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les réactions chimiques pour limiter l'obtention de ces sous-produits ou encore pour obtenir des produits intermédiaires récupérables et facilement séparables, cela tout en prenant les coûts en considération. Au cours des dernières années, il y a eu de nombreux exemples prouvant que, grâce à une innovation technique ou une amélioration de procédés, il était possible d'obtenir des productions plus propres. Voici des exemples qui illustrent les principes définis ci-dessus : — Fabrication du polyéthylène haute densité "Hostalen" La polymérisation de l'éthylène est obtenue à l'aide de catalyseurs. A l'origine, cette opération produisait de grandes quantités d'eaux résiduaires, polluées par des sels et des matières organiques. Grâce à une modification du procédé, la charge polluante des eaux résiduaires a pu être réduite de 90 %. — Séchage des colorants par atomisation Dans la fabrication de nombreux colorants, la séparation de la matière colorante contenue dans la solution aqueuse se fait par relargement, c'est-à-dire par addition de grandes quantités de chlorure de sodium ; ensuite, le colorant peut être séparé par filtration. La solution saline qui en résulte constitue une charge considérable pour les eaux résiduaires. Le séchage par atomisation des solutions de colorants permet d'éviter le relargement par addition de sels et d'obtenir le colorant en poudre. — Récupération de solvants Afin d'éviter la présence dans les eaux résiduaires de certains solvants difficilement éliminables au cours des traitements ultérieurs, ceux-ci sont systématiquement récupérés par traitement physico-chimique, permettant ainsi leur recyclage. — Chlorolyse des résidus chlorés Le procédé de chlorolyse a été développé en vue de récupérer les résidus d'hydrocarbures chlorés liquides qui devaient auparavant être brûlés en pleine mer, sur des navires spéciaux. Le recyclage est effectué dans un réacteur à haute pression (200 bars) et à des températures de 600 °C, sous addition de chlore gazeux. On obtient ainsi du tétrachlorure de carbone qui est isolé par distillation, les résidus étant réintégrés dans le réacteur. — Procédé à double catalyse pour la fabrication de l'acide sulfurique La combustion du soufre entraîne la formation de gaz contenant de l'anhydride sulfureux que l'on fait passer sur des catalyseurs au vanadium. Il s'ensuit
et d'obtenir le colorant en poudre. — Récupération de solvants Afin d'éviter la présence dans les eaux résiduaires de certains solvants difficilement éliminables au cours des traitements ultérieurs, ceux-ci sont systématiquement récupérés par traitement physico-chimique, permettant ainsi leur recyclage. — Chlorolyse des résidus chlorés Le procédé de chlorolyse a été développé en vue de récupérer les résidus d'hydrocarbures chlorés liquides qui devaient auparavant être brûlés en pleine mer, sur des navires spéciaux. Le recyclage est effectué dans un réacteur à haute pression (200 bars) et à des températures de 600 °C, sous addition de chlore gazeux. On obtient ainsi du tétrachlorure de carbone qui est isolé par distillation, les résidus étant réintégrés dans le réacteur. — Procédé à double catalyse pour la fabrication de l'acide sulfurique La combustion du soufre entraîne la formation de gaz contenant de l'anhydride sulfureux que l'on fait passer sur des catalyseurs au vanadium. Il s'ensuit une oxydation de l'anhydride sulfureux en anhydride sulfurique. La réaction n'est cependant pas complète ; c'est pourquoi dans le procédé de double catalyse, la quantité d'anhydride sulfureux résiduaire se trouve réduite de 80 % (cette technique est appliquée en Allemagne et à l'usine de la société française Hoechst de Cuise-Lamotte, près de Compiègne). — Recyclage de l'acide sulfurique résiduaire A Griesheim, l'acide sulfurique dilué résiduaire, provenant des fabrications de produits intermédiaires, est traité par distillation. L'acide concentré ainsi obtenu est recyclé. Les sept unités de distillation de cette installation ont une capacité annuelle de 60 000 t d'acide sulfurique. B. TRAITEMENT DES EFFLUENTS GAZEUX 1. GENERALITES L'époque des nombreuses cheminées crachant leurs fumées — jusqu'ici symbole vivant d'une industrie florissante — est désormais révolue. Aujourd'hui, les gaz résiduaires de l'industrie chimique sont rarement évacués directement dans l'atmosphère. Là où des cheminées peuvent encore être utilisées, leur hauteur est calculée par les pouvoirs publics selon une méthode complexe qui tient compte des données climatiques ainsi que de la nature des constructions et du terrain environnant les sources d'émissions ; cela permet une dilution suffisante des gaz résiduaires dans les couches supérieures de l'atmosphère. De cette façon, on évite leur présence au
