Les polluants et les techniques d'épuration des fumées

RECORD, Karen Diard, Mathieu Boulinguez, Bicocchi Stéphane

Description

Améliorer le traitement et la valorisation des déchets domestiques et industriels figure parmi les objectifs principaux du Grenelle de l'environnement. De nouvelles dispositions réglementaires imposent la mise en place des technologies les plus performantes. Devenue rapidement la référence lors de sa première parution, Les polluants et les techniques d'épuration des fumées s'inscrit dans ce programme. Ce livre s'enrichit dans cette deuxième édition actualisée des plus récentes données technologiques pour respecter ce cadre réglementaire.
Connaître les polluants pour mieux les maîtriser

La première partie de l'ouvrage expose sous forme de fiches, les caractéristiques et impacts des différents polluants, gazeux et particulaires, générés en incinération. Les processus de formation sont détaillés, ainsi que les limites d'émission autorisées actuellement en France et en Europe.
Une mise en avant des méthodes de mesure et d'analyse des polluants permet au lecteur de bien comprendre les limites physiques de la surveillance de ces polluants.
Un inventaire complet pour un choix technologique optimal.
Après une revue des différentes technologies de combustion couramment utilisées, l'ouvrage détaille l'ensemble des technologies d'abattage aval des polluants, disponibles ou en cours de développement, leurs principes de fonctionnement, pour chacun des polluants identifiés, ainsi que les équipementiers, fournisseurs potentiels dans ce secteur industriel.
Les performances en épuration des différents procédés sont systématiquement reportées, en relation avec leurs coûts opératoires, en termes de consommation d'agents réactifs ou d'élimination des sous-produits de réactions d'abattage.
Synthèse quasi exhaustive sur le sujet disposant, de plus, d'une bibliographie spécialisée, cet ouvrage est incontournable pour de nombreux utilisateurs :

• industriels, responsables Sécurité & Environnement des unités de production,
• gestionnaires et concepteurs des centres de traitement des déchets,
• agences de contrôle de la qualité de l'air et de l'environnement,
• représentants d'associations et de collectivités,
• professeurs et étudiants des écoles d'ingénieurs et des universités (génie de procédés, gestion de l'environnement).

Préface de Gérard ANTONINI. Introduction. Chapitre 1. Les polluants contenus dans les fumées. Conversion des unités. Monoxyde de carbone (CO). Dioxyde de carbone (CO2). Poussières. Chlorure d'hydrogène (HCl). Fluorure d'hydrogène (HF). Anhydride sulfureux (SO2). Anhydride sulfurique (SO3). Sulfure d'hydrogène (H2S). Oxydes d'azote (NOx). Ammoniac (NH3). Métaux lourds. Dioxines/Furanes. Composés organiques volatils (COV). Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). Composés bromés et iodés. Siloxanes.
Chapitre 2. Les méthodes de mesures et d'analyses des polluants. Aspect réglementaire et normatif. Traitement des données. Mesure en continu. Méthodes de mesures des organismes de contrôles.
Chapitre 3. Le traitement thermique des déchets. Généralités. Destruction thermique en atmosphère oxydante (incinération). Destruction thermique en atmosphère réductrice. Législation.
Chapitre 4. Les techniques d'épuration des fumées. Introduction. Traitements secs. Épuration par voie semi-humide. Traitements humides. Épuration par voie combinée. Techniques de dépoussiérage. Réduction Sélective Non Catalytique (SNCR). Réduction Sélective Catalytique (SCR). Reburning. Autres méthodes de traitement des NOX. Procédés par adsorption. Épuration par oxydation thermique - Post Combustion. Épuration par condensation. Traitement du dioxyde de carbone. Bioprocédés. Nouvelles technologies. Conclusion. Références.

