Brevet FR2764531A1 — publié le 19981218

La présente invention est relative à un procédé pour traiter les résidus d'épuration des fumées d'incinération d'ordures ménagères et/ou de déchets indus- triels. Les usines d'incinération génèrent a partir des ordures ménagères des mâchefers, d'une part, et des fumées chargées de poussières et contenant des gaz nocifs, d'autre part. La dépollution des fumées est généralement réalisée grâce à de la chaux: ainsi, les gaz chlorhydrique et sulfureux sont captés et transformés en chlorure et sulfate de chaux, tandis que les métaux lourds présents dans les fu- mées sont adsorbés à la surface des particules de chaux. L'ensemble des produits obtenus après un tel traitement à la chaux et en sortie de filtre constituent des rési- dus actuellement mis en décharge, ou en des lieux de stockage conformes aux réglementations nationales, européennes ou internationales. Ces résidus comprennent donc des produits issus de la réaction avec la chaux, des métaux lourds amphotères adsorbés, du carbonate de calcium, de la chaux et des produits provenant de l'incinération et captés par le traitement à la chaux sous forme de poussières inertes (silice et alumine par exemple). La composition de ces résidus en ces différents constituants est évi- demment fonction de la nature des ordures et déchets incinérés, ainsi que du type de traitement des fumées mis en oeuvre. En ce qui concerne la pollution, on distingue dans ces résidus trois ca- tégories: - les espèces exemptes de produits polluants; - les espèces renfermant des produits nocifs ou polluant mais sous forme stable: il n'y a aucun risque pour le milieu externe; et - les espèces contenant des éléments nocifs disponibles pour le milieu extérieur elles représentent environ 2 % en poids des résidus. Ainsi que l'homme du métier l'aura compris, c'est cette dernière caté- gorie qui est une source potentielle de pollution: elle comprend notamment des métaux lourds accessibles et donc susceptibles de contaminer le milieu extérieur, et est la cause des réglementations actuelles imposant une mise en stockage en des lieux appropriés. Ainsi, un des buts de la présente invention est-il de fournir un procédé pour traiter les résidus d'épuration des fumées d'incinération d'ordures ménagères et/ou de déchets industriels qui permet d'extraire les métaux lourds et de recycler au maximum les réactifs. 2 2764531 Un autre but de l'invention est de fournir un tel procédé qui permet aussi de séparer les différents éléments présents dans les résidus afin de les valoriser au mieux, les recycler ou les éliminer dans le respect des réglementations en vigueur. Un but supplémentaire est de fournir un procédé de ce type qui permet d'utiliser du gaz carbonique tel que celui émis, par exemple, par des usines d'incinération. Un autre but de la présente invention est de fournir un tel procéde qui permet de valoriser au mieux les produits obtenus pour un coût minimum. Ces buts, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints par un procédé pour traiter les résidus d'épuration des fumées d'incinération d'ordures ménagères et/ou de déchets industriels, qui est, selon la présente inven- tion, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes: A - on dessale les résidus par un lavage au carbonate de sodium en quantité suffi- sante ou légèrement en excès pour solubiliser tous les sels y compris les sulfates et précipiter le calcium soluble, puis on effectue une séparation solide/liquide pour obtenir un gâteau dessalé; B - on lixivie ce gâteau issu de l'étape A par du carbonate de sodium en quantité nécessaire ou légèrement en excès pour obtenir par réaction avec la chaux pré- sente dans ce gâteau ou ajoutée si besoin est, I'alcalinité nécessaire à la solubilisa- tion des métaux amphotères, obtenant par une séparation solide/liquide un gâteau et un surnageant qui est neutralisé avec du gaz carbonique et on filtre la solution récupérée pour obtenir, d'une part, des boues d'hydroxydes métalliques et, d'autre part, une solution aqueuse de carbonate de sodium que l'on peut recycler vers l'étape B elle-même et, C - on neutralise les résidus issus de l'étape B. Avantageusement, avant l'étape A, on réalise une étape D de prélavage à l'eau des résidus pour éliminer les sels de calcium solubles, tel que le chlorure de calcium en particulier. De préférence, la solution issue de l'étape A est neutralisée par insufflation de gaz carbonique et on recueille par séparation liquide/solide des boues d'hydroxydes métalliques et une solution neutralisée. On fait de même avec la solution de l'étape D. Les solutions neutralisées sont mélangées et filtrées pour obtenir un surnageant constitué par une saumure de chlorure de calcium et de sodium et un précipité de sulfate de calcium ou gypse. 