près de Compiègne). — Recyclage de l'acide sulfurique résiduaire A Griesheim, l'acide sulfurique dilué résiduaire, provenant des fabrications de produits intermédiaires, est traité par distillation. L'acide concentré ainsi obtenu est recyclé. Les sept unités de distillation de cette installation ont une capacité annuelle de 60 000 t d'acide sulfurique. B. TRAITEMENT DES EFFLUENTS GAZEUX 1. GENERALITES L'époque des nombreuses cheminées crachant leurs fumées — jusqu'ici symbole vivant d'une industrie florissante — est désormais révolue. Aujourd'hui, les gaz résiduaires de l'industrie chimique sont rarement évacués directement dans l'atmosphère. Là où des cheminées peuvent encore être utilisées, leur hauteur est calculée par les pouvoirs publics selon une méthode complexe qui tient compte des données climatiques ainsi que de la nature des constructions et du terrain environnant les sources d'émissions ; cela permet une dilution suffisante des gaz résiduaires dans les couches supérieures de l'atmosphère. De cette façon, on évite leur présence au niveau du sol ou à la hauteur des bâtiments et on élimine ainsi des concentrations qui seraient dangereuses pour l'homme, les animaux et les plantes. Les gaz résiduaires issus des opérations chimiques sont très différents par leur quantité et leur composition. D'où la nécessité de mettre au point des appareils et des installations spécifiques adaptés à leur élimination. Les procédés de séparation sont donc différents suivant qu'il s'agisse de poussières fines ou grosses, de gaz ou de brouillards. Plusieurs phases ou installations d'épuration sont souvent nécessaires avant que le gaz résiduel épuré ne puisse être évacué dans l'atmosphère. La construction d'une installation de purification dépend essentiellement de la nature, de la quantité et de la concentration des impuretés à éliminer. Dans la plupart des cas, il est possible d'atteindre un taux d'épuration de 99 % et plus. Mais plus on veut un taux élevé, plus les moyens techniques à mettre en œuvre doivent être importants. Une épuration à 99,9 % par exemple peut nécessiter la mise en œuvre de moyens techniques plus de deux fois supérieurs à ceux requis pour la séparation à 99 % d'un seul composant de gaz résiduaire. 2. TECHNIQUES Il existe un grand nombre de techniques
et des installations spécifiques adaptés à leur élimination. Les procédés de séparation sont donc différents suivant qu'il s'agisse de poussières fines ou grosses, de gaz ou de brouillards. Plusieurs phases ou installations d'épuration sont souvent nécessaires avant que le gaz résiduel épuré ne puisse être évacué dans l'atmosphère. La construction d'une installation de purification dépend essentiellement de la nature, de la quantité et de la concentration des impuretés à éliminer. Dans la plupart des cas, il est possible d'atteindre un taux d'épuration de 99 % et plus. Mais plus on veut un taux élevé, plus les moyens techniques à mettre en œuvre doivent être importants. Une épuration à 99,9 % par exemple peut nécessiter la mise en œuvre de moyens techniques plus de deux fois supérieurs à ceux requis pour la séparation à 99 % d'un seul composant de gaz résiduaire. 2. TECHNIQUES Il existe un grand nombre de techniques de conceptions différentes pour l'épuration de l'air et des gaz résiduaires. On ne peut avoir l'ambition de tous les décrire ici : à titre d'exemple, à l'usine mère de Hoechst, avec des débits allant de 1 à 100 000 m3 par installation, on épure au total jusqu'à 7 Mm3/h dans plus de cent unités (fig. 1). Fig. 1 — Hoechst AG — Usine de Hoechst. Installation de purification des gaz en deux étapes — Tour de lavage à corps de remplissage et séparateur par variation brusque de pression dans une usine de colorants. (Doc. Hoechst AG) Les installations se répartissent selon les méthodes d'épuration suivantes : — Dépoussiéreur centrifuge à cyclone Cet appareil est principalement utilisé pour la séparation des poussières à grosses particules (par exemple fabrication des matières plastiques). L'air chargé de poussières effectue dans un cyclone un mouvement rotatif en spirale. Les forces centrifuges ainsi produites projettent contre les parois de cet appareil les particules de poussière qui, sous l'influence de la pesanteur, tombent pour se rassembler dans les parties inférieures du séparateur. — Filtre à manches Ce filtre est utilisé pour piéger les poussières de fines particules (par exemple fabrication des engrais). L'air, chargé de poussières, traverse
