Brevet FR2609013A1 — publié le 19880701

La présente invention a trait au domaine du traitement de déchets et tout particulièrement à la séparation et l'élimination par incinération de déchets liquides à forte teneur en eau contaminés par des molécules organiques. On sait que les industries mécaniques, chimiques, pharmaceutiques, et autres produisent des quantités importantes de déchets de type eaux résiduaires contenant de nombreuses molécules organiques considérées comme des matières polluantes, le plus souvent toxiques et dangereuses. En dehors des traitements physico-chimiques et/ou biologiques, surtout utilisés dans le cas d'effluents peu concentrés en polluants organiques, on a depuis longtemps considéré l'incinération comme le moyen de traitement par excellence, quasi universel, vu l'oxydation puissante qu'il procure sur les matières organiques. Toutefois, cette technique d'incinération pose des problèmes économiques car il est nécessaire de faire un important apport de calories pour brûler le mélange formé essentiellement d'eau dont la chaleur d'évaportation est particulièrement élevée. De plus, il est nécessaire, pour éviter la pollution atmosphérique, de traiter les gaz formés, ce qui implique des investissements élevés. Enfin, il n'y a pas de valorisation de la phase organique. Le but essentiel de l'invention a été de générer un système homogène satisfaisant et équilibré tant au point de vue de la pollution atmosphérique et de la conservation des ressources qu'à celui des récupérations d'énergie et des colts d'élimination. L'idée directrice du système a été de combiner une extraction d'une quantité maximale d'eau, par évaporation avec un fractionnement en une phase réutilisable du déchet et une combustion totale par incinération des polluants organiques avec récupération totale des calories. Conformément à sa définition générale, le procédé de l'invention pour le traitement de tels liquides résiduaires riches en eau et pollués par des molécules organiques est essentiellement caractérisé en ce que l'on met en oeuvre la combinaison des phases successives suivantes : a) après filtration du liquide pollué, envoi de ce dernier, à partir d'un bac tampon, dans un système d'évaporation où le liquide est chauffé à température de 100 à 1200C ; b) séparation du distillat en une phase de concentrats pouvant être soit recyclés soit stockés en vue d'une incinération thermique classique vers 9000C et une phase organique légère ; c) envoi de cette phase organique légère dans un dispositif d'incinération catalytique muni d'une chambre de préchauffage à 3504500C alimentée par de l'air de combustion et envoi de gaz chauffant, avec récupération des calories pour assurer ledit préchauffage par passage des gaz épurés dans un échangeur ; d) rejet dans l'atmosphère, par cheminée, à température de 200 à 3S00C, de produits gazeux exempts de poussière. L'invention a également pour objet une installation complète d'épuration de liquides aqueux selon le procédé susvisé et qui comporte essentiellement : un récipient de stockage du produit à traiter ; un filtre pour l'élimination des impuretés grossières ; un bac tampon ; un dispositif d'évaporation ; un séparateur ; un incinérateur muni d'une chambre de préchauffage alimentée par canalisation de gaz et d'arrivée d'air et pourvu d'un échangeur de chaleur, avec système de contrôle des effluents et cheminée de gaz épurés ; un moyen de récupération des concentrats de distillation séparative avec canalisations pour le recyclage dans le récipient de stockage ou envoi vers une unité d'incinération classique. L'invention sera mieux comprise par la descriptive plus détaillée d'un mode de réalisation, non limitatif, illustré par les dessins des planches annexées, qui représentent - Figure 1 : un schéma général, simplifié, d'une installation d'évapo incinération conforme à l'invention - Figure 2 : une vue plus détaillée du dispositif et de la phase d'inci nération, avec indication des circulations de fluides. Conformément à ces dessins, et notamment