller dans une installation de digestion ?

    <p>Production de gaz</p> Signup and view all the answers

    Qu'est-ce que l'épaississement des boues fraîches avant la digestion permet d'obtenir ?

    <p>Augmente la concentration en matières organiques</p> Signup and view all the answers

    Pourquoi la digestion à forte charge est généralement réalisée en un seul stade ?

    <p>Pour réduire le temps de séjour en digestion</p> Signup and view all the answers

    Quel est l'effet de la digestion non chauffée sur le temps de séjour des matières organiques ?

    <p>Augmente le temps de séjour</p> Signup and view all the answers

    Quel est le rôle de la température dans la digestion ?

    <p>Accélère la dégradation des matières organiques</p> Signup and view all the answers

    Quel est l'avantage de surveiller les paramètres de digestion ?

    <p>Permet de détecter les problèmes de digestion</p> Signup and view all the answers

    Quels sont les deux types de conception de digesteurs les moins couramment utilisés ?

    <p>Les digesteurs plats et les digesteurs ovoïdes</p> Signup and view all the answers

    Quel est l'avantage de la forme ovoïde des digesteurs ?

    <p>Permet une réduction de la surface de la coupole et des pressions légèrement plus importantes</p> Signup and view all the answers

    Quels sont les pays où les digesteurs ovoïdes sont principalement utilisés ?

    <p>Allemagne et France</p> Signup and view all the answers

    Quel est le but de l'épaississement de la boue ?

    <p>De réduire le volume de boue à traiter et faciliter son transport et sa gestion ultérieure</p> Signup and view all the answers

    Pourquoi est-il important d'épaissir séparément les boues primaires et les boues activées en excès dans les grandes stations ?

    <p>Pour réduire le volume de boue à traiter et faciliter son transport et sa gestion ultérieure</p> Signup and view all the answers

    Quel est l'intérêt du stockage de boues digérées ?

    <p>Désolidariser le fonctionnement des ouvrages de traitement d'eau de celui des ateliers de déshydratation</p> Signup and view all the answers

    Quels sont les trois grands types d'échangeurs de chaleur utilisés dans les installations de digestion ?

    <p>Les échangeurs à plaques, les échangeurs tubulaires et les échangeurs à spirales</p> Signup and view all the answers

    Quels sont les éléments chimiques présents dans les boues digérées ?

    <p>Des éléments organiques et inorganiques</p> Signup and view all the answers

    Quel est le critère qui indique une bonne à très bonne digestion en ce qui concerne l'alcalinité ?

    <p>3000-5500 mg CaCO3/l</p> Signup and view all the answers

    Quel est le dysfonctionnement qui se produit lorsqu'il y a une formation de gaz excessive à partir des matières organiques en excès ?

    <p>Surcharge organique</p> Signup and view all the answers

    Quel est le pH optimal pour une bonne digestion anaérobie ?

    <p>6.8 à 7.8</p> Signup and view all the answers

    Quel est le dysfonctionnement qui se produit lorsqu'il y a une formation de chapeau stable à la surface du digesteur ?

    <p>Formation d'un chapeau stable</p> Signup and view all the answers

    Quel est le critère qui indique une bonne à très bonne digestion en ce qui concerne l'AGV ?

    <p>L'AGV n'est pas un critère de digestion anaérobie</p> Signup and view all the answers

    Quels sont les risques liés à la remise en route d'un digesteur ?

    <p>Tous les choix précédents</p> Signup and view all the answers

    Pourquoi est-il important de surveiller la température du digesteur pendant la remise en route ?

    <p>Pour assurer la bonne digestion des boues</p> Signup and view all the answers

    Quand peut-on considérer que la vidange et la remise en service d'un digesteur sont terminées ?

    <p>Tous les choix précédents</p> Signup and view all the answers

    Quels sont les avantages de l'apport de déchets externes en co-digestion sur une station d'épuration ?

    <p>Tous les choix précédents</p> Signup and view all the answers

    Qu'est-ce que la co-digestion sur une step ?

    <p>L'ajout de substrats organiques extérieurs aux boues dans le digesteur</p> Signup and view all the answers

    Quels sont les inconvénients en cas de sous-charge sur une step ?

