Brevet FR2762219A1 — publié le 19981023

La présente invention concerne un procédé de traitement des mâchefers d'incinération des déchets ménagers et assimilés connus dans la technique sous le nom de MIOM et visant à réduire leur délai normal de maturation, ainsi qu'une installation de traitement de déchets permettant la mise en oeuvre d'un tel procédé. L'incinération des ordures ménagères et analogues produit des résidus solides sous forme de mâchefers chargés d'oxydes alcalins et alcalinoterreux, qui peuvent être valorisés dans certaines industries, notamment pour la fabrication de matériaux de construction ou de revêtement routier. Cependant, leur teneur en éléments toxiques, notamment en métaux lourds, ainsi que leur basicité responsable de la solubilité de certains métaux lourds, représentent un danger pour l'environnement, de sorte que les mâchefers doivent subir un traitement avant toute utilisation ultérieure. Dans l'état actuel de la technique, la méthode la plus simple pour faire baisser la teneur en métaux lourds susceptibles d'être libérés par les mâchefers d'incinération des déchets ménagers et assimilés connus dans la technique sous le nom de MIOM consiste à les entreposer en extérieur pour laisser la masse se carbonater seule à l'air. En fonction de la masse et de l'épaisseur du stock à traverser par l'air ambiant chargé de gaz carbonique, ce traitement demande ordinairement de 2 à 3 mois. Ce procédé est lourd car il implique de disposer d'espaces suffisants, et impose des frais de mise en dépôt et de reprise des dépôts qui augmentent singulièrement le coût du traitement. Le but de l'invention est de fournir un procédé de traitement permettant la stabilisation accélérée des MIOM, de façon à supprimer les inconvénients de durée et de coût des traitements habituels. Ce but a pu être atteint, selon l'invention, en réalisant la carbonatation non plus à l'air libre, mais au moyen d'un mélange gazeux riche en dioxyde de carbone produit sur le site de l'incinération des ordures. L'incinération des ordures produit en effet majoritairement du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau, ainsi que d'autres produits gazeux notamment des oxydes d'azote, de soufre, du chlorure d'hydrogène. La solution proposée par l'invention consiste à exploiter la source de CO2 et de chaleur que constituent ces gaz de combustion pour accélérer la carbonatation des MIOM. Ainsi, l'invention a pour objet un procédé de traitement d'un Mâchefer d'incinération d'Ordures Ménagères (MIOM) provenant d'un four d'incinération des ordures auquel est associée une chaudière, caractérisé en ce que l'on évacue le mâchefer du four et on prélève une partie d'un résidu gazeux produit par la combustion des ordures de la chaudière, puis on met en présence le mâchefer et ledit résidu gazeux prélevé. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le résidu gazeux que l'on prélève pour le mettre en présence du mâchefer comprend du dioxyde de carbone, de la vapeur d'eau, et éventuellement des cendres volantes et de fines poussières et d'autres gaz. Ce résidu gazeux peut être prélevé en différents points du système d'évacuation des gaz de combustion des ordures ménagères. Ainsi, ce résidu gazeux peut être constitué, soit du résidu gazeux brut produit lors de l'incinération, soit encore de ce même résidu gazeux brut après qu'il ait subi un traitement d'épuration total ou partiel conduisant à un dépoussiérage plus ou moins poussé des fumées et à l'élimination plus ou moins poussée des polluants gazeux contenus dans les fumées. Selon son point de prélèvement, et ses conditions d'acheminement ultérieur jusqu'au traitement du mâchefer, le résidu gazeux prélevé peut également avoir une température différente. Avantageusement, la température du résidu gazeux mis en présence du mâchefer est de l'ordre de 50 à 4000 C, notamment de 100 à 2500 C. De même, le mâchefer peut être traité directement après sa production, ou après un traitement préalable. Ainsi, dans le procédé de l'invention, l'étape de carbonatation peut avoir lieu - directement après l'incinération ; ou bien - après une étape préalable d'humidification du mâchefer d'incinération, dans laquelle une quantité d'eau est ajoutée au mâchefer, notamment par pulvérisation, en vue d'agglomérer les particules fines pour éviter l'envol de poussières toxiques ; et/ou - après une étape préalable de trempe du mâchefer d'incinération, éventuellement préhumidifié, l'opération de trempe par immersion totale dans de l'eau réalisant un refroidissement important du mâchefer. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, l'eau est également chargée voire saturée de dioxyde de carbone, ayant été mise en présence d'une partie du résidu gazeux produit par la combustion des ordures et issu de la chaudière, par exemple par barbotage de cette partie du résidu gazeux, à la pression atmosphérique ou sous pression ou à l'aide d'un "mousseur". De ce fait, au cours de l'étape de traitement, la température du mâchefer mis au contact dudit résidu gazeux peut varier avantageusement dans la gamme de l'ordre de 30 à 4000C, de préférence de 30 à 1000C. Dans toutes les conditions de température possibles, le simple fait que le mélange gazeux utilisé soit riche en dioxyde de carbone permet d'accélérer le processus de carbonatation. Ce processus sera d'autant plus rapide que la surface de contact entre le mâchefer et le mélange gazeux sera étendue. Le choix optimal de l'état du mélange gazeux (plus ou moins chaud, plus ou moins épuré) et de l'état du mâchefer (plus ou moins chaud, plus ou moins humide) pour la mise en oeuvre du traitement dépend en fait des qualités du mâchefer, qui varient d'une installation d'incinération à une autre, notamment selon le type de four, le type de traitement des fumées (voie humide ou semi-humide) et le type de méthode de refroidissement du mâchefer. De manière générale, les caractéristiques des mâchefers et des résidus gazeux de combustion des ordures sont choisies de telle façon que l'on obtienne rapidement l'effet désiré. Le temps de contact minimal doit être tel que la stabilisation du MIOM réduise la teneur en métaux lourds susceptibles de lixiviation à une valeur proche du seuil acceptable pour l'environnement, car les réactions se poursuivent pendant plusieurs jours après la séparation du mâchefer et du mélange gazeux. En pratique, cette exigence est comblée lorsque les conditions de l'étape de traitement sont telles que le pH final du mâchefer est inférieur ou égal à 11. Il serait souhaitable d'atteindre une valeur finale de 8 ou moins pour obtenir un effet excellent, toutefois un pH final dans la gamme de 9 à 11 est suffisant. Grâce au procédé selon l'invention, on obtient les avantages notables de pouvoir réduire la durée de la carbonatation du MIOM et réaliser le traitement en continu en mode dynamique au cours d'un procédé d'incinération des ordures ménagères. L'invention a également pour objet une installation de traitement d'ordures ménagères comprenant un dispositif pour l'inertage des MIOM. Cette installation comprend un four d'incinération, un système d'évacuation d'un résidu gazeux de combustion comportant une chaudière de récupération équipée d'un dispositif d'extraction de cendres volantes et d'un dispositif de traitement de fumées visant à extraire les polluants solides et gazeux restant, connus dans la technique sous le nom de REFIOM, et une cheminée, et est caractérisée en ce qu'elle comprend une chambre de contact solide/résidu gazeux, des moyens d'alimentation en solides issus du four d'incinération, ces moyens reliant à cet effet la chambre au four, et des moyens d'alimentation en résidu gazeux reliant la chambre à une zone de prélèvement dudit système d'évacuation. Le résidu gazeux destiné au traitement du mâchefer peut être prélevé en un point quelconque dudit système d'évacuation, la zone de prélèvement pouvant être située soit à la sortie du four, soit en aval du dispositif d'extraction des cendres volantes, soit en aval du dispositif d'extraction des REFIOM. C'est dans ladite chambre de contact qu'a lieu l'étape de carbonatation du procédé. A cet effet, on préférera, pour réaliser un traitement rapide et efficace, utiliser un dispositif de contact solide/gaz offrant une surface de contact maximale entre le solide et le gaz. Ce dispositif pourra être choisi notamment parmi le groupe constitué par les tambours rotatifs (éventuellement un trommel), les tables vibrantes, les treillages mobiles, les bandes transporteuses et les réacteurs à lit fluidisé, car ces dispositifs permettent un excellent échange entre le solide et le résidu gazeux. Le résidu gazeux et le solide peuvent être amenés à circuler à co- ou à contre-courant dans ladite chambre de contact. De manière avantageuse, la chambre comporte une zone de refoulement de résidu gazeux reliée par des moyens de réintroduction de résidu gazeux au système d'évacuation de résidu gazeux de combustion en amont du dispositif de traitement des REFIOM. De la