La formation des dioxines dans les incinérateurs: Quel mécanisme ?
Authors: Trouve Gwenaëlle , Delfosse Lucien 
Published: June 2015

This paper presents the new points of view concerning the mechanistic ways of formation of polychlorinated dibenzodioxins (PCDD) and polychlorinated dibenzofurans (PCDF) in municipal and hazardous waste incinerators. They are found in post-combustion zones at temperatures between 200 and 400 °C. PCDD/Fs are present in fly ash and their maximum concentrations are reached in the electrofilter chamber. Different ways of formation are possible in the plant with their own rate. The synthesis of PCDD/Fs in the gas phase from organic precursors like chlorobenzenes or chlorophenols cannot explain the concentrations of these molecules measured in fly ash. The « De Novo » synthesis is the dominant mechanism of dioxin and furan formation in actual combustion systems. The « De Novo » synthesis experiments indicate that carbon degenerated graphitic structures like soot, activated carbon are the essential carbon sources for dioxin and furan formation. This mechanism proceeding in three stages is an oxidative degradation of carbon graphitic structures where metals under chloride forms are essential. Metal chlorides and especially, copper chlorides, are the chlorinated agents in chlorination of the graphitic structure. They also catalyze the oxidative degration of the macromolecule of carbon. The major products of reaction are the carbon oxides. Formation of by-products like polychlorobenzenes, polychlorophenols, polychlorobiphenyls and PCDD/Fs is also noticeable.

Ce travail bibliographique fait le point sur les dernières données mécanistiques en matière de formation de polychlorodibenzodioxines (PCDDs) et dibenzofuranes (PCDFs) dans des conditions d'incinération. Ces molécules sont formées au cours du refroidissement des gaz dans les zones de post-combustion pour des températures comprises entre 200 et 400 °C. On les retrouve majoritairement dans les cendres volantes piégées par les systèmes d'épuration des fumées. Plusieurs voies de synthèse de ces composés coexistent dans un incinérateur sur des échelles de temps qui leur sont propres. La formation des PCDD/Fs en phase gazeuse à partir de molécules organiques de structure proche est loin d'expliquer les quantités retrouvées de ces molécules sur les cendres volantes. Cette voie de synthèse est négligeable devant la synthèse « De Novo » qui utilise comme principale source de carbone des structures prégraphitiques comme les suies ou des charbons (charbons actifs, charbons issus de la pyrolyse de fuel, de sucres, etc.). La synthèse « De Novo » est une dégradation oxydante de la macromolécule de carbone qui procède par un mécanisme en trois étapes. Les produits majoritaires sont les oxydes de carbone. Il se forme également des sous-produits comme des polychlorobenzènes, des polychlorophénols, des polychlorobiphényles et des PCDD/Fs. Le rôle des métaux lourds (sous forme de chlorures métalliques) et particulièrement le cuivre, est prépondérant car ils participent en tant qu'agent de chloration de la macromolécule de carbone, mais aussi en intervenant comme catalyseur dans l'oxydation de cette structure carbonée prégraphitique.