à la figure 1, le liquide résiduaire aqueux à traiter est pompé dans une cuve de stockage 1 vers un bac tampon 3 en passant par un filtre 2 destiné à retenir les impuretés grossières. Une pompe volumétrique 4 reprend alors le produit pour alimenter, à débit déterminé, l'évaporateur 5. Celui-ci peut être de divers types comme par exemple : unicellulaire (marmite ou autoclave) tubulaire horizontal ou vertical. Avantageusement, il peut être constitué par une série de tubes à double enveloppe, le déchet à traiter circulant dans le tube intérieur alors que la vapeur pressurisée de chauffage 6 circule à contre-courant dans l'enveloppe externe. A la sortie de l'évaporateur 5 est installé un séparateur 7 permettant de piéger au maximum les gouttelettes de liquide qui pourraient être entraînées avec la phase vapeur 10. Ce dispositif permet de séparer d'une part une phase vapeur organique 8, ou distillat, qui est envoyé dans l'incinérateur 9, et d'autre part une phase liquide ou concentrat 11 qui est évacué par des purgeurs automatiques et peut être en tout ou partie soit recyclé par 12 dans le récipient de stockage 1 soit dirigé par 13 vers un incinérateur thermique conventionnel, comme par exemple une unité opérant vers 9000C avec système de traitement de fumées. L'incinérateur 9 peut être de type thermique ou mieux , comme indiqué ici sur les dessins, de type catalytique, avec panier de catalyseur 14 (par exemple à base de platine ou autre). Il est précédé d'une chambre de préchauffage 15 maintenue généralement entre 350 et 5000C par un brûleur à propane ou autre ( canalisation 16). L'air surpressé de combustion, pour assurer l'oxydation des matières organiques résiduelles, est fourni par un ventilateur (canalisation 17).Les gaz préchauffés traversent le panier catalytique 14 et passent par un échangeur récupérateur d'énergie 18 avant de se dégager dans la cheminée (canalisation 19) sous forme de gaz épurés, à une température de l'ordre de 250 à 359e On notera, comme indiqué sur la figure 2, que l'effluent à incinérer (canalisation 8) passe d'abord par l'échangeur 18 avant d'être envoyé, selon la canalisation 20 dans la chambre de préchauffage 15. Bien entendu l'installation comporte divers systèmes de contrôle dont notamment, comme schématisé sur la figure 2, un contrôleur 21 d'effluent, un contrôleur 22 de gaz épuré et un dispositif de contrôle 23 de l'incinérateur 9. Une telle installation selon l'invention permet de réduire notablement les investissements par rapport à une incinération classique grâce à la diminution des volumes gazeux effectivement incinérés. En outre, tous les essais ont permis de démontrer que, pour traiter une tonne de liquide aqueux résiduaire, il fallait environ la moitié seulement de l'énergie nécessaire, par rapport à un incinérateur conventionnel. Par ailleurs, le débit des gaz rejetés par la cheminée est nettement inférieur à celui de l'incinération classique du fait qu'ici les gaz provenant de la combustion du fioul alimentant la chaudière de fourniture de la vapeur (6, fig. 1) sont rejetés par la cheminée de cette dernière alors que, dans l'incinération courant, ces gaz sont inclus dans le rejet polluant. On notera ainsi que le procédé ne génère pas de poussière.Enfin, les résultats d'exploitation enregistrés ont permis de constater que les rendements d'épuration, notamment dans le cas d'un incinérateur catalytique comme celui précité, étaient pratiquement quantitatifs, de l'ordre de 98,5 à 99,8 %. Exemples de réalisation A titre illustratif, on donnera ci-apres les résultats des traitements de deux types de déchets en appelant V1 le volume initial de liquide pollué à traiter V2 la phase organique récupérée V3 le volume de la phase gazeuse incinérée V4 le volume de gaz rejeté dans l'atmosphère Exemple ND 1 Le déchet à traiter était constitué par un liquide résiduaire à 95-96 % d'eau contenant un mélange d'huiles minérales et d'huiles synthétiques, le déchet provenant d'huiles de coupe utilisés dans l'industrie mécanique. Le débit de V1 