Brevet FR3050947A1 — publié le 20171110

Procédé de stabilisation de résidus résultant de la combustion de déchets La présente invention concerne un procédé de stabilisation de résidus résultant de la combustion de déchets. La combustion, ou incinération, des déchets, ainsi que les usines de production d'énergie qui utilisent comme combustibles pour tout ou partie des déchets ou autres ordures, produisent des résidus divers que sont des mâchefers, des cendres volantes, des résidus générés par l'épuration des fumées de combustion, ainsi que des effluents liquides. Les résidus solides, en particulier la fraction fine des mâchefers et les cendres volantes, ont un caractère toxique marqué et nécessitent donc d'être stabilisés. On peut procéder à leur inertage par mélange avec du ciment, dans un procédé de cimentation. Toutefois, il faut ajouter usuellement entre 30 et 50% de ciment, ce qui accroît la masse à mettre en décharge et la quantité d'eau nécessaire au mélange. On peut aussi traiter les résidus solides par lavage à l'eau, ou à l'eau acide, mais ces procédés sont complexes et ne s'intègrent bien que si les fumées de combustion des déchets sont traitées par des laveurs humides. Ces procédés sont donc peu adaptés aux systèmes secs, qui utilisent des filtres à manches ou des électrofiltres et qui sont associés à l'injection d'un réactif alcalin, tel que la chaux, pour neutraliser les polluants acides des fumées de combustion. Le but de la présente invention est de proposer un procédé de stabilisation de ces résidus solides, qui soit économique et pratique à mettre en oeuvre, en particulier sans recourir à du ciment. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de stabilisation de résidus résultant de la combustion de déchets, dans lequel on réalise un mélange en mettant en contact par malaxage : - des premiers résidus solides, comprenant des résidus sous filtre qui sont recueillis par un filtre d'épuration des fumées produites par la combustion des déchets, - des seconds résidus solides, comprenant des fines des mâchefers qui sont produits par la combustion des déchets, les fines ayant une taille inférieure à 10 mm, et - de l'eau, de sorte que, dans le mélange, chaque kilogramme des premiers résidus solides est allié avec entre 0,15 et 0,5 kg des seconds résidus solides et avec entre 0,5 et 1,2 kg d'eau. Ainsi, l'invention permet de « co-stabiliser » les deux principaux flux de résidus solides produits par la combustion de déchets, à savoir les mâchefers et les résidus de l'épuration des fumées de combustion. Pour ce faire, selon l'invention, des fines des mâchefers, c'est-à-dire une fraction des mâchefers dont la taille des éléments est inférieure à 10 millimètres, de préférence inférieure à 4 millimètres, apportent un liant 3050947 2 hydraulique tandis que les résidus d'épuration des fumées contiennent l'excès, non-utilisé, du réactif alcalin de neutralisation des polluants acides des fumées, ainsi que des sels résultant de la réaction de ce réactif avec les polluants acides, tels que des chlorures, sulfates et sulfites de calcium lorsque le réactif est de la chaux : en mélangeant les fines 5 des mâchefers avec ces résidus d'épuration des fumées et avec de l'eau, et ce dans les proportions fixées par l'invention, on produit un mélange qui prend en masse, sans l'adjonction d'un ciment additionnel quelconque, et qui possède des propriétés mécaniques favorables à son stockage à long terme. Suivant des caractéristiques additionnelles avantageuses du procédé conforme à 10 l'invention, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - les fines des mâchefers ont une taille inférieure à 4 mm ; - après avoir malaxé le mélange, on le compacte ; - les résidus sous filtre comprennent, voire sont constitués de résidus qui résultent de l'épuration des fumées par de la chaux et qui sont collectés sous un filtre à manches ; 15 - l'eau du mélange comprend des purges de chaudière ; - l'eau du mélange comprend des eaux recyclées, des eaux de ruissellement, des eaux usées et/ou des boues liquides issues du traitement des eaux usées ; - les premiers résidus solides sont constitués des résidus sous filtre ; - des cendres, collectées sous une chaudière par laquelle les fumées de 20 combustion des déchets transitent avant d'atteindre le filtre, sont incluses dans les premiers résidus solides ; - les seconds résidus solides sont constitués des fines des mâchefers ; - des cendres, collectées sous une chaudière par laquelle les fumées de combustion des déchets transitent avant d'atteindre le filtre, sont incluses dans les 25 seconds résidus solides. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple. Lors du traitement des déchets par combustion, ou incinération, les déchets sont brûlés dans un four en dégageant des fumées qui, généralement après avoir traversé une 30 chaudière de récupération d'énergie, sont mélangées à un réactif alcalin de neutralisation de leurs polluants acides, puis sont envoyées à un filtre d'épuration, tel qu'un filtre à manches ou un électrofiltre. Un tel traitement génère plusieurs types de résidus solides, à savoir des mâchefers, des cendres sous chaudière et des résidus sous filtre. Les résidus sous filtre correspondent aux résidus solides recueillis par le filtre 35 d'épuration des fumées, que ce filtre soit à manches ou bien un électrofiltre. Ces résidus sous filtre sont composés d'un mélange : 3050947 3 - de cendres volantes, - de l'excès, non utilisé, du réactif de neutralisation qui est, de manière non limitative, de la chaux éteinte, de la chaux vive, de la magnésie ou du bicarbonate de sodium, et 5 - des sels provenant de la réaction du réactif avec les polluants acides des fumées, comme les chlorures, sulfates et sulfites de calcium quand on utilise de la chaux comme réactif. Les résidus sous filtre peuvent aussi contenir des imbrûlés, du charbon actif, des métaux lourds et bien d'autres composés toxiques. Ils ne peuvent donc pas être mis en 10 décharge directement. Par ailleurs, on notera que la masse volumique apparente de ces résidus sous filtre est faible, en étant usuellement comprise entre 400 et 800 kg/m3, ce qui rend important le volume de leur stockage et donc augmente le coût correspondant. Les mâchefers, qui sont les résidus solides de combustion restant au fond du four et évacués régulièrement de la base de ce dernier, sont, quant-à-eux, moins toxiques et 15 peuvent parfois être valorisés après maturation. Toutefois, les fines de ces mâchefers, c'est-à-dire leur fraction dont les éléments ont une taille inférieure à 10 millimètres, concentrent elles-aussi des polluants. Ainsi, jusqu'à 80% des métaux lourds sont concentrés dans ces fines des mâchefers. Les cendres sous chaudière, qui sont collectées sous la chaudière précitée, 20 correspondent aux résidus solides qui sont suffisamment fins pour avoir pu quitter le four en étant entraînés par les fumées, mais qui sont toutefois trop lourds pour voler jusqu'au filtre d'épuration. Par ailleurs, comme toute usine, l'installation de mise en oeuvre du traitement des déchets par combustion génère, d'une manière ou d'une autre, des effluents liquides, que 25 ce soit directement par le traitement des fumées, ou bien par le biais de lavages ou de collectes d'eau de ruissellement. Ces eaux doivent généralement être traitées avant rejet. Selon l'invention, des premiers résidus solides, qui comprennent soit exclusivement les résidus sous filtre, soit un mélange de ces résidus sous filtre avec au moins des cendres sous chaudière, sont mélangés avec, à la fois, de l'eau et des 30 seconds résidus solides qui comprennent soit exclusivement les fines de mâchefers, soit un mélange de ces fines avec au moins des cendres sous chaudière. Le mélange des premiers et seconds résidus et de l'eau est proportionné de sorte que chaque kilogramme des premiers résidus est allié avec entre 0,15 et 0,5 kg des seconds résidus et avec entre 0,5 et 1,2 kg d'eau. Pour mettre en contact les premiers résidus, les seconds résidus et 35 l'eau les uns avec les autres, ils sont malaxés et le mélange obtenu prend ensuite en masse, ce qui lui confère des propriétés mécaniques favorables à son stockage à long 3050947 4 terme. En particulier, la masse volumique apparente de ce mélange est de loin supérieure à celle de certains des résidus solides initiaux, et est avantageusement comprise entre 1100 et 1600 kg/m3, à comparer à la masse volumique apparente des résidus sous filtre précédemment indiquée. 5 Il faut bien comprendre que les fines des mâchefers, qui sont la fraction des mâchefers dont la taille de tamisage est inférieure à 10 millimètres, voire, de préférence, inférieure à 4 millimètres, apportent un liant hydraulique qui, combiné à la fois à l'excès d'alcalinité du réactif de neutralisation précité et aux chlorures, sulfates et/ou sulfites des sels des résidus sous filtre, permet une prise en masse rapide du mélange, sans 10 l'adjonction d'un ciment additionnel quelconque. Ainsi, le mélange est dépourvu de ciment. De plus, comme les résidus solides du mélange contiennent déjà toutes sortes de polluants, il n'est pas particulièrement utile que l'eau du mélange soit de l'eau propre. Ainsi, pour faire le malaxage du mélange, l'eau utilisée peut avantageusement 15 comprendre des purges de la chaudière précitée, ces purges apportant du phosphate de sodium qui va réagir avec les grains contenant du calcium pour les enrober et réduire le pH des solutions interstitielles, améliorant ainsi la rétention des métaux. De même, l'eau utilisée pour le malaxage peut comprendre des eaux recyclées, des eaux de ruissellement, des eaux usées et/ou des boues liquides issues du traitement des eaux 20 usées. En pratique, l'opération de malaxage du mélange est connue en soi, en étant par exemple mise en oeuvre par des malaxeurs, et dure quelques minutes, de façon à ce que le contact entre l'eau et les divers résidus solides puissent se faire et les réactions chimiques se produire. 