3 2764531 Avantageusement, entre les étapes B et C, on réalise une étape E de lavage du gâteau de filtration issu de l'étape B afin d'éliminer le maximum de soude et de métaux restant dans le liquide interstitiel. La solution de lavage est de préfé- rence traitée par injection de gaz carbonique jusqu'à un pH voisin de 11. La solution du carbonate de sodium est avantageusement recyclée vers l'étape A. Quant à l'étape C de neutralisation des résidus issus de l'étape B ou E, elle est réalisée par injection de gaz carbonique pour précipiter les carbonates de calcium afin d'obtenir des résidus épurés. La description qui va suivre et qui ne présente aucun caractère limitatif doit être lue en regard des figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 est un diagramme schématique de la succession des étapes principales constituant un procédé pour traiter des résidus d'épuration des fumées d'incinération d'ordure ménagère et de déchets industriels selon la présente inven- tion; et, - la figure 2 est un diagramme schématique représentant la succession d'étapes d'un mode de réalisation avantageux de ce même procédé. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 1, un procédé pour traiter des rési- dus d'épuration de fumées d'incinération d'ordures ménagères et de déchets indus- triels comprend selon la présente invention au moins trois étapes. Dans une première étape ou étape A, les résidus d'épuration 1 sont dessalés par un lavage au carbonate de sodium 2. La quantité de carbonate de sodium utilisée est celle au moins nécessaire pour solubiliser tous les sels y com- pris les sulfates, c'est-à-dire au minimum la quantité stoechiométrique permettant la précipitation du calcium soluble. Puis, on effectue une séparation solide/liquide, telle qu'une filtration, pour obtenir, d'une part, un gâteau dessalé 3 et, d'autre part, une solution riche en sels 4. La solution riche en sels 4, issue de l'étape A, est neutralisée par insuf- flation de gaz carbonique 8 (étape G). On recueille par séparation solide/liquide telle qu'une filtration, d'une part, des boues d'hydroxydes métalliques 1 1 et, d'autre part, une solution neutralisée 15. Le gâteau dessalé 3 issu de l'étape A est dans une deuxième étape ou étape B lixivié par du carbonate de sodium en quantité nécessaire ou légèrement en excès pour obtenir l'alcalinité nécessaire à la solubilisation des métaux amphotè- res tels que le cadmium (Cd), le plomb (PB et le zinc (Zn), c'est-à-dire un pH au moins supérieur à 12. L'alcalinité est obtenue par réaction du carbonate de sodium 4 2764531 avec la chaux présente dans les résidus et/ou ajoutée en 5 si besoin est. Puis, on effectue une séparation solide/liquide pour obtenir, d'une part, un gâteau de résidus décontaminés 6 et, d'autre part, un surnageant 7 comprenant les métaux amphotères. Ce surnageant 7 est neutralisé (étape F) avec du gaz carbonique 8 et on filtre la solution récupérée pour obtenir, d'une part, des boues d'hydroxydes métalliques 11 et, d'autre part, une solution aqueuse de carbonate de sodium 4 que l'on peut recycler vers l'étape B elle-même. Le gâteau de résidus décontaminés 6 issu de l'étape B est dans une troisième étape, ou étape C, neutralisé par injection de gaz carbonique 8 afin de précipiter la chaux résiduelle éventuelle sous forme de carbonate de calcium, puis on effectue une séparation solide/liquide telle qu'une filtration pour obtenir, d'une part, des résidus épurés 9 et, d'autre part, une solution d'hydrogéno-carbonate de sodium 12. Les résidus épurés 9 recueillis à l'issu de l'étape C peuvent être utilisés en remblai ou introduits dans un four d'incinération pour être transformés en mâ- chefers: ils sont donc valorisables. Selon le mode de réalisation avantageux du procédé représenté sur la figure 2, celui-ci comprend des étapes supplémentaires par rapport à celui décrit précédemment en référence à la figure 1. Ainsi, il peut être avantageux avant l'étape A de soumettre les résidus d'épuration des fumées d'incinération à un lavage à l'eau (étape D) éventuellement additionné de carbonate de sodium telle que la solution 12 obtenue à l'issue de l'étape C. Par séparation liquide/solide on obtient, d'une part, un gâteau de résidus déchlorurés 1' et, d'autre part, une solution de chlorures 13. On neutralise, dans une étape G, cette solution par injection de gaz carbonique 8 et on recueille par séparation liquide/solide telle qu'une