Brevet FR2684573A1 — publié le 19930611

La présente invention concerne un procédé de traitement de résidus solides provenant de l'épuration des fumées d'incinération de déchets ménagers ou industriels, pour par exemple vitrifier ou mettre en fusion ces résidus, et une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. On connaît déjà des procédés de traitement qui consistent à utiliser, comme additif, des fondants et/ou des oxydes formateurs de réseau Les fondants généralement utilisés sont choisis parmi l'oxyde de bore (B 203), l'oxyde de sodium (Na 2 O), l'oxyde de potassium (K 20). L'oxyde formateur de réseau le plus utilisé est la silice (Si O 2) Mais ces produits sont généralement fort coûteux. On connaît également un procédé de vitrification de déchets industriels utilisant comme additif du verre au borosilicate qui est déposé sur la surface du bain de fusion du four, mais ce procédé nécessite l'adjonction d'oxyde de bore qui est très coateux. Par ailleurs, on connaît un procédé de vitrification de déchets radioactifs dans un four de fusion de verre, o les déchets sont amenés sous la surface chaude du bain de la masse de verre fondue, mais ce procédé nécessite un apport d'énergie important. On connaît aussi l'utilisation de produits naturels comme additifs, tels que des roches d'origine volcanique, dans des procédés de traitement Mais l'utilisation de ces produits entraîne un problème d'approvisionnement du fait de l'éloignement et de l'existence parfois précaire des carrières, et du fait des variations importantes de composition de ces produits suivant les veines des gisements ou la carrière d'origine. De plus, l'inconvénient des procédés connus provient de la quantité importante d'additifs qui doit être ajoutée aux déchets à traiter. La présente invention a donc pour but de pallier tous les inconvénients ci-dessus et de réduire le flux global de résidus solides mis en décharge et issus de l'incinération des déchets ménagers ou industriels et de l'épuration des fumées correspondantes en utilisant, comme additif contenant des fondants et/ou des oxydes formateurs de réseaux, les résidus solides directement issus de l'incinération. A cet effet l'invention a pour objet un procédé de traitement de résidus solides provenant de l'épuration des fumées issues d'un four d'incinération de déchets ménagers ou industriels pour par exemple vitrifier ou mettre en fusion ces résidus, et du type consistant à mettre en contact un additif contenant des fondants et/ou des oxydes formateurs de réseaux avec lesdits résidus solides, caractérisé en ce qu'il consiste à: utiliser, comme additif, le résidu solide constitué par le mâchefer directement issu de l'incinération des déchets ménagers ou industriels mélanger au moins une fraction du mâchefer de façon intime avec les résidus solides provenant de l'épuration des fumées, issues de l'incinération des déchets ménagers ou industriels; chauffer dans un four de fusion le mélange ainsi réalisé; et à récupérer, après réaction, à la sortie du four de fusion, des produits liquides ou pâteux et des gaz résultants de l'élévation de température, lesdits produits liquides ou pâteux étant solidifiés pour bloquer ainsi les produits toxiques, ce après quoi les produits solidifiés sensiblement inertes sont mis en décharge. Suivant une autre caractéristique de ce procédé, on recycle les gaz précités résultant de l'élévation de température vers l'entrée du four d'incinération des déchets ménagers ou industriels. La quantité de mâchefer ajouté est comprise entre % et 90 % en poids du mélange précité Elle est de préférence de 30 % en poids dudit mélange. La température de fusion dans le four est comprise entre 12000 et 13500 C. La température de fusion est de préférence d'environ 1300 OC. Selon un mode de réalisation préféré de ce procédé, les gaz recyclés vers l'entrée du four d'incinération sont constitués de dioxyde de carbone, de vapeur d'eau, de chlorure de sodium, de chlorure de potassium, de chlorure de calcium et de métaux lourds. La teneur en dioxyde de carbone est d'environ 25 %, et la teneur en vapeur d'eau est d'environ 75 %. Le chlorure de sodium, le chlorure de potassium, le chlorure de calcium et les métaux lourds sont sous forme de traces. La présente invention vise également une installation pour la mise en oeuvre du procédé, comprenant