25 Suivant une mise en oeuvre optionnelle, le mélange est, à l'issue de son malaxage, compacté, notamment aux fins de sa mise en forme. Pour ce faire, un dispositif d'extrusion, de presse ou de compression peut être utilisé. Dans tous les cas, la solidification du mélange, par prise hydraulique, se produit en quelques minutes, typiquement en moins d'une heure voire en moins de trente minutes, le 30 mélange ainsi pris en masse pouvant alors être manipulé pour sa mise en décharge finale. Au bout d'entre un à sept jours, le mélange présente une résistance mécanique suffisante pour permettre le roulement d'engins de manutention. La résistance mécanique maximale n'est généralement obtenue qu'après plus de sept jours, comme pour les ciments. A cet égard, on notera que les fines des mâchefers apportent aussi, de par leur 35 composition et leur granulométrie, une charge qui fait office de mortier pour cette résistance mécanique ultime. 3050947 5 Le cas échéant, pour retarder la prise en masse du mélange malaxé, on peut recourir à un dispositif de malaxage utilisant les propriétés thixotropiques du mélange. Le procédé conforme à l'invention apporte notamment les avantages suivants : - plusieurs flux contenant des toxiques sont stabilisés, à savoir les fines de 5 mâchefers, les résidus sous filtre et, optionnellement, des boues liquides ou des eaux usées ou recyclées, avec ou sans matière en suspension dans ces eaux ; - le mélange des premiers et seconds résidus solides présente une masse volumique apparente qui est très supérieure à celle des résidus sous filtre qui en sont les constituants solides majoritaires et qui correspondent aux constituants les plus 10 problématiques à stocker de par leur faible masse volumique apparente ; - le mélange obtenu est humide et ne génère pas de poussière ; on peut ainsi le déposer en couches successives et ces couches permettent le roulement de véhicules et d'engins de manutention à sa surface ; - aucun ciment, tel que du ciment Portland, et aucun liant d'enrobage 15 supplémentaire ne sont utilisés ; et - le procédé en lui-même ne génère pas d'effluent liquide, mais au contraire peut en employer et réduire ainsi les quantités à rejeter dans le milieu naturel. La mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention peut donc être globalement vue comme écologique puisque ce procédé combine plusieurs résidus et effluents de 20 manière heureuse, et est particulièrement adapté pour les unités qui disposent d'un site de stockage ou d'une décharge à proximité. Exemple testé : 150 g de résidus sous filtre, qui proviennent d'une usine d'incinération d'ordures municipales, qui sont recueillis par un filtre à manches employant de la chaux pour épurer 25 les fumées de combustion des ordures et qui contiennent du chlorure de calcium, du sulfate de calcium, des cendres volantes et l'excès de chaux, sont mélangés à 45 g de fines de mâchefers, qui présentent une taille de tamisage inférieure à 4 mm, et à 100 g d'eau. Ce mélange est trituré dans un petit malaxeur pendant environ dix minutes, jusqu'à l'obtention d'une pâte. Le mélange est ensuite versé dans une éprouvette à béton de 40 30 mm de diamètre et 105 mm de haut. La prise hydraulique du mélange est effective après quinze minutes. Après vingt-quatre heures, la densité apparente est de 1,57 g/cm3. REVENDICATIONS1.- Procédé de stabilisation de résidus résultant de la combustion de déchets, dans lequel on réalise un mélange en mettant en contact par malaxage : - des premiers résidus solides, comprenant des résidus sous filtre qui sont recueillis par un filtre d'épuration des fumées produites par la combustion des déchets, - des seconds résidus solides, comprenant des fines des mâchefers qui sont produits par la combustion des déchets, les fines ayant une taille inférieure à 10 mm, et - de l'eau, de sorte que, dans le mélange, chaque kilogramme des premiers résidus solides est allié avec entre 0,15 et 0,5 kg des seconds résidus solides et avec entre 0,5 et 1,2 kg d'eau. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel les fines des mâchefers ont une taille inférieure à 4 mm. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel, après avoir malaxé le mélange, on le compacte. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les résidus sous filtre comprennent, voire sont constitués de résidus qui résultent de l'épuration des fumées par de la chaux et qui sont collectés sous un filtre à manches. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'eau du mélange comprend des purges de chaudière. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'eau du mélange comprend des eaux recyclées, des eaux de ruissellement, des eaux usées et/ou des boues liquides issues du traitement des eaux usées. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les premiers résidus solides sont constitués des résidus sous filtre. 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel des cendres, collectées sous une chaudière par laquelle les fumées de combustion des déchets transitent avant d'atteindre le filtre, sont incluses dans les premiers résidus solides. 3050947 7 9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les seconds résidus solides sont constitués des fines des mâchefers. 5 10.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel des cendres, collectées sous une chaudière par laquelle les fumées de combustion des déchets transitent avant d'atteindre le filtre, sont incluses dans les seconds résidus solides.