Brevet FR2547210A1 — publié le 19841214

Procédé pour l'épuration de fumées "t L'invention concerne un procédé pour l'épuration de la fumée qui se forme lors de l'incinération de 5 déchets et qui contient aussi bien des substances solides des compositions les plus différentes que des gaz nocifs et des métaux lourds sous la forme gazeuse, dans lequel les constituants solides principaux sont séparés de la fumée dans une installation de séparation, et sont recueillis sous forme de cendres volantes, et dans lequel il s'effectue un lavage de la fumée aux fins de combiner les gaz nocifs ainsi que les constituants solides résiduels. s Dans l'épuration des fumées, les substances nocives solides, liquides ou gazeuses, sont séparées de la 15 fumée, afin de réduire à un niveau convenable la pollution de l'environnement En principe la séparation des poussières nocives des gaz s'effectue par des procédés mécaniques et électriques ainsi que, dans le dépoussiérage humide, par absorption, adsorption ou sorption chimique Les procédés de base de la séparation des matières nocives sont l'absorption, l'adsorption, la condensation, ainsi que les procédés à réactions chimiques Dans les lavages par la voie humide, on obtient des boues, des sels et des eaux usées. Dans les installations d'épuration des 25 fumées, on combine fréquemment plusieurs procédés de base en un procédé global Un des procédés d'incinération les 254721 O plus courants prévoit que, du côté des fumées, on sépare les poussières au moyen d'électro-filtres ou de filtres en tissu, et aussi l'élimination partielle des gaz nocifs, HC 1, SO 2, HF, dans l'air rejeté par des méthodes de trai5 tement acides ou alcalines, avant ou après l'installation de filtration (Abfallwirtschaft an der TU Berlin, volume 7, pages 1 à 41) Les métaux lourds se présentant sous la forme gazeuse, Hg par exemple, ou les substances nocives organiques, la dioxine chlorée par exemple,-ne peuvent être 10 éliminées sûrement jusqu'ici que par un procédé par la voie humide appliqué après les filtres. Un très important défaut du procédé habituel réside dans le fait que, par tonne de déchets incinérés, il est produit environ 30 kg de poussières volantes fortement 15 chargées en halogènes dans lesquelles les métaux lourds se présentent en partie sous une forme très mobile On se livre en conséquence de moins en moins à une valorisation des poussières provenant du dépoussiérage des fumées, on considère plutôt que l'on peut déposer seulement les poussières 20 volantes dans des dépôts définitifs suivant les règles particulières prescrites Il n'est cependant pas garanti, surtout à long terme que les substances nocives contenant des métaux lourds sont certainement éliminées de l'écosystème Il subsiste un problème de première importance en ce 25 qui concerne les substances nocives Hg, Cd, Pb, Sb, Sn, Zn et autres qui se trouvent dans les cendres volantes et/ou dans les scories des installations d'incinération des déchets. L'invention a en conséquence pour objet 30 d'offrir un procédé dans lequel on peut éliminer au cours de l'opération d'épuration des fumées, sous une forme la plus compacte possible, aussi bien les substances nocives à base de métaux lourds à l'état gazeux, que surtout aussi les substances nocives à base de métaux lourds qui se trou35 vent sous une forme soluble dans les poussières ou cendres volantes; on obtient en même temps une bonne épuration, qui peut même constituer une amélioration, de HC 1, 502, N Ox Tous les autres résidus doivent pouvoir être envoyés à une installation de réutilisation. A cet effet, l'invention propose que la fumée sortant de l'installation de séparation est envoyée dans une installation de condensation et de lavage dans laquelle se séparent la vapeur d'eau contenue dans la fumée, le HC 1 et/ou les métaux lourds sous la forme gazeuse, que 10 le condensat est utilisé pour extraire par dissolution les métaux lourds solubles des poussières volantes, et que les métaux lourds solubles sont soumis à une précipitation, et sont rejetés du procédé. On trouvera décrits dans la description qui 15 suit d'autres perfectionnements particulièrement avantageux du procédé suivant l'invention. Dans le procédé suivant l'inventions on veille en conséquence à ce que, pour la protection de l'environnement, soient éliminés aussi bien les substances 20 nocives sous la forme gazeuse telles que H Cl, 502 ' N Ox, comme aussi la poussière volante, ainsi que les métaux produits sous la forme de gaz, comme par exemple Hg, et les substances à base de métaux lourds que l'on rencontre dans les poussières volantes ainsi que dans les scories sortant de l'installation d'incinération et qui sont solubles, de telle façon