plus de cent unités (fig. 1). Fig. 1 — Hoechst AG — Usine de Hoechst. Installation de purification des gaz en deux étapes — Tour de lavage à corps de remplissage et séparateur par variation brusque de pression dans une usine de colorants. (Doc. Hoechst AG) Les installations se répartissent selon les méthodes d'épuration suivantes : — Dépoussiéreur centrifuge à cyclone Cet appareil est principalement utilisé pour la séparation des poussières à grosses particules (par exemple fabrication des matières plastiques). L'air chargé de poussières effectue dans un cyclone un mouvement rotatif en spirale. Les forces centrifuges ainsi produites projettent contre les parois de cet appareil les particules de poussière qui, sous l'influence de la pesanteur, tombent pour se rassembler dans les parties inférieures du séparateur. — Filtre à manches Ce filtre est utilisé pour piéger les poussières de fines particules (par exemple fabrication des engrais). L'air, chargé de poussières, traverse des gaines de tissu filtrant dans lequel se déposent des particules de poussière. Ces manches filtrantes sont vidées à des intervalles déterminés grâce à un batteur-secoueur et à une aération à contre-courant. Les grandes installations de filtration ont jusqu'à 600 manches filtrantes, ce qui représente une surface filtrante globale de 1 500 m2. — Tour de lavage à corps de remplissage Appareillage utilisé pour la séparation des gaz, des brouillards et des poussières extrêmement fines (exemple : fabrication de colorants). Le gaz résiduaire est amené par le bas et traverse une couche de remplissage (corps en céramique ou en matière plastique), imprégnée d'un liquide de lavage. Les corps de remplissage provoquent de nombreuses déviations de gaz et un renouvellement permanent de la surface du liquide. Sans ces deux processus, il ne serait pas possible de séparer les gaz et les poussières fines de façon satisfaisante. — Séparateur par variations brusques de pression Il sert à traiter des gaz, des brouillards et des poussières à fines particules (exemple : fabrication des matières colorantes). Le gaz résiduaire est envoyé sous pression en même temps qu'un liquide de lavage pulvérisé à travers d'étroites fentes (0,3 à 1,2 mm) formées par un empilage d'anneaux.
1 500 m2. — Tour de lavage à corps de remplissage Appareillage utilisé pour la séparation des gaz, des brouillards et des poussières extrêmement fines (exemple : fabrication de colorants). Le gaz résiduaire est amené par le bas et traverse une couche de remplissage (corps en céramique ou en matière plastique), imprégnée d'un liquide de lavage. Les corps de remplissage provoquent de nombreuses déviations de gaz et un renouvellement permanent de la surface du liquide. Sans ces deux processus, il ne serait pas possible de séparer les gaz et les poussières fines de façon satisfaisante. — Séparateur par variations brusques de pression Il sert à traiter des gaz, des brouillards et des poussières à fines particules (exemple : fabrication des matières colorantes). Le gaz résiduaire est envoyé sous pression en même temps qu'un liquide de lavage pulvérisé à travers d'étroites fentes (0,3 à 1,2 mm) formées par un empilage d'anneaux. La forte variation du courant gazeux provoquée par chaque fente fait tourbillonner le liquide de lavage et le gaz résiduaire. Il se produit en même temps d'importantes forces centrifuges qui séparent les particules pulvérisées et les particules en suspension. — Installation de condensation Ce matériel est utilisé pour la séparation des gaz et des vapeurs condensables, par exemple, dans la production de solvants. Les gaz résiduaires chargés de vapeurs de solvants passent autour d'un faisceau tubulaire, alimenté en agents réfrigérants. Ce refroidissement permet d'atteindre le point de rosée et les vapeurs et les gaz se condensent en fines gouttelettes sur la surface du réfrigérant. Filtres à charbon actif Cet appareillage est utilisé pour séparer les vapeurs et les gaz, en raison de la structure poreuse du charbon actif qui présente une très grande surface (exemple : production pharmaceutique). Une installation d'épuration comporte en général deux absorbants à charbon actif qui sont utilisés en alternance de façon à pouvoir remplacer ou régénérer en permanence l'un des deux éléments. — Combustion catalytique Cette technique est employée pour éliminer des gaz et des vapeurs combustibles présents dans les gaz résiduaires (par exemple pour la fabrication des matières plastiques). Le gaz résiduaire passe à