sorte, le résidu gazeux de l'étape de carbonatation est réintroduit dans le circuit d'épuration. Il n'y a donc pas de perte dans le circuit de circulation des gaz. Cela s'avère en particulier nécessaire lorsque la zone de prélèvement de gaz de carbonatation est située en amont du dispositif d'extraction des cendres volantes ou du dispositif de traitement des fumées, car le gaz prélevé ne satisfait alors pas aux exigences de rejet dans la cheminée. Pour mettre en oeuvre les différentes variantes du procédé d'inertage, l'installation peut comprendre en outre un bassin de trempe interposé entre le four d'incinération et la chambre de contact. Elle peut également comprendre en outre des moyens d'humidification de solide, par exemple un dispositif d'aspersion ou de pulvérisation d'eau, interposés entre le four d'incinération et la chambre de contact, le cas échéant avant le bassin de trempe. De façon avantageuse, l'eau utilisée dans l'ensemble du circuit est elle-même une eau saturée en dioxyde de carbone provenant du même résidu gazeux de combustion. L'invention va maintenant être décrite plus en détails au regard de la figure unique sur laquelle est représenté schématiquement un exemple d'installation de traitement des ordures ménagères selon l'invention. L'installation représentée sur la figure unique comprend un four d'incinération 1, surmonté d'un système S d'évacuation des résidus gazeux de combustion comportant une chaudière 2 de récupération des gaz de combustion équipée d'un dispositif 3 d'extraction des cendres volantes et un dispositif 4 de traitement des fumées composé soit d'un réacteur et d'un électrofiltre, soit d'un électrofiltre et d'un dispositif de lavage, soit d'un refroidisseur, d'un réacteur et d'un électrofiltre ; la sortie du dispositif de traitement des fumées, dont l'entrée est reliée à la sortie de la chaudière, est reliée à une cheminée 14. Des moyens 5 d'alimentation en solide relient la base du four d'incinération à un bassin de trempe 6, et d'autres moyens 7 d'alimentation en solide relient le fond du bassin de trempe à une chambre 8 de contact solide/résidu gazeux. Des moyens 9 d'alimentation en résidu gazeux prélèvent du résidu gazeux de combustion dans le système d'évacuation du résidu gazeux de combustion dans une zone P, Q, ou R, et débouchent dans la chambre de contact. Des moyens de réintroduction 11 de résidu gazeux prélèvent du résidu gazeux à une extrémité 10 de refoulement de résidu gazeux de la chambre de contact, et le réintroduisent dans le système d'évacuation des résidus gazeux de combustion dans une zone T. Cette installation fonctionne selon le procédé suivant La combustion des ordures ménagères dans l'air à une température d'environ 9500 C, à l'intérieur du four d'incinération 1, produit un résidu gazeux de combustion constitué d'air enrichi principalement en vapeur d'eau et en dioxyde de carbone, et comprenant en outre d'autres gaz tels que notamment des oxydes d'azote, du dioxyde de soufre ou du chlorure d'hydrogène. Ces gaz s'élèvent dans la chaudière 2 en entraînant avec eux des particules ultrafines nommées cendres volantes. Le dispositif d'extraction 3 filtre les cendres volantes entrainées par les gaz de combustion, et le dispositif de traitement 4 arrête les gaz formant les REFIOM, et éventuellement les cendres volantes résiduelles, avant le rejet de ce qui reste du résidu gazeux de combustion dans l'atmosphère. Au cours de leur ascension dans la chaudière, les gaz de combustion se refroidissent peu à peu : leur température en sortie de four est d'environ 300 ou 4000 C ; elle chute à environ 2000C après épuration des cendres volantes, et à environ 1500C ou même moins après extraction des REFIOM. En définitive, le résidu gazeux prélevé est admis dans la chambre de contact à une température de l'ordre de 50 à 4000 C. La combustion produit d'autre part un résidu solide sous forme d'un mâchefer très basique, chargé d'oxydes alcalins et alcalino-terreux, à une température d'environ 4000C. Suivant l'invention, les moyens 5 d'alimentation en solide prélèvent le mâchefer dans le four d'incinération pour le déverser dans le bassin de trempe 6 rempli d'eau. Cette opération permet d'abaisser la température du mâchefer entre 30 et 1000C, généralement entre 40 et 800C. La trempe a également pour effet d'agglomérer les cendres fines présentes dans le mâchefer ce qui évite l'envol de poussières. Le mâchefer mouillé et refroidi, décanté dans le bassin de trempe 6, présente une teneur en eau de 25 à 