un four d'incinération alimenté en déchets ménagers ou industriels par une arrivée et en air de combustion par une conduite d'arrivée; un système d'évacuation des résidus solides issus directement de l'incinération des déchets ménagers ou industriels; un système d'épuration des fumées relié à la sortie du four par une conduite; et un système de récupération des résidus solides provenant du système précité, caractérisée par deux systèmes de dosage respectivement du résidu solide constitué par le mâchefer issu du four d'incinération, et des résidus solides d'épuration provenant du système de récupération et un four de fusion relié à la sortie des deux systèmes de dosage et à l'entrée d'un système de mise en décharge des produits solidifiés. Selon un mode de réalisation particulier, l'installation comprend un mélangeur interposé entre les deux systèmes de dosage précités et le four de fusion. Suivant une autre caractéristique, l'installation comprend un système de refroidissement des gaz résultant de l'élévation de température, relié à la sortie du four de fusion et à l'entrée d'un système de filtration, ledit système de filtration étant relié au four d'incinération et à un système de récupération des matières solides. Les systèmes de dosage sont constitués chacun par une vis doseuse ou gravimètre. Selon une autre caractéristique de cette installation, le système de filtration est du type à manche ou à poche. Le système précité d'épuration des fumées est du type sec, semi-humide ou humide. D'autres buts, détails et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit et se réfère au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple. Ce dessin est une vue schématique d'une installation conforme aux principes de l'invention. Suivant un exemple de réalisation et en se reportant à la figure unique annexée, on voit que l'installation selon cette invention comprend un four d'incinération ( 1) alimenté en déchets ménagers ou industriels par une conduite d'arrivée ( 2) On voit en ( 3) une conduite d'arrivée des gaz recyclés introduits à l'entrée du four d'incinération Une conduite ( 4) permet l'introduction d'air nécessaire à la combustion des déchets. Les conduites ( 2) et ( 4) sont raccordées à deux côtés du four, respectivement. Une conduite ( 5) assure l'extraction des mâchefers du four et les amène à un stockage intermédiaire ( 6). Une conduite ( 7) permet d'extraire les résidus gazeux, ou fumées, pour les diriger vers un dispositif de traitement ( 8) Les résidus gazeux épurés quittent le dispositif de traitement au moyen d'une conduite ( 9) et sont dirigés dans l'atmosphère. Les mâchefers et les résidus d'épuration sont ensuite stockés respectivement dans deux dispositifs ( 10) et ( 11) au moyen de deux conduites ( 12) et ( 13) Les mâchefers et les résidus d'épuration sont dosés au moyen de deux systèmes de dosage ( 12 ') et ( 13 '). Un mélangeur ( 14) est relié à la sortie des systèmes de dosage ( 12 ') et ( 13 ') et à l'entrée d'un creuset de fusion ( 15) Une conduite ( 16) permet l'élimination des produits solidifiés, ou verre, pour les diriger vers une décharge ( 17) Une conduite ( 18) assure l'extraction des produits gazeux pour les diriger vers 5 l'entrée d'un système de refroidissement ( 19) Une conduite ( 20) relie la sortie du système de refroidissement ( 19) et l'entrée d'un système de filtration ( 21) On voit en ( 22) une conduite assurant l'élimination des produits solides.10 Pour une meilleure compréhension de l'invention, on décrira ci-après le fonctionnement et les avantages de l'installation qui vient d'être décrite. On observera tout d'abord que cette installation permet le traitement de résidus solides provenant de l'épuration des fumées issues d'un four d'incinération de déchets ménagers ou industriels, pour par exemple vitrifier ou mettre en fusion ces résidus L'additif contenant des fondants et/ou des oxydes formateurs de réseaux qui est mis en contact avec lesdits résidus20 solides est du mâchefer. Une partie du mâchefer est criblée suivant une granulométrie compatible avec le creuset de fusion et le système d'alimentation utilisé Le criblage du mâchefer est réalisé au moyen d'un tamis à mailles de 20 mm. La granulométrie du mâchefer est donc comprise entre O et 20 mm. Le mâchefer est ensuite intimement mélangé avec les résidus d'épuration