Sujets

• Emiratos Árabes Unidos
• EAU

Informations

• Publié par: Tec & Doc - Editions Lavoisier
• Date de parution: 23 novembre 2009
• Nombre de lectures: 35
• EAN13: 9782743019051
• Licence : Tous droits réservés
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 11 Mo

Extrait

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Stéphane Bicocchi Mathieu฀Boulinguez฀฀฀•฀฀฀Karen฀Diard

Les polluants et les techniques d'épuration des fumées

Cas des unités de traitement et de valorisation des déchets

e 2 édition État de l’art

LES POLLUANTS ET LES TECHNIQUES D’ÉPURATION DES FUMÉES Cas des unités de traitement et de valorisation thermique des déchets

État de l’art

e 2 édition revue et augmentée

Étude réalisée sous la direction et pour le compte de l’association R ECORD

parStéphane Bicocchi Ingénieur UTC en Génie des procédés DEA Sciences et techniques de l’environnement attribué par l’ENPC, l’Engref et l’université Paris-XII Dirigeant de Cadet International, société d’ingénierie et de conseil spécialisée dans la gestion, le traitement et la valorisation des déchets et en énergie

Mathieu Boulinguez Ingénieur UTC en Génie des procédés Ingénieur attaché d’études

KarenDiard Ingénieur Génie sanitaire et environnement – Université Paris XII DEA sciences et techniques des déchets – INSA Responsable d’agence

11, rue Lavoisier 75008 Paris

Chez le même éditeur

• Sous la direction de l’association RECORD Les techniques de dépoussiérage des fumées industrielles – État de l’art S. Bicocchi, 2002

Évaluation du risque écologique des sols pollués J.-L. Rivière, 1998

Récupération des métaux lourds dans les déchets et boues issues des traitements des effluents – État de l’art P. Duverneuil, B. Fenouillet, C. Chaffot, 1997

Traitements thermiques des déchets industriels – État de l’art G. Antonini, P. Gislais, 1995

• Également disponibles Le traitement des déchets(2009) –La méthanisation(2008) R. Moletta, coord.

Toxicologie nucléaire environnementale et humaine M.-T. Ménager, J. Garnier-Laplace. M. Goyffon, 2009

La chimie verte P. Colonna, coord., 2006

Métrologie en chimie de l’environnement e P. Quevauviller, 2 éd. 2006

© LAVOISIER, 2009 ISBN : 978-2-7430-1190-1

Toute reproduction ou représentation intégrale ou partielle, par quelque procédé que ce soit, des pages publiées dans le pré- sent ouvrage, faite sans l’autorisation de l’éditeur ou du Centre français d’exploitation du droit de copie (20, rue des Grands- Augustins, 75006 Paris), est illicite et constitue une contrefaçon. Seules sont autorisées, d’une part, les reproductions réser- vées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective, d’autre part, les analyses et courtes citations jus- er tifiées dans le caractère scientifique ou d’information de l’œuvre dans laquelle elles sont incorporées (loi du 1 juillet 1992 – art. L. 122-4 et L. 122-5 et Code pénal art. 425).

RECORD Recherche coopérative sur les déchets et l’environnement

C’est en décembre 1989 que RECORD (Réseau coopératif de recherche sur les déchets) a été créé à l’initiative du Ministère en charge de l’Environnement qui répondait ainsi à la sollicitation du HSMRC (Hazardous Substance Management Research Center) autre réseau coopératif américain implanté au NJIT (New Jersey Institute of Techno- logy). La complexité des problèmes posés par la gestion des déchets et le poids des inves- tissements nécessaires à une approche fondamentale des solutions justifient à eux seuls le recours à une action coopérative.

C’est ainsi que RECORD est le fruit d’une triple coopération : celle des industriels désireux de regrouper leurs besoins et leurs moyens de recherche, celle des pouvoirs publics (ADEME et Ministère en charge de l’environnement) et celle des chercheurs qui couvrent la quasi-totalité des disciplines des sciences physiques, chimiques, mécaniques, biologiques, économiques, sociologiques, etc.