    <p>Tous les choix précédents</p> Signup and view all the answers

    Quels sont les types de biodéchets appropriés pour la co-digestion sur une step ?

    <p>Tous les choix précédents</p> Signup and view all the answers

    Quels sont les prérequis pour le traitement de certains biodéchets en co-digestion sur une step ?

    <p>Déchiquetage préalable des matériaux biodégradables</p> Signup and view all the answers

    Quels sont les risques prévalents lors de la vidange d'un digesteur ?

    <p>L'intoxication, l'asphyxie, les chutes et les risques bactériologiques</p> Signup and view all the answers

    Comment peut-on minimiser l'impact de la vidange sur la production de biogaz ?

    <p>En ajustant le pilotage des équipements de déshydratation et en transférant les boues digérées vers un autre digesteur</p> Signup and view all the answers

    Quels sont les équipements spécifiques nécessaires lors du curage du fond du digesteur ?

    <p>Un canon à eau et une pompe de vidange adaptée</p> Signup and view all the answers

    Quelles sont les étapes préparatoires avant la vidange d'un digesteur ?

    <p>S'assurer de la disponibilité des sous-traitants, organiser la sécurité et préparer les zones de travail</p> Signup and view all the answers

    Comment se fait la vidange d'un digesteur ?

    <p>En arrêtant l'alimentation en boues et en ouvrant le trou d'homme sur le dôme du digesteur</p> Signup and view all the answers

    Quels sont les risques pour la santé à l'intérieur d'un digesteur ?

    <p>L'intoxication, l'asphyxie, les chutes et les risques bactériologiques</p> Signup and view all the answers

    Quelles sont les étapes nécessaires pour remettre en état un digesteur ?

    <p>L'expertise de l'état des équipements, l'optimisation des canalisations et du brasseur mécanique, la rénovation des fixations et de l'étanchéité</p> Signup and view all the answers

    Quels sont les avantages de la minimisation de l'impact de la vidange sur la production de biogaz ?

    <p>Maintenir la production de biogaz et réduire les coûts de maintenance</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    La digestion anaérobie

    • La digestion anaérobie est un processus biologique qui permet la dégradation des matières organiques en l'absence d'oxygène.
    • Les produits de la digestion anaérobie sont principalement du méthane et du dioxyde de carbone.
    • Les avantages de la digestion anaérobie incluent la production de biogaz, la réduction des déchets organiques et la production d'un digestat riche en nutriments.

    Les phases de la digestion anaérobie

    • Les phases de la digestion anaérobie comprennent l'hydrolyse des biopolymères, la fermentation des acides aminés et des sucres, l'oxydation anaérobie des acides gras et des alcools, l'oxydation anaérobie des produits intermédiaires, la décomposition de l'acétate et l'oxydation de l'hydrogène en méthane.

    Les micro-organismes impliqués

    • Les principaux micro-organismes impliqués dans la digestion anaérobie sont les bactéries méthanogènes, qui produisent du méthane, et les bactéries fermentatives, qui dégradent les matières organiques en acides gras et en acides aminés.

    L'hydrolyse

    • L'hydrolyse est une réaction chimique où une liaison covalente est rompue par l'action d'une molécule d'eau.
    • L'hydrolyse dépend étroitement de la température, du pH et de l'intensité du mélange.

    La fermentation

    • La fermentation est une réaction chimique et enzymatique dans laquelle les sucres et les acides aminés sont intégralement décomposés.
    • Elle est rapide et complète.

    L'oxydation anaérobie

    • L'oxydation anaérobie est un processus de décomposition des acides gras qui libère peu d'énergie et se développe lentement, nécessitant un temps de contact prolongé.

    La décomposition de l'acétate

    • Une grande partie du méthane formé au cours de la digestion anaérobie provient de la décomposition de l'acétate.
    • Il existe essentiellement deux groupes de bactéries impliquées : Méthanothrix dans les systèmes à faible charge et Méthanosarcina dans les systèmes à forte charge.