dans des proportions allant de % à 90 % en poids pour le mâchefer, et de 90 % à 10 % en poids pour les résidus d'épuration La quantité de mâchefer utilisé est de préférence de 30 % en poids et celle des résidus d'épuration est de 70 % en poids pour 100 % en poids du mélange précité. Les résidus d'épuration sont constitués de fines cendres volantes entraînées par les gaz de combustion et de résidus de la déchloruration et/ou de la désulfuration et/ou de la captation des métaux lourds Ces résidus de la déchloruration de la désulfuration et de la captation des métaux lourds sont de tout type et peuvent se retrouver mélangés avec les cendres volantes si un dépoussièrage préalable ne précède pas le système de déchloruration de la désulfuration, de la captation des métaux lourds Les résidus d'épuration proviennent du système de traitement des fumées, lesdites fumées étant issues de l'incinération des déchets ménagers ou industriels Ces résidus d'épuration contiennent des produits organiques, des produits minéraux toxiques et lixiviables et doivent être traités avant leur mise en décharge. Le traitement des fumées peut être réalisé selon une voie sèche, une voie semi-humide ou une voie humide. Le traitement par voie sèche ou semi-humide est réalisé par l'injection de chaux au niveau des fumées permettant ainsi, par la formation de chlorure de calcium solide, d'éliminer l'acide chlorhydrique. Le traitement par voie humide permet également d'éliminer l'acide chlorhydrique par un lavage des fumées avec une solution liquide et une neutralisation de ladite solution par de la chaux. Les cendres présentes dans les fumées peuvent être éliminées en amont du système de traitement, au moyen d'un dépoussiéreur. Les dosages de mâchefer et des résidus d'épuration sont réalisés au moyen d'une vis de dosage ou par gravimétrie. Le mâchefer et les résidus d'épuration dosés, sont intimement mélangés dans un mélangeur. Le mélange est ensuite introduit dans un four de fusion Le mélange est soumis à une élévation de température et donne la formation d'un magma. L'élévation de température et l'énergie nécessaire à l'obtention du magma sont fournies par diverses sources énergétiques Les sources énergétiques utilisées sont fournies par l'électricité tel que le plasma, l'arc, la résistance, l'induction ou par la combustion des combustibles contenus dans les produits à traiter ou de combustibles auxiliaires. La température du mélange est comprise entre 12000 et 13500 C Elle est de préférence d'environ 1300 %C. Sans additif, la température de fusion des déchets est supérieure à 13500 C et les produits toxiques sont largement libérés. A l'issue de la réaction de vitrification dans le creuset de fusion, les produits toxiques sont détruits lors de la combustion, ou sont bloqués dans le produit solide résultant du refroidissement rapide du magma Ce produit solide peut alors être mis en décharge sans danger pour l'environnement La décharge est de classe identique à celle recevant les mâchefers. Les émissions gazeuses résultant de l'élévation de température du mélange à environ 13000 C dans le creuset de fusion sont refroidies à une température d'environ 2000 C, filtrées afin d'éliminer des résidus solides restants, et ensuite éventuellement recyclées dans le four d'incinération. Les filtres utilisés comportent des mailles suffisamment fines pour retenir les particules solides très fines et les métaux lourds Les filtres utilisés sont du type à manche ou à poche. Les émissions gazeuses pendant la fusion sont constituées de dioxyde de carbone, de vapeur d'eau, de chlorure de sodium, de chlorure de potassium, de chlorure de calcium et de métaux lourds Les teneurs sont d'environ % pour le dioxyde de carbone et d'environ 75 % pour la vapeur d'eau Le chlorure de sodium, le chlorure de potassium, le chlorure de calcium et les métaux lourds sont présents sous forme de traces. On a donc réalisé suivant l'invention un procédé de traitement de résidus solides provenant de l'épuration des fumées et une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé, qui permettent de réduire nettement la quantité de résidus solides issus de l'incinération des déchets ménagers ou industriels, mis en décharge. La présente invention peut trouver de nombreuses applications telles que la fusion, la vitrification, la stabiliation