des gaz et des vapeurs condensables, par exemple, dans la production de solvants. Les gaz résiduaires chargés de vapeurs de solvants passent autour d'un faisceau tubulaire, alimenté en agents réfrigérants. Ce refroidissement permet d'atteindre le point de rosée et les vapeurs et les gaz se condensent en fines gouttelettes sur la surface du réfrigérant. Filtres à charbon actif Cet appareillage est utilisé pour séparer les vapeurs et les gaz, en raison de la structure poreuse du charbon actif qui présente une très grande surface (exemple : production pharmaceutique). Une installation d'épuration comporte en général deux absorbants à charbon actif qui sont utilisés en alternance de façon à pouvoir remplacer ou régénérer en permanence l'un des deux éléments. — Combustion catalytique Cette technique est employée pour éliminer des gaz et des vapeurs combustibles présents dans les gaz résiduaires (par exemple pour la fabrication des matières plastiques). Le gaz résiduaire passe à travers plusieurs couches de catalyseurs (billes de céramique recouvertes de mousse de platine) ; dès que la température atteint 300 à 400 °C, les impuretés brûlent sans flamme en dégageant de la chaleur. Un système de serpentins de refroidissement ou de chauffage sert à maintenir constante la température du catalyseur. — Combustion directe Ce procédé est utilisé en vue d'éliminer les gaz et les vapeurs résiduaires combustibles (exemple : pétrochimie). Les gaz sont brûlés dans une torche où une introduction de vapeur d'eau dans la flamme assure un mélange suffisant avec l'air pour permettre une combustion exempte de suie. Lorsque l'on se trouve en présence d'une quantité importante de gaz résiduaires, ils sont brûlés alors directement dans les chaudières pour produire de l'énergie. 3. SURVEILLANCE DES ÉMISSIONS À L'USINE DE HOECHST FRANKFURT a) Surveillance des émissions Toutes les hautes cheminées et de nombreuses installations d'épuration de gaz résiduaires sont équipées d'appareils d'analyse à fonctionnement et enregistrement automatique. Les bandes d'enregistrement sur lesquelles apparaissent en permanence les valeurs mesurées permettent de contrôler le bon fonctionnement de chaque atelier. Aux sources d'émission importantes, des appareils de mesure automatiques (tels que photomètres, détecteurs à ionisation, conductimètres) déterminent constamment la teneur en impuretés des
— Combustion directe Ce procédé est utilisé en vue d'éliminer les gaz et les vapeurs résiduaires combustibles (exemple : pétrochimie). Les gaz sont brûlés dans une torche où une introduction de vapeur d'eau dans la flamme assure un mélange suffisant avec l'air pour permettre une combustion exempte de suie. Lorsque l'on se trouve en présence d'une quantité importante de gaz résiduaires, ils sont brûlés alors directement dans les chaudières pour produire de l'énergie. 3. SURVEILLANCE DES ÉMISSIONS À L'USINE DE HOECHST FRANKFURT a) Surveillance des émissions Toutes les hautes cheminées et de nombreuses installations d'épuration de gaz résiduaires sont équipées d'appareils d'analyse à fonctionnement et enregistrement automatique. Les bandes d'enregistrement sur lesquelles apparaissent en permanence les valeurs mesurées permettent de contrôler le bon fonctionnement de chaque atelier. Aux sources d'émission importantes, des appareils de mesure automatiques (tels que photomètres, détecteurs à ionisation, conductimètres) déterminent constamment la teneur en impuretés des gaz résiduaires. En outre, la chromatographie en phase gazeuse permet de doser en laboratoire les substances organiques présentes dans les gaz résiduaires (fig. 2). Fig. 2. — Hoechst AG — Usine de Hoechst. Analyse des gaz par chromatographie en phase gazeuse. (Doc. Hoechst AG) Les rejets qui vont dans l'atmosphère font l'objet d'une surveillance constante du service spécialisé de l'usine qui dispose d'un circuit fermé de télévision et centralise dans des laboratoires les contrôles de l'air dans le périmètre de l'usine. Dès qu'une anomalie est localisée, une camionnette équipée pour la mesure des gaz est immédiatement alertée et envoyée sur la source d'émission. b) Contrôle de la qualité de l'air ambiant Différentes espèces de plantes sont cultivées sur le toit des postes de mesure. Ces plantes sont contrôlées à intervalles réguliers dans le but de détecter d'éventuelles lésions des feuilles ; leur croissance est également suivie avec attention et comparée à celle des plantes-témoins cultivées dans une station expérimentale, extérieure à l'usine. Le rôle d'indicateur biologique joué par les plantes complète les mesures physiques. Le système de surveillance de l'air à l'usine de Francfort est complété par quatre postes automatiques situés à la périphérie de l'usine, à proximité des principales