    Les substrats présents dans les boues de digestion anaérobie

    • Les trois principaux types de substrats présents dans les boues de digestion anaérobie sont les hydrates de carbone (sucre), les lipides (graisses) et les protéines.

    La DCO dans les procédés anaérobies

    • La DCO introduite par la boue fraîche se retrouvera presque intégralement en fin de digestion.
    • La fraction de DCO détruite se retrouvera sous forme de gaz, également appelé biogaz.

    Les propriétés du gaz produit

    • Le gaz produit lors de la digestion anaérobie est principalement composé de méthane (CH4) et de dioxyde de carbone (CO2), avec des traces d'hydrogène (H2), d'azote (N2) et d'hydrogène sulfuré (H2S).
    • Les hydrates de carbone génèrent un gaz riche en CO2 qui a un faible pouvoir calorifique (PCI) et qui brûle mal.
    • Les protides, et surtout les lipides, induisent des gaz qui brûlent bien et ont un haut pouvoir calorifique.

    La production de gaz

    • La production de gaz est estimée à partir de la réduction de la DCO, généralement en mesurant le volume de gaz produit par kg de matières volatiles introduites (MVS) détruites.
    • La digestion thermophile permet une réduction des temps de séjour et une meilleure structure de la boue digérée, ce qui facilite sa déshydratation avec des particules de plus grande dimension.
    • Il est important de prendre en compte la qualité de la boue utilisée, les teneurs en métaux lourds (comme le zinc, le cuivre, le cadmium et le chrome) ainsi que les conditions de digestion (mésophile ou thermophile) lors de la production de gaz dans les procédés de digestion anaérobie.

    Digestion chauffée et non chauffée

    • La digestion chauffée implique de chauffer les digesteurs pour accélérer le processus de dégradation des matières organiques, avec un temps de séjour de 25 jours.
    • La digestion non chauffée, fossé Imhoff, ne nécessite pas de chauffage supplémentaire et dépend des conditions de température ambiantes, avec un temps de séjour de 100 jours.

    Rôle des digesteurs secondaires

    • Les digesteurs secondaires assurent un épaississement de la boue, terminent la digestion des particules qui ont séjourné dans les digesteurs primaires pendant un temps inférieur au temps de séjour moyen, facilitent l'évacuation des flottants et permettent un stockage intermédiaire.

    Paramètres à surveiller dans une installation de digestion

    • Production de gaz : ≈ 1000 Nl/kgMVS
    • Composition de gaz : CO2 et CH4
    • Température de digestion : 32 à 38° C
    • AGV des boues digérées : 50 à 500 mg/l acide acétique
    • TAC des boues digérées : 150 à 500° F
    • Débit des boues fraîches et digérées
    • pH des boues fraîches et digérées : 6,8 à 7,4
    • Teneur en M.S. des boues fraîches
    • Teneur en M.V.S. des boues fraîches et digérées
    • Potentiel redox des boues digérées : 520 à 530 mV/EHN
    • Teneur en CO2 ou P.C.I. du gaz : 35 % en CO2
    • Débit du gaz

    Épaississement des boues fraîches

    • Épaissir les boues fraîches avant la digestion permet d'augmenter la concentration en matières organiques, ce qui accroît le temps de séjour en digestion pour une charge volumique donnée et facilite le processus de digestion.

    Digestion à forte charge

    • La digestion à forte charge est généralement réalisée en un seul stade car les digesteurs primaires puissamment brassés et régulièrement chauffés assurent la fonction de digestion proprement dite.

    Étapes du processus de digestion anaérobie

    • Le démarrage est l'étape qui demande le plus de soin.
    • Le démarrage peut être accéléré en ensemencant les boues digérées.
    • Sans ensemencement, le temps de stabilisation est d'environ deux mois.
    • La production de gaz est le premier indice rapide du démarrage et de la stabilisation.

    Contrôle des acides volatils

    • De la chaux ou du carbonate de chaux est souvent ajouté pour apporter de l'alcalinité et contrôler les acides volatils.

    Corrosions dans le digesteur anaérobie

    • Il est recommandé de limiter au maximum les structures métalliques dans la zone du digesteur anaérobie des boues pour réduire les risques de corrosions.