des résidus solides issus de l'incinération, etc Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de traitement de résidus solides provenant de l'épuration des fumées issues d'un four d'incinération de déchets ménagers ou industriels, pour par exemple vitrifier ou mettre en fusion ces résidus, et5 du type consistant à mettre en contact un additif contenant des fondants et/ou des oxydes formateurs de réseaux avec lesdits résidus solides, caractérisé en ce qu'il consiste à: utiliser, comme additif, le résidu solide constitué par le mâchefer directement issu de l'incinération des déchets ménagers ou industriels; mélanger au moins une fraction du mâchefer de façon intime avec les résidus solides provenant de l'épuration des fumées, issues de l'incinération des15 déchets ménagers ou industriels; chauffer dans un four de fusion le mélange ainsi réalisé; et à récupérer, après réaction, à la sortie du four de fusion, des produits liquides ou pâteux et des gaz résultant de l'élévation de température, lesdits produits liquides ou pâteaux étant solidifiés pour bloquer ainsi les produits toxiques, ce après quoi les produits solidifiés sensiblement inertes sont mis en décharge. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on recycle les gaz précités résultant de l'élévation de température vers l'entrée du four d'incinération des déchets ménagers ou industriels. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de mâchefer ajouté est comprise entre 10 % et 90 % en poids du mélange précité. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de mâchefer ajouté est de 30 % en poids du mélange précité. 5 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de fusion dans le four est comprise entre 1200 et 13500 C. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la température de fusion est égale à environ 13000 C. 7 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les gaz recyclés vers l'entrée du four d'incinération sont constitués de dioxyde de carbone, de vapeur d'eau, de chlorure de sodium, de chlorure de potassium, de chlorure de calcium et de métaux lourds. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la teneur en dioxyde de carbone est d'environ % et la teneur en vapeur d'eau est d'environ 75 %. 9 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le chlorure de sodium, le chlorure de potassium, le chlorure de calcium et les métaux lourds sont présents sous forme de traces. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant: un four d'incinération ( 1) alimenté en déchets ménagers ou industriels par une arrivée ( 2), et en air de combustion par une conduite d'arrivée ( 4); un sytème ( 5) d'évacuation des résidus solides issus directement de l'incinération des déchets ménagers ou industriels; un système ( 8) d'épuration des fumées relié à la sortie du four ( 1) par une conduite ( 7); et un système de récupération ( 11) des résidus solides provenant du système précité ( 8), caractérisée par: deux systèmes de dosage ( 12 ') et ( 13 ') respectivement du résidu solide constitué par le mâchefer issu du four d'incinération ( 1), et des résidus solides d'épuration provenant du système de récupération ( 11); et un four de fusion ( 15) relié à la sortie des deux systèmes de dosage ( 12 ' et 13 ') et à l'entrée d'un système de mise en décharge ( 17) des produits solidifiés. 1 1 11 Installation selon la revendication 10, caractérisée par un mélangeur ( 14) interposé entre les deux systèmes de dosage précités ( 12 ' et 13 ') et le four de fusion ( 15). 5 12 Installation selon la revendication 10 ou 11, caractérisée par: un système de refroidissement ( 19) des gaz résultant de l'élévation de température, relié à la sortie du four de fusion ( 15) et à l'entrée d'un système de filtration ( 21); ledit système de filtration ( 21) étant relié au four d'incinération ( 1) et à un système ( 22) de récupération des matières solides. 13 Installation selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que les systèmes de dosage ( 12 ' et 13 ') sont constitués chacun par une vis doseuse ou un gravimètre. 14 Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que le système de filtration ( 21) est du type à manche ou à poche. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que le système précité d'épuration des fumées ( 8) est du type sec, semi-humide ou humide.