font l'objet d'une surveillance constante du service spécialisé de l'usine qui dispose d'un circuit fermé de télévision et centralise dans des laboratoires les contrôles de l'air dans le périmètre de l'usine. Dès qu'une anomalie est localisée, une camionnette équipée pour la mesure des gaz est immédiatement alertée et envoyée sur la source d'émission. b) Contrôle de la qualité de l'air ambiant Différentes espèces de plantes sont cultivées sur le toit des postes de mesure. Ces plantes sont contrôlées à intervalles réguliers dans le but de détecter d'éventuelles lésions des feuilles ; leur croissance est également suivie avec attention et comparée à celle des plantes-témoins cultivées dans une station expérimentale, extérieure à l'usine. Le rôle d'indicateur biologique joué par les plantes complète les mesures physiques. Le système de surveillance de l'air à l'usine de Francfort est complété par quatre postes automatiques situés à la périphérie de l'usine, à proximité des principales zones d'habitation. Ces postes contrôlent en permanence la qualité de l'air. Au cas où l'on enregistrerait, par rapport aux valeurs limites tolérées, un dépassement des concentrations en anhydride sulfureux, oxyde d'azote, hydrocarbures, chlore, etc., une alerte serait déclenchée et entraînerait sur le champ une diminution graduelle de la production. C. TRAITEMENT DES EAUX RÉSIDUAIRES 1. CONSOMMATION ET DÉBIT D'EAU L'industrie chimique est grosse consommatrice d'eau. À titre d'exemple, nous citerons les chiffres pour l'usine de Hoechst en Allemagne fédérale et l'usine de Lamotte en France. L'usine de Hoechst (30 000 emplois sur le site, 18 000 emplois en excluant les emplois qui seraient en France au siège social et dans les centres de recherche, une activité qui en terme de chiffre d'affaires pourrait être chiffrée à 9,5 GF) consomme environ 600 000 m3 d'eau par jour. La plus grande partie, 90 %, est utilisée pour le refroidissement des divers échangeurs de chaleur avec restitution au milieu naturel. Le complément est utilisé, soit comme eau de procédés, soit comme production de vapeur soit comme appoint sur aéroréfrigérants (évaporation). Le débit des aéroréfrigérants est de l'ordre de 60 000 m3/h, soit 2,4 fois la consommation totale d'eau. L'usine de Lamotte (620 emplois,
TRAITEMENT DES EAUX RÉSIDUAIRES 1. CONSOMMATION ET DÉBIT D'EAU L'industrie chimique est grosse consommatrice d'eau. À titre d'exemple, nous citerons les chiffres pour l'usine de Hoechst en Allemagne fédérale et l'usine de Lamotte en France. L'usine de Hoechst (30 000 emplois sur le site, 18 000 emplois en excluant les emplois qui seraient en France au siège social et dans les centres de recherche, une activité qui en terme de chiffre d'affaires pourrait être chiffrée à 9,5 GF) consomme environ 600 000 m3 d'eau par jour. La plus grande partie, 90 %, est utilisée pour le refroidissement des divers échangeurs de chaleur avec restitution au milieu naturel. Le complément est utilisé, soit comme eau de procédés, soit comme production de vapeur soit comme appoint sur aéroréfrigérants (évaporation). Le débit des aéroréfrigérants est de l'ordre de 60 000 m3/h, soit 2,4 fois la consommation totale d'eau. L'usine de Lamotte (620 emplois, 330 MF de chiffre d'affaires) consomme 36 000 m3 / j. 70 % sont utilisés pour le refroidissement direct, 20 % dans les fabrications, le reste comme appoint sur aéroréfrigérants et production de vapeur. Le débit des aéroréfrigérants est de 3 600 m3/h, soit également 2,4 fois la consommation totale. 2. TECHNIQUES DE TRAITEMENT L'eau, en tant que matière indispensable à la vie, est précieuse entre toutes. C'est la raison pour laquelle Hoechst, depuis de nombreuses années, met dans le domaine de la régénération des eaux usées toute sa volonté et toute sa compétence. L'épuration peut se faire par traitement thermique (incinération) ou encore par traitement physico-chimique, pouvant être complété par une dégradation biologique. Le principe de l'épuration biologique s'inspire de la nature et a pour rôle d'éliminer les impuretés organiques en solution ou en suspension. Au cours de la dégradation, les bactéries assimilent une partie des matières polluantes dans leurs propres substances, mais en oxydent la majorité pour couvrir leurs besoins en énergie. a) Épuration thermique Incinération Pour les eaux usées particulièrement chargées, on fait appel aux procédés d'épuration par voie thermique. Hoechst AG a mis au point un procédé d'incinération des eaux usées provenant des ateliers de fabrication