    Dépôt de matières lourdes

    • Un prétraitement insuffisant, un brassage déficient ou inapproprié peuvent conduire à un dépôt progressif de matières lourdes sur le fond du digesteur.
    • Ce dépôt n'est pas nocif en soi dans un processus anaérobie, mais limite la capacité utile du digesteur.

    Accumulation de flottants

    • Pour éviter l'accumulation de flottants, il est recommandé d'avoir un bon arrosage ou un bon dispositif brise-chapeau à action hydraulique dans le digesteur primaire.

    Causes d'accidents dans les digesteurs

    • Les causes les plus fréquentes d'accidents dans les digesteurs sont la mise sous vide et le manque de bon sens, un dimensionnement insuffisant des tuyauteries de transport de gaz, la formation d'un chapeau épais et compact, et le manque d'attention aux dispositifs de sécurité contre les surpressions et les sous-pressions.

    Inhibition de la digestion

    • Certains éléments peuvent inhiber la digestion dans un digesteur en retardant ou bloquant la fermentation méthanique par une action inhibitrice ou bactéricide sur l'activité bactérienne.
    • L'ammoniac en concentration élevée peut avoir un effet retardateur sur la digestion.
    • Les solvants de l'industrie chimique peuvent perturber le processus de digestion dans un digesteur.

    Éléments importants pour une digestion efficace

    • Pour assurer une digestion efficace dans un digesteur, il est important de disposer des moyens de chauffage nécessaires, d'installer un système de brassage puissant et sûr, d'alimenter le digesteur en boues fraîches de manière continue, d'introduire des boues concentrées en digestion, et de dimensionner le digesteur de manière à assurer un temps de séjour suffisant pour la production de gaz et la dégradation des matières organiques.

    Conception de digesteurs

    • Les trois grands modes de conception de digesteurs sont les digesteurs communs, les digesteurs ovoïdes et les digesteurs plats.
    • Les digesteurs communs ont des fonds coniques à forte pente.
    • Les digesteurs ovoïdes permettent une réduction de la surface de la coupole et des pressions légèrement plus importantes.
    • Les digesteurs ovoïdes sont principalement utilisés en Allemagne et en France.

    Échangeurs de chaleur

    • Les trois grands types d'échangeurs de chaleur utilisés sont les échangeurs à plaques, les échangeurs tubulaires et les échangeurs à spirales.

    Épaississement de la boue

    • L'épaississement de la boue est un processus qui consiste à augmenter la concentration des solides dans la boue, en réduisant la teneur en eau.
    • Cela permet de réduire le volume de boue à traiter et facilite son transport et sa gestion ultérieure.
    • Dans les grandes stations, il est important d'épaissir séparément les boues primaires et les boues activées en excès pour obtenir le volume minimal de boues fraîches.

    Stockage de boues digérées

    • Le stockage de boues digérées est très intéressant car il désolidarise le fonctionnement des ouvrages de traitement d'eau de celui des ateliers de déshydratation.
    • Cela permet une meilleure gestion et utilisation des boues digérées.

    Caractéristiques des boues digérées

    • Les boues digérées contiennent différents éléments chimiques tels que la matière organique (M.O.), la matière minérale (M.M.), l'azote (N), le fer (Fe), le calcium (Ca), etc.
    • Les concentrations de ces éléments peuvent varier, mais généralement on retrouve des valeurs spécifiques pour chaque élément.

    Suivi de digestion

    • Les paramètres de suivi de digestion sont importants pour garantir une bonne fonctionnalité.

    Dysfonctionnements

    • Les principaux dysfonctionnements sont : surcharge hydraulique, passage en phase acide, défaut de brassage, formation d'un chapeau stable et surcharge organique.