étant de 1 m3/h, on a récupéré environ 50 l/h de phase organique V2 et le volume V3 à incinérer était de 950 l/h. L'incinération catalytique, dans l'installation susdécrite, était effectuée à 5000C environ avec recyclage. Le volume de gaz V4 à la sortie de la che 3 minée était de 1 300 Nm3/h à une température de 220 à 2500 C. La DCO (demande chimique en oxygene) du déchet brut étant comprise entre 15 000 et 25 000 mg/l on a récupéré après incinération catalytique un condensat de DCO inférieur à 1000 mg/l. La teneur en poussiè 3 re des fumées était très faible ou négligeable, environ 5 mg/Nm Exemple NO 2 On a traité ici une eau résiduaire riche en phénols (mêmes essais également pour une eau riche en mercaptans) 3 Pour un volume V1 de 1 m3/h, on avait un concentrat V2 de 100 a 150 l/h et le volume V3 à incinérer était de 850 a 900 l/h. Après incinération, ici thermique à 8500C environ avec recyclage, on avait un volu 3 me de gaz V4 de l'ordre de 2000 Nm3/h à 3800C environ. La valeur de la DCO passait alors de 130 000 n,g/l pour le produit brut (avec une teneur en phénol de 1 200 mg/l) à environ 400 mg/l après 3 traitement. La teneur en poussière était d'environ 10 mg/Nm Le procédé et l'installation décrits selon l'invention permettent d'épurer de nombreux fluides aqueux résiduaires contenant en solution diverses charges polluantes organiques ou minérales. Bien entendu, certaines précuations sont à prendre suivant les types de déchets : par exemple l'évaporateur, construit en acier ordinaire pour des raisons de coût, ne peut accepter des eaux trop agressives ou trop chargées en sels ; il faut éviter les poisons du catalyseur lorsqu'on met en oeuvre un inciné- rateur catalytique. En outre, il y a lieu généralement d'éviter la pré ronce de produits dont les composants occasionnent de trop fortes proportions concentrats/vapeurs. De même, les concentrats doivent rester liquides pour pouvoir être extraits du séparateur. -REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de liquides résiduaires à forte teneur en eau en vue d'éliminer la pollution due aux molécules organiques, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre la combinaison des phases successives suivantes : a) après filtration du liquide pollué, envoi de ce dernier, à partir d'un bac tampon, dans un système d'évaporation où le liquide est chauffé à température de 100 à 1200C ; b) séparation du distillat en une phase de concentrats pouvant être soit recyclés soit stockés en vue d'une incinération thermique classique vers 900 C et une phase organique légère ; c) envoi de cette phase organique légère dans un dispositif d'incinération catalytique muni d'une chambre de préchauffage à 350-4500C alimentée par de l'air de combustion et envoi de gaz chauffant avec récupération des calories pour assurer ledit préchauffage par passage des gaz épurés dans un échangeur ; d) rejet dans l'atmqs- phère, par cheminée, à température de 200 à 353 C, de produits gazeux exempts de poussière. 2. Installation pour l'épuration de liquides aqueuses résiduaires selon le procédé de la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte essentiellement : un récipient de stockage (1) du produit à traiter; un filtre (2) pour l'élimination des impuretés grossières ; un bac tam- pon (3) ; un dispositif d'évaporation (5) ; un séparateur (7) ; un incinérateur (9) muni d'une chambre de préchauffage (15) alimentée par canalisation de gaz (16) et d'arrivée d'air (17) et pourvu d'un échangeur de chaleur (18), avec système de contrôle (12) des effluents et cheminée (19) de gaz séparés ; un moyen de récupération des concentrats (11) de distillation séparative avec canalisations pour le recyclage (l2) dans le récipient de stockage (I) ou envoi (par 13) vers une unité d'incinération classique. 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'incinérateur (9) est de type à panier catalytique (14), la phase vapeur polluée(8) étant introduite dans l'échangeur calorifique(I8)avant son entrée (par 20) dans la chambre de préchauffage (15).