30 % en poids et un pH d'environ 12. I1 est ensuite acheminé via les moyens 7 d'alimentation en solide vers la chambre 8. Sur la forme de réalisation représentée sur la figure, cette chambre est constituée par un tambour rotatif à axe longitudinal incliné vers le bas, qui entraine le mâchefer en mouvement hélicoïdal pour exposer la surface de particules maximale à l'action du gaz de carbonatation. Comme on l'a vu plus haut, la chambre de contact pourrait également être notamment un treillage ou un réacteur à lit fluidisé. Ce tambour rotatif est alimenté à cocourant ou à contre-courant en gaz de carbonatation par les moyens 9 d'alimentation en résidu gazeux reliés à la zone P, Q ou R du système d'évacuation des résidus gazeux d'incinération. Sur la figure, la zone Q est située en aval du dispositif 3 d'extraction des cendres volantes, et en amont du dispositif 4 de traitement des fumées ; si le résidu gazeux est prélevé dans cette zone, c'est donc un air enrichi en dioxyde de carbone et en vapeur d'eau, comprenant encore des gaz toxiques tels que des oxydes d'azote, SO2 et HCl, mais épuré des cendres volantes, ce qui permet d'éviter, au cours du traitement de carbonatation, l'envol de poussières qui peuvent être toxiques. Au cours de l'étape de contact, de préférence conduite en continu en mode dynamique, le résidu gazeux épuré des cendres volantes, à une température d'environ 200 C, permet en outre le séchage partiel du mâchefer. Le temps de séjour du mâchefer dans le tambour peut être prédéterminé en fonction de la constitution chimique du mâchefer, de son degré d'humidité, de sa température ainsi que de celle du résidu gazeux de carbonatation. On vérifie que le pH final du mâchefer baisse vers une valeur assurant une solubilité limitée des composés de métaux lourds toxiques. De manière générale, on observe que le pH final du mâchefer est inférieur ou égal à 11,5. A la sortie du tambour rotatif, le mâchefer présente le plus souvent une teneur en eau de 15 à 20 % en poids et un pH de 10 à 11 environ. Ces caractéristiques sont compatibles avec une utilisation immédiate, par exemple sur un chantier 12 de fabrication de revêtement routier. En sortie du tambour rotatif, à l'extrémité basse 10 de refoulement de résidu gazeux, est libéré un résidu gazeux dont la teneur en dioxyde de carbone a été quelque peu abaissée mais qui contient toujours les autres composants. Ce gaz est donc réinjecté via les moyens de réintroduction de résidu gazeux 11 dans le système d'évacuation des résidus gazeux de combustion dans une zone T située au niveau de la chaudière donc en amont du dispositif 4 de traitement des fumées. Le résidu gazeux de traitement réintroduit est ainsi épuré de tous constituants toxiques avant d'être rejeté dans l'atmosphère avec les autres gaz de combustion épurés. En fonction notamment des caractéristiques du four d'incinération 1, la constitution du mâchefer peut être variable d'une installation à l'autre. Les conditions optimales du traitement de carbonatation seront donc déterminées au cas par cas par le choix du couple optimal formé par l'état du mâchefer d'une part et celui du résidu gazeux de combustion d'autre part. La zone de prélèvement du résidu gazeux peut donc être déplacée le long du système S d'évacuation des résidus gazeux de combustion, entre une zone P située directement à la sortie du four d'incinération, le résidu gazeux de carbonatation étant alors un résidu gazeux brut à la température d'environ 3000 C à 4000 C, et une zone R située en aval du dispositif 4 de traitement des fumées, le résidu gazeux de traitement étant alors de l'air enrichi en dioxyde de carbone et en vapeur d'eau, totalement épuré, à une température de 50 à 1500C environ (zones P, Q, ou R sur la figure). D'autre part, pour faire varier l'état du mâchefer, le bassin de trempe 6 peut être supprimé, le mâchefer traité dans le tambour rotatif 8 étant alors un mâchefer sec et chaud à une température d'environ 4000 C ; il n'y aura alors plus d'eau à éliminer par séchage. Le bassin de trempe pourra également être remplacé par un dispositif d'humidification tel qu'un bac ou une tour d'aspersion ou de pulvérisation dans lequel le mâchefer sera simplement humidifié et non trempé, à une température entre 300 et 1000C. I1 est également possible de combiner une humidification préalable avec une opération de trempe subséquente pour une agglomération efficace des particules. L'installation représentée comporte alors en outre, entre le four 1 et le bassin 6, un pré-humidificateur schématisé en 13, comprenant également le moyen de barbotage de résidu gazeux chargé de dioxyde de carbone dans l'eau que l'on met en oeuvre soit pour la trempe soit pour l'humidification du mâchefer. