Brevet FR2660218A1 — publié le 19911004

La présente invention a trait au domaine du traitement des déchets par combustion Elle vise tout spécialement l'incinération de déchets et mélanges de déchets, sous toutes formes (solides, boues, li- quides); de toutes natures (origine urbaine, industrielle, hospita- lière) et pouvant présenter des dangers pour l'environnement (déchets toxiques, radioactifs,etc) Les incinérateurs de déchets qui peuvent être de divers ty 4 pes tels que: statiques, à soles tournantes, à grilles, à lit fluidisé, à plasma etc, présentent actuellement un certain nombre d'inconvé- nients Parmi ceux-ci on peut citer notamment: Le manque de polyvalence, un même type d'incinérateur ne pouvant nénéralement traiter que certains types et certaines formes de déchets La fixation médiocre des produits de l'incinération et notamment des halogènes, des gaz anhydres, des acides, des oxydes d'azote; ainsi que des métaux lourds; La destruction insuffisante de produits'particulièrement stables comme, par exemple, les composés organochlorés; La détérioration rapide des parois réfractaires due notamment à la présence de sels alcalins fondus: Le rendement horaire médiocre compte-tenu de la difficulté d'éva- cuer les calories. La nécessité fréquente, d'utiliser un apport d'air enrichi en oxygène. Certes, les types d'incinérateurs à lit fluidisé assurent une destruction correcte de certains déchets mais il est nécessaire que ces derniers soit constitués de fines particules, de granulométrie homo- ne gêne et que la compostion/renferme qu'une faible partie de produits fa- cilement fusibles tels que, notamment, des sels alcalins Peu de déchets répondent en fait à ces conditions si ce n'est, par exemple, les boues provenant des stations d'épuration biologique d'effluents urbains Mais, dans ce cas, les fuméesd "incinératèurs contiennent des gaz toxiques tels que Hcl, N Ox, 502, SQ 3, etc qu'il est alors nécessaire de trai- ter par de la chaux pour obtenir, encore, un nouveau déchet. Un des buts de l'invention est de pouvoir traiter dans un même incinérateur une très grande variété de déchets de diverses pro- venances et dimensions ainsi que sous des états différents eten mélange (pâtes solides, liquides). Un autre but Visé est de fixer les éléments polluants des déchets le plus rapidement possible et à l'échelle moléculaire ou atomique. Un autre but; tout particulièrement importante est de supprimer l'utilisation d'ajouts coûteux tels que la chaux le ciment Portland ou produits équivalents dont le contenu calotifique est important. Enfin, au plan technologique& on vise à améliorer l'iner- tie mécanique, thermique et chimique du four et à augmehter la capacité de destruction des déchets pour un four donné correspondant à un inves- tissement déterminé Ces buts, et d'autres encore qui apparaîtront au cours de la description, peuvent être atteints par le procédé de l'invention selon lequel, après concassage et broyage des fractions solides des dé- chets puis, s'il y a lieu, ajout de déchets liquides pour obtenir Une masse pâteuse, on Effectue la combustion en ajoutant à cette pâte un réactif, sous forme de grains de diamètres moyens Inférieurs à 100 loo mi- crons, comprenant du carbonate de calcium, de l'oxyde de silicium et, éventuellement, de lialumine et des oxydes de fer. La quantité de réactif ajouté varie, bien entendu, se- lo 20 N les types dt la nature des déchets à Ihcinérer mais elle est réglee de façon telle qu'à la sortie et dans le produit final on ait des coh- centrations du type: Cao 4 > o& 45 Si O 2 A 1203 le 203- Parmi lés nombreux produit susceptibles de coneni- comme réactif selon l'invention on peut citer; à titre illustratif de la marne, des mélanges de calcaire et d'argile à au motins 75 % de cal- caire, des mélanges de calcaire et de produits siliceux; des dables sllico- calcaires, des etrus de préparation dé ciments et de chaux hydauti; quesgdes produits de lavage de matériaux de tarrière attc. De tels réactifs présentent notamment l'avantage de n'être pas coûteux et de donner lieu; lors de la combustion des déchets, à des réactions très endothermiques contrairement au cas de l'incinéra- tion conventionnelle avec ajout de chaux ou ciment De ce fait, la tempé- rature peut être sensiblement abaissée et l'on peut donc; pour un four ulr donné et avec le même Investissement brûler beaucoup plus de déchets. En pratique, et sans que l'invention soit pour autant limitée à de telles interprétations, le réactif précité appelé ici R 1 génère, lors de la combustion, un réactif R 2 contenant essentiellement du Ca O (par décarbonation du Ca C 03), de la silice modifiée au plan cristallographique, ainsi que, éventuellement, de l'alumine et de l'oxyde ferrique Ce réactif R 2 fixe les éléments polluants des déchets et, en outre, au cours de l'incinération, il se transforme en des compo- sitions R 3 qui peuvent contenir par exemple: du métakaolin (Ca 95 i 02), de la silice à surface activée, des produits tels que: (Ca O)4 A 1203 SO 4, (Ca O)4 A 1203, Fe 304, (Ca O)2 Si O 2 chloré (si les déchets sont chlorés) ainsi qu'un nombre important de solutions solides qui ont piégé les mé- taux, dont les métaux lourds et toxiques. Comme on le sait,l'incinération des déchets conduit à 3 grands groupes de " sous-produits " à savoir: des laitiers, des cen- dres volantes (CV) et des déchets d'épuration de fumées (DEF). Dans le cas de