qu'il subsiste seulement des parties constituantes immobilisées, qui sont réunies avec les scories de l'incinération d'une manière qui assure une immobilité de longue durée et par suite une réutilisation 30 exempte de crainte et de soucis Le procédé suivant l'invention utilise, en effet, des opérations d'épuration des fumées par la voie chimique humide, mais qui sont réalisées de telle sorte que le résultat est obtenu avec une consommation minimum d'eau, et qu'il répond aux exigences 35 de l'épuration de la phase gazeuse proprement dite, de l'attaque en solution des cendres volantes et du maintien de la pureté des cendres. La nouveauté essentielle de l'invention réside en ce que sont établies des bases d'opérations qui produisent à partir d'une tonne de déchets, non plus comme jusqu'à présent 30 kg environ de résidus de cendres volantes qu'il est difficile d'évacuer dans des dépôts définitifs, mais au contraire réduisent cette proportion à un kg environ notamment pour les substances nocives à base de métaux lourds proprement dites, qui sont le but visé par le procédé Si l'on récupère le mercure, le plomb, le cadmium, par exemple à partir des sulfures qui se forment, il est même possible d'arriver à une élimination totalement sans résidu Les sels rejetés seront traités en fonction de 15 l'endroit o l'on opère Normalement, on peut l'évacuer sans réticences dans une dérivation, car il ne contient plus de métaux lourds Si l'on ne dispose pas d'une dérivation appropriée, il se présente une variante avantageuse d'évacuation, qui contiendra aussi bien les cendres volan20 tes que la charge de sel, par exemple, par incorporation dans du bitume. L'invention est décrite plus en détail ciaprès avec référence à deux exemples de réalisation indiqués dans les schémas-blocs des figures 1 et 2. La figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation du procédé suivant l'invention. Les déchets 1 sont amenés dans l'installation d'incinération 2 et y sont brûlés I 1 est ici produit de la chaleur par les fumées et les scories 3 Une partie de cette cha30 leur est extraite de la fumée dans un échangeur de chaleur 4 pour être utilisée d'une autre façon Les fumées sont soumises, après cette récupération de chaleur, à une épuration préalable à sec, à environ 180 C, au choix, au moyen d'un cyclone ou d'un électrofiltre 5, en veillant, comme au cours de la récupération de chaleur, à opérer sans descendre en-dessous du point de rosée pour un gaz, de la vapeur d'eau ou autre. L'épuration à sec 5 est suivie, pour les gaz et vapeurs qui sont passés dans le filtre ou le cyclone, d'une opération de condensation/lavage 6, dans laquelle on recueille la vapeur d'eau avec extraction simultanée d'H Cl et de Hg La fumée résiduelle subsistante avec les composants gazeux nocifs qui en font partie, 502, N Ox est soumise ensuite à un lavage alcalin 7, et le gaz pur est en10 voyé à la cheminée 8 Le condensat de lavage provenant de l'opération 6 de condensation est rassemblé avec les cendres volantes 9 dans un réacteur de dissolution 10, afin de dissoudre partiellement les métaux lourds de ces cendres volantes 9 On peut ici prévoir une opération de mélange 15 mécanique; le condensat acide de lavage (contenant de l'H Cl) réagit avec les cendres volantes alcalines, pendant que l'on ajuste un p H final d'environ 3. A ce réacteur de dissolution 10 se raccorde une séparation solide-liquide (par exemple sédimentation 20 ou centrifugation) On obtient un résidu solide 11 et une solution 12, qui se composent essentiellement du condensat de lavage (surtout HC 1 et Hg) et des métaux lourds, éliminés des cendres volantes 9 Le résidu solide ll sera avantageusement retourné dans l'installation d'incinération, de façon qu'il se produise une combinaison à haute température dans la scorie 3. La solution acide 12 est soumise à une précipitation 13 des métaux lourds, de préférence une précipitation sous forme de sulfures Après avoir répété la sépa30 ration solide/liquide, on obtient, sous une forme compacte 14, les métaux lourds qui restent disponibles pour un recyclage éventuel 16, ainsi qu'une solution 15 qui est restée toujours acide, et que l'on réunit, aux fins de neutralisation, avec l'eau de lavage alcaline 7 (installation de neu35 tralisation 17). La boue épaissie 18 formée lors de la neutralisation 17 est de préférence envoyée aussi à nouveau dans l'installation d'incinération 2, et s'y combine en raison de la température élevée dans la scorie 3 Cette scorie 3 est disponible pour une réutilisation 21, par exemple dans les travaux routiers. Si la scorie 3 contient, malgré des conditions appropriées lors du traitement thermique, encore des métaux lourds qui ne seraient pas encore