filtration, d'une part, des boues d'hydroxydes métalliques 1 1 et, d'autre part, une solution neutralisée 14. Cette solution neutralisée 14 issue de l'étape G' est mélangée à celle 15 issue de l'étape G; puis on effectue une séparation liquide/solide telle qu'une filtra- tion pour obtenir un surnageant 16 constitué par une saumure de chlorure de cal- cium et de sodium, et un précipité de sulfate de calcium ou gypse 17. Le gâteau de résidus décontaminés 6 issu de l'étape B peut être soumis dans une étape E à un lavage sur filtre à l'eau afin d'éliminer le maximum de soude et d'éventuels métaux restant dans le liquide interstitiel. La solution de lavage 18 est 2764531 par la suite traitée par injection de gaz carbonique 8 jusqu'à obtenir un pH voisin de 11 (étape 1). La solution ainsi neutralisée 2 comprenant donc du carbonate de so- dium et des métaux est recyclée vers l'étape A. Le gâteau de résidus décontaminés lavé 6' est ensuite épuré à l'étape C. Dans le tableau ci-après sont indiquées les compositions de résidus épurés obtenues à partir de différents résidus d'incinération soumis au procédé selon la présente invention et ayant différentes compositions. TABLEAU Résidus Compositions % en poids d'épuration Na K Ca Ci SO4 Pb Zn Sec avant 3 4,6 36 22,4 1,5 0,04 0,27 après 0 0 53,75 0 0 0,007 0,088 Semi-humide avant 0,8 1,6 16,8 5 4,4 0,17 0,57 après 0 0 19,46 0 0 0,05 0,22 Humide avant 0 0 10,8 0,64 4,95 0,4 1,26 après 0 0 18,33 0 0 0,12 0,34 On notera que dans les résidus traités, la proportion en métaux lourds est inférieure aux tolérances actuelles. 6 2764531 REVENDICATIONS 1. Procédé pour traiter les résidus d'épuration des fumées d'incinération d'ordures ménagères et/ou de déchets industriels, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes: A - on dessale les résidus (1,1') par un lavage au carbonate de sodium (2) en quantité suffisante ou légèrement en excès pour solubiliser tous les sels y compris les sulfates et précipiter le calcium soluble, puis on effectue une séparation solide/liquide pour obtenir un gâteau dessalé (3); B - on lixivie ce gâteau (3) issu de l'étape A par du carbonate de sodium en quan- tité nécessaire ou légèrement en excès pour obtenir par réaction avec la chaux présente dans ce gâteau ou ajoutée si besoin est, I'alcalinité nécessaire à la solubilisation des métaux amphotères, obtenant par une séparation solide/liquide un gâteau (6) et un surnageant (7) qui est neutralisé avec du gaz carbonique (8) et on filtre la solution récupérée pour obtenir, d'une part, des boues d'hydroxydes métalliques (11) et, d'autre part, une solution aqueuse de carbonate de sodium (14) que l'on peut recycler vers l'étape B elle-même et, C - on neutralise les résidus (6, 6') issus de l'étape B. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'avant l'étape A, on réalise une étape D de prelavage à l'eau des résidus pour éliminer les sels de calcium solubles, tel que le chlorure de calcium en particulier. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la solu- tion issue de l'étape A est neutralisée par insufflation de gaz carbonique (8) et qu'on recueille par séparation liquide/solide des boues d'hydroxydes métalliques (11) et une solution neutralisée (15). 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la solution issue de l'étape D est neutralisée par insufflation de gaz carbonique (8) et qu'on recueille par séparation liquide/solide des boues et d'hydroxydes métalliques (11) et une solution neutralisée (14). 7? 2764531 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les solu- tions neutralisées (14, 15) sont mélangées et filtrées pour obtenir un surnageant constitué par une saumure de chlorure de calcium et de sodium (16) et un précipité de sulfate de calcium ou gypse (17). 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'entre les étapes B et C, on réalise une étape E de lavage du gâteau (6) de filtration issu de l'étape B afin d'éliminer le maximum de soude et de métaux restant dans le liquide interstitiel et on recueille la solution de lavage (18). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les solu- tions neutralisées sont traitées par injection de gaz carbonique jusqu'à un pH voisin de 11, afin d'obtenir une solution de carbonate de sodium. 1 5 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la solu- tion carbonate de sodium est recyclée vers l'étape A. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les résidus (6, 6') issus des étapes B ou E sont neutralisés par injection de gaz carbonique (8) pour précipiter les carbonates de calcium (10) afin d'obtenir des ré- sidus épurés (9).