l'invention, la partie laitiers, obte- nue, est très peu lessivable et, conformément à un perfectionnement, on peut traiter de façon ultime ces déchets en les transformant en matériaux moyens insolubles et inertes par exemplepar l'un des écrits, pour les CV et les DEF, dans les demandes de brevets français N 89 03586 et N 89 03587 du 20/03/89. A titre d'exemple de réalisation du procédé de l'invenl tion, on résumera ci-dessous le traitement d'un type de déchets connu pour être très difficile à incinérer correctement, à savoir des déchets in- dustriels contenant des matières organiques chlorées. On a utilisé à cet effet ûn four rotatif muni d'un dis- positif de post-combustion mais on peut également mettre en oeuvre un four à cyclone La fraction solide des déchets à traiter a été envoyée dans up concasseur-déchiqueteur puis un broyeur pour obtenir des particules de taille moyenne inférieur à 2 mm environ On a ensuite ajouté dans un mé- langeur des déchets liquides (boues de traitement d'eau) de façon à obte- nir une pâte puis on a ajouté le réactif R 1 finement pulvérisé à moins de 100 microns Les déchets étaient traités au rythme de 3 tonnes/heure avec les proportions suivantes: Pouvoir calorifique Inférieur(PCI) fraction solide broyée; 1140 kg/h 4000 liquides de type haut PCI: 990 kgfh 8500 " " bas PCI: 270 kg/h 1500 produits chlorés 450 k 4/h 1000 Réactif R 1 pulvérisée: 300 kg/h 500 Les déchets étaient introduits dans le four au moyen d'un ou plusieurs brûleurs, de préférence de type coaxiaux, un brûleur particulier pouvant en outre être utilisé pour les déchets chlorés, par exemple de type pyralène La température de flamme était de l'ordre de 1000 C et générale- ment comprise entre 75 Oet 1350 C environ. Dans les produits finaux obtenus, on a noté que les fumées avaient des teneurs en C 12, SO 2, 503 beaucoup plus basses que celles ob- tenues lorsqu'on traite, conventionnellement, les déchets par la chaux ou du ciment On avait des taux en Hcl inférieurs à 100 mg/nano m 3 La composi- tion renfermait essentiellement les produits de type R 3 susdécrits et de - faibles quantités de R 1 et R 2. Dans le but de transformer ces déchets en un matériau insoluble et compact, on les a traités, avec un peu d'eau ou produit en con- tenant comme indiqué dansles brevets susvisés. Par exemple, on a ajouté à 150 parties (poids) de R 3, 20 parties d'un DEF provenant d'un incinérateur classique d'ordures ménagères puis on a malaxé énergiquement avec 100 parties d'un mélange de déchets industriels pâteux (à titre de source d'eau) ayant une DCO (demande chimique e K oxygène) de 9000 mftg/l, un p H de 7 et la présence de métaux tels que: Pb:0,5 ppm; Cu: 90; Cd: 2; Zn: 3; Fe: 0,4 et Al: 20 (quantités en ppm: parties par million) On a obtenu une solidification en moins d'une heure Apres jours, le matériau dur a été soumis à un essai de lixiviation selon la norme DIN 38414 On a obtenu les résultats suivants: DCO: 200 mg/l; Pb: 0,2; Cu: 0,1; Cl: O, 1; Zn: 0,1 t Fe: 0,1; Al inférieur à 0,5 (tou- tes quantités exprimées en ppm) On notera que le produit final type R 3 obtenu en fin d'in- cinération et éventuellement;chambre de post-combustion/est constitué pour partie de fines particules (CV, DEF) et, pour une autre partie,de laitier fondu, non cristallisé, grace à un refroidissement rapide à l'issue du four et jouant le rôle de trempe Ce laitier a des propriétés hydrauliques-pouz zolaniques et fait donc rapidement prise avec 'eau. Le procédé belon l'invention peut être mis en oeuvre dans tout type d'incinérateur existant, sans modification structurelle. -REVENDICATIONS- R E V E N D I C A T I 0 N S- 1 Procéde d'incinération de mélanges de déchets de toutes origines, selon lequel les fractions solides sont concassées et broyées pour avoir une granulométrieinférieureà 2 htenviron puis l'ensemble est soumis à un chauffage entre 7501 C et 1350 C environs caractérisé en ce que, après un éventuel ajout de déchets liquides pour obtenir une masse pâteuse, on incorpore à cette dernière un réactif, sous forme de poudre de grains inférieurs à 100 microns, comprenant du carbonate de calcium, de l'oxyde de silicium et, éventuellement, de l'alumine et des oxydes de fer, la quantité de réactif étant dosée de façon à obtenir dans le pro- duit final incinéré un rapport: Ca O 0,45 Si O 2 + Al 03 + Fi 3 2 Protédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit réactif est choisi dans le groupe constitué par: marnei mélange de calcaire et d'argile à au moins 70 % de calcaire, mélange de calcaire et de produits silic-eo ables silicocàlcaires, crus de préparation de ciments et chaux hydrauliques, produits de lavage de matériaux de car- rière 3 Procéde selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le produit final incinére, à propriétés hydrauliques- pouzzolaniques, est transformé en matériau dur et insoluble par mélange avec de l'eau ou un déchet contenant de l'eau. 4 A titre de produits industriels nouveaux, lescompositions incinérees obtenues selon le procédé des revendications i ou 2 et contenant du métakaolin, de la silice à surface activée des sulfoaluminates de Calcium tels que (Ca O)4 A 1203 504, desferroaluminates de calcium tels que (Ca O)4 Al 203,Fe 304, sous forme de solutions solides piègeant les métaux lourds et toxiques. Compositions selon la revendication 43 caractérisées en ce qu'elles contiennent en outre du (Ca O)2 Si O 2 chloré.