combinés et qui 10 pourraient être lixiviés, on opère un post-traitement Il prévoit un traitement acide faible de la scorie 3, qui peut être exécuté à un p H dont la vaieur soit d'environ 4. Le bain 27 se prête d'une façon avantageuse à un posttraitement, dans lequel la scorie 3 est en général étouffée 15 ou refroidie après qu'elle a quitté l'installation d'incinération 2 Le bain 27 est constitué par de l'eau Il est toutefois concevable de pulvériser sur la scorie 3 un brouillard faiblement acide, de recueillir l'eau d'extinction qui sort et d'en éliminer les métaux lourds. La solution 19 (clarifiée) libérée de la boue épaissie 18 lors de la neutralisation 17 est rejetée dans une dérivation 20, pour éliminer la charge de chlorures et sulfates solubles, dont toutefois on a éliminé les substances nocives à base de métaux lourds. Si l'on ne peut disposer d'une telle phase d'élimination de la charge 19 de sel dans une dérivation 20, pour des raisons techniques ou réglementaires, on peut choisir suivant l'invention une variante d'élimination tout à fait différente, suivant l'exemple de réalisation de la 30 figure 2 On ajoute ici au condensat de lavage de l'opération de condensation 6 destinée à fixer les métaux lourds, surtout le Hg contenu, un réactif de précipitation, par exemple un sulfure 22, et réunit, pour la neutralisation 23, avec l'eau alcaline de lavage 7 La suspension qui se 35 forme est soumise à une cristallisation par évaporation 24, et s'écarte ainsi du premier exemple de réalisation Les déchets cristallins sont alors fixés, éventuellement en commun avec les cendres volantes 9, dans une matrice inerte, par exemple, comme il est courant dans la technique nucléaire, sont incorporés dans du bitume 25 Ils sont ensuite envoyés da-ns un stockage définitif 26. Les résultats obtenus sont indiqués dans ce qui suit: 1 Pour le procédé de condensation 6: Dans une installation d'incinération industrielle, on aspire, après l'électrofiltre, 1,12 m 3 de gaz rejeté, à partir duquel il se condense, à la température ambiante, 140 cm 3 de H 20 La quantité d'H Cl qui se 2 3 condense se monte à 1004 mg/m de gaz rejeté, soit 95 % de 15 l'H Cl présent au total Avec H 20 et H Cl se condensent aussi 98 pg de Hg/m 3 de gaz rejeté, soit 78 % de la totalité d'Hg présent. 2 Pour le comportement à l'élution des cendres volantes dans le réacteur de dissolution 10. Rapport H 20 solvant/cendres volantes, 100: 1 Température 20 O C. p H = 10 -p H = 3 Constituants solubles /%/ As 3,6 5,4 Cd 85 Co 20 Cu 10 Ni 30 Pb 0,1 4,6 Sb 1,4 3,0 Zn 0,01 53 RE V E N D I C A T I O NS 1 ) Procédé pour l'épuration de la fumée qui se forme lors de l'incinération de déchets et qui contient aussi bien des substances solides des compositions les plus différentes que des gaz nocifs et des métaux lourds sous la forme gazeuse, dans lequel les constituants solides principaux sont séparés de la fumée dans une installation de séparation, et sont recueillis sous forme de cendres volantes, et dans lequel il s'effectue un lavage 10 de la fumée aux fins de combiner les gaz nocifs ainsi que les constituants solides résiduels, procédé caractérisé en ce que la fumée sortant de l'installation de séparation ( 5) est envoyée dans une installation de condensation et de lavage ( 6) dans laquelle se séparent la vapeur d'eau conte15 nue dans la fumée, le HC 1 et/ou les métaux lourds sous la forme gazeuse, que le condensat est utilisé pour extraire par dissolution les métaux lourds solubles des poussières volantes ( 9), et que les métaux lourds solubles sont soumis à une précipitation, et sont rejetés du procédé. 2 ) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les métaux lourds récupérés ( 14) sont envoyés à un recyclage ( 16). 3 ) Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que tous les autres résidus ( 11, 25 18) sont retournés dans la chambre d'incinération ( 2), y sont combinés avec la scorie ( 3) par un traitement à haute température, et deviennent ainsi réutilisables. 4 ) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la charge de 30 sel ( 19) subsistente est envoyée dans une dérivation ( 20). ) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la charge de sel subsistante ( 19) est incorporée, éventuellement avec les cendres volantes ( 9), dans une matrice inerte. 60 ) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on isole de la scorie ( 3), par un post-traitement faiblement acide, un résidu de parties constituantes à base de métaux lourds qui ne sont pas combinées dans la scorie ( 3). 7 ) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le posttraitement faiblement acide s'opère dans un bain, simultanément avec l'opération d'étouffement de la scorie ( 3).