    Dysfonctionnements du procédé de digestion anaérobique

    • Surcharge hydraulique : erreur de conception ou de fonctionnement du réacteur
    • Passage en phase acide : concentrations élevées d'acides gras volatils (AGV)
    • Défaut de brassage : mélange inadéquat du substrat et du biomasse
    • Formation d'un chapeau stable : formation de mousse ou de biomasse à la surface du réacteur
    • Surcharge organique : charge trop élevée de matières organiques à digérer

    Critères d'une bonne à très bonne digestion

    Alcalinité

    • 3000-5500 mg CaCO3/l : indice d'une bonne capacité tampon du mélange

    pH

    • 6,8 à 7,8 : plage de pH optimale pour la digestion anaérobique

    Autres critères

    • AGV : non précisé (il faudrait une valeur spécifique)

    Risques liés à la vidange d'un digesteur

    • Intoxication par H2S et CH4
    • Asphyxie
    • Chutes
    • Risques bactériologiques

    Minimisation de l'impact de la vidange sur la production de biogaz

    • Ajustement du pilotage des équipements de déshydratation
    • Transfert des boues digérées vers un autre digesteur si possible

    Étapes préparatoires avant la vidange d'un digesteur

    • Disponibilité des sous-traitants
    • Organisation de la sécurité pendant l'opération
    • Préparation des zones de travail
    • Anticipation des diagnostics des bétons dans l'ouvrage

    Vidange d'un digesteur

    • Soutirages progressifs à l'aide d'une unité de déshydratation
    • Arrêt de l'alimentation en boues
    • Ouverture du trou d'homme sur le dôme du digesteur

    Risques pour la santé à l'intérieur d'un digesteur

    • Intoxication par H2S et CH4
    • Asphyxie
    • Chutes
    • Risques bactériologiques

    Équipements spécifiques pour le curage du fond du digesteur

    • Canon à eau pour déliter les matières solides
    • Pompe de vidange adaptée aux liquides très chargés

    Étapes pour remettre en état un digesteur

    • Expertise de l'état des équipements
    • Optimisation des canalisations et du brasseur mécanique
    • Rénovation des fixations et de l'étanchéité
    • Remise en route du digesteur
    • Surveillance des paramètres d'exploitation

    Risques liés à la remise en route d'un digesteur

    • Mauvaise préparation des supports lors de la reprise des bétons
    • Moussages fréquents pendant les premiers jours
    • Production de biogaz insuffisante en cas de sous-charge d'alimentation

    Importance de la surveillance de la température du digesteur

    • Température clé pour assurer la bonne digestion des boues
    • Une température trop basse peut ralentir le processus de fermentation
    • Une température trop élevée peut causer des problèmes de moussage ou de déséquilibre du processus de digestion

    Fin de la vidange et remise en service d'un digesteur

    • Biogaz atteint sa pureté normale
    • Toutes les boues fraîches sont digérées
    • Paramètres du suivi analytique indiquent la stabilité du procédé

    Avantages de la co-digestion sur une step

    • Augmentation de la production de biogaz
    • Optimisation de l'utilisation des ressources
    • Réduction des coûts d'élimination des déchets
    • Contribution à la transition vers une économie circulaire

    Co-digestion sur une step

    • Ajout de substrats organiques extérieurs aux boues dans le digesteur
    • Stimulation de la digestion anaérobie
    • Augmentation de la production de biogaz

    Avantages de la co-digestion

    • Optimisation du fonctionnement du digesteur en cas de sous-charge d'alimentation
    • Augmentation de la production de biogaz
    • Valorisation des biodéchets qui seraient autrement jetés

    Inconvénients en cas de sous-charge sur une step

    • Réduction de la production de biogaz en cas de diminution des apports externes de boues
    • Gestion plus compliquée des équipements
    • Difficultés à maintenir la température du digesteur en hiver

    Types de biodéchets appropriés pour la co-digestion sur une step

    • Déchets de l'entretien du paysage
    • Sous-produits animaux
    • Graisses alimentaires
    • Déchets de l'industrie
    • Déchets de l'industrie papetière
    • Matériaux biodégradables

    Prérequis pour le traitement de certains biodéchets en co-digestion sur une step

    • Déchiquetage préalable des matériaux biodégradables
    • Facilitation de la digestion des biodéchets dans le digesteur

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    Description

    Découvrez les principes de la digestion anaérobie, ses produits et ses avantages. Ce processus biologique permet la dégradation des matières organiques en l'absence d'oxygène.

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