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement d'un Mâchefer d'incinération d'Ordures Ménagères (MIOM) provenant d'un four (1) d'incinération des ordures auquel est associée une chaudière (2), caractérisé en ce que l'on évacue le mâchefer du four et on prélève une partie d'un résidu gazeux produit par la combustion des ordures de la chaudière, puis on met en présence le mâchefer et ledit résidu gazeux prélevé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le résidu gazeux que l'on prélève pour le mettre en présence du mâchefer comprend du dioxyde de carbone, de la vapeur d'eau et éventuellement des cendres volantes et d'autres gaz. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit résidu gazeux prélevé est constitué soit du résidu gazeux brut produit lors de l'incinération, soit de ce même résidu gazeux brut dont des cendres volantes ont été éliminées, soit de ce même résidu gazeux brut dont des cendres volantes et au moins une partie de gaz autres que le dioxyde de carbone ont été éliminés. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température dudit gaz mis en présence du mâchefer est de 50 à 4000C. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on met en présence le mâchefer et le résidu gazeux prélevé, directement après leur évacuation et leur prélèvement respectifs suite à 1 'incinération. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, avant de mettre en présence le mâchefer et le résidu gazeux prélevé, on humidifie le mâchefer. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, avant de mettre en présence le mâchefer et le résidu gazeux prélevé, on trempe ce mâchefer, ou on l'humidifie puis on le trempe. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que, pour humidifier ou tremper le mâchefer, on le met en contact d'une eau que l'on a préalablement mise en présence d'une partie du résidu gazeux produit par la combustion des ordures et issu de la chaudière, afin que cette eau soit chargée en dioxyde de carbone. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température du mâchefer mis en présence dudit résidu gazeux prélevé est de 30 à 4000C. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mise en présence du mâchefer et du résidu gazeux prélevé est conduite en continu en mode dynamique. 11. Installation de traitement d'ordures ménagères, comprenant un four d'incinération (1), un système (S) d'évacuation d'un résidu gazeux de combustion comportant une chaudière (2) équipée d'un dispositif (3) d'extraction de cendres volantes et un dispositif (4) de traitement de fumées, et une cheminée (14), installation caractérisée en ce qu'elle comprend une chambre (8) de contact solide/résidu gazeux, des moyens d'alimentation (5, 7) en solide reliant la chambre au four d'incinération, et des moyens d'alimentation (9) en résidu gazeux reliant la chambre à une zone de prélèvement (P ; Q ; R) dudit système d'évacuation. 12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que ladite zone de prélèvement (P Q ; R) de résidu gazeux est située soit à la sortie du four (1), soit entre la chaudière (2) et le dispositif (4) de traitement des fumées, soit en aval du dispositif (4) de traitement des fumées. 13. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que ladite chambre (8) de contact est choisie parmi le groupe constitué par les tambours rotatifs, les treillages mobiles et les réacteurs à lit fluidisé. 14. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un bassin (6) de trempe interposé entre le four d'incinération (1) et la chambre (8) de contact. 15. Installation selon l'une quelconque des revendications 11 et 14, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens (13) d'humidification de solide, interposés entre le four d'incinération (1) et la chambre (8) de contact, ou, si l'installation comprend un bassin de trempe, entre le four d'incinération et ce bassin de trempe. 16. Installation selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisée en ce que des moyens (11) de réintroduction de résidu gazeux prélèvent du résidu gazeux dans une zone (10) de refoulement de résidu gazeux de la chambre (8) de contact, et le réintroduisent dans le système (S) d'évacuation de résidu gazeux de combustion, en amont du dispositif (4) de traitement des fumées.