Au plan pratique, le choix des sujets d’études et de recherche, leur affectation et le suivi des travaux dans les laboratoires ainsi que l’évaluation des résultats sont assurés col- légialement par les membres de RECORD, sous la conduite d’un directoire scientifique. Les thèmes abordés s’articulent autour de différents axes : – Connaissance et caractérisation des déchets et des pollutions ; – Traitement et valorisation des déchets et des sols pollués ; – Évaluation des impacts sur la santé et sur le milieu naturel ; – Développement et intégration des connaissances issues des sciences sociales. À ce jour, après bientôt 20 ans d’existence, RECORD a financé plus de 170 projets. Ces travaux ont donné lieu en particulier à 40 états de l’art, 15 thèses et 6 ouvrages parus aux éditions Tec & Doc Lavoisier. Plus de 60 structures de recherche en France et à l’étranger ont participé à ces travaux.

Au terme de la réalisation des études engagées, certaines d’entre elles peuvent faire l’objet d’ouvrages permettant ainsi une plus large diffusion des connaissances scientifi- ques et techniques acquises. Nous espérons ainsi participer à une meilleure compréhension des déchets et de leur gestion, et donc à la mise en œuvre des solutions les mieux adaptées. Les travaux réalisés par RECORD reçoivent le soutien financier de l’ADEME.

Les membres de RECORD : ADEME, EDF, GDF SUEZ, Ministère en charge de l’environnement (MEEDDM), RENAULT, SARP INDUSTRIES, SITA, SOCOTEC, SOLVAY SA, TOTAL, TREDI - Séché. Pour plus de détails : www.record-net.org © Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit

Remerciements

Nous tenons à remercier l’ensemble des membres de RECORD pour nous avoir retenu pour l’élaboration de cet ouvrage. De même, ce travail est le fruit de contacts fréquents et riches d’enseignements avec la direction scientifique de RECORD en la personne du Pr. Gérard Antonini et de Béné- dicte Couffignal. Ce document est le résultat d’une coopération entre plusieurs personnes qui ont toutes contribué à sa réalisation et que nous tenons à remercier pour l’aboutissement de cet ouvrage et notamment avec les tuteurs de RECORD qui par leurs échanges ont contribué à l’enrichissement de cette étude. Pour conclure, nous remercions toutes les personnes, les organismes, les centres de documentation, les entreprises spécialisées, les responsables des sites visités… pour nous avoir ouvert leurs portes et fourni des renseignements.

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Préface

L’incinération des déchets a pour objectif, non seulement leur élimination, mais éga- lement, leur valorisation énergétique. Celle-ci est obtenue, dans la pratique, par utilisa- tion d’ensembles four-chaudière, couplés à un groupe turbo-alternateur, pour la production conjointe de chaleur et d’électricité (cogénération).

Lors du traitement thermique des déchets (OM, DIB, etc.), en atmosphère oxydante, un grand nombre de composés gazeux et particulaires sont émis au niveau du foyer de combustion. Il n’y a pas de feu sans fumée !

La valorisation énergétique des déchets, recherchée dans ces installations de traite- ment thermique, est,a priori, en contradiction avec les bonnes pratiques de combustion. En effet, la double nécessité d’oxyder complètement, à la fois la charge traitée, pour sa valorisation énergétique maximum, ainsi que les produits de combustion (solides et gazeux), afin d’éviter la formation d’imbrûlés dans les fumées, impose d’utiliser des excès d’air comburant importants, particulièrement en combustion hétérogène. Alors, le potentiel de valorisation énergétique de la charge entrante, défini comme la puissance thermochimique entrante diminuée des pertes thermiques à la cheminée, décroît quand l’excès d’air augmente, entraînant l’augmentation du débit de fumées rejeté et donc, de la puissance thermique perdue par convection à la cheminée.

Le savoir-faire de l’homme de l’art consiste, ici, à satisfaire au mieux cette double contrainte : obtenir, à la fois une combustion complète, tout en minimisant les excès d’air utilisés.

La nature et la concentration des polluants ainsi générés sont évidemment directe- ment liées aux technologies et aux modes de conduite utilisés (températures, excès d’air, etc.), mais aussi à la composition du déchet entrant (S, Cl, etc.). La plupart des polluants trouve leur origine au niveau du foyer de combustion, soit, par exemple, par brassage/ soufflage de la charge entrante (envols), par oxydation de la fraction polluante de la charge (SOx, HCl, …) ou de l’azote de l’air comburant (NOx thermiques, …).

Les produits de combustion incomplète (PIC) et composés intermédiaires sont, en général, oxydés par postcombustion, grâce à l’introduction d’un air secondaire. Certaines de ces espèces sont cependant récalcitrantes vis-à-vis de leur destruction thermique, en particulier les composés chlorés. Un niveau de température et un temps de séjour minima, sont alors nécessaires pour assurer leur destruction complète. Cela suppose © Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit

VI

Les polluants et les techniques d’épuration des fumées

également que le mélange air-fumées dans la chambre soit intime, pour éviter la forma- tion de poches pyrolytiques, d’où un niveau minimum de turbulence nécessaire.

Ces trois contraintes sont désignées par l’homme de l’art, par « règle des trois T », et constituent un des piliers de la règlementation. Les données cinétiques, disponibles pour ces espèces les plus récalcitrantes, permettent de vérifier que cette règle est bien respectée, pour ce qui concerne la température (> 850 °C) et le temps de séjour (> 2 s, après la dernière entrée d’air).

Cependant, un certain nombre de pathologies d’écoulement des gaz, rencontrées dans les enceintes de traitement thermique, peuvent la mettre en défaut. C’est le cas, par exemple, lors de l’apparition de courts-circuits d’écoulement, ou de zones mortes dans ces chambres primaire et secondaire, y modifiant la distribution des temps de séjour interne des espèces gazeuses et les nombres de Reynolds locaux, représentatifs du degré de turbulence interne. Ainsi, par exemple, le temps de séjour moyen des fumées peut bien être, dans certains cas, effectivement supérieur à deux secondes, à 850 °C, alors que, au même moment, un « perçage » des gaz dans l’enceinte permettra à une fraction massique des gaz, non négligeable, de la traverser dans des temps inférieurs, conduisant les espèces les plus récalcitrantes à échapper à une destruction thermique complète.

De plus, certains polluants, comme les dioxines-furanes, même initialement non pré- sents dans la charge entrante, ou en sortie de postcombustion, peuvent être générés en aval du foyer, au niveau de la chaudière de récupération thermique.

Il est donc toujours nécessaire, en incinération, de créer une barrière ultime pour ces espèces et pour les polluants gazeux et particulaires associés, avant leur rejet à l’atmos- phère. Leur abattage est évidemment rendu nécessaire, par l’obligation qui nous est faite de minimiser leurs impacts sur l’homme et l’environnement. Ces technologies d’abattage aval des polluants, générés en atmosphère oxydante, sont l’objet du présent ouvrage.

Ce document présente tout d’abord, sous forme de fiches, les caractéristiques et impacts des différents polluants, gazeux et particulaires, générés en incinération. Il en précise également les limites d’émission autorisées actuellement, ainsi que les méthodes d’analyse associées.

Après une revue des différentes technologies de combustion couramment utilisées, l’ouvrage détaille l’ensemble des technologies d’abattage, disponibles ou en cours de développement, leurs principes de fonctionnement, pour chacun des polluants identifiés, ainsi que les équipementiers, potentiellement fournisseurs dans ce secteur industriel.

Les performances en épuration des différents procédés sont évidemment systémati- quement reportées, en relation avec leurs coûts opératoires, en termes de consommation d’agents réactifs ou d’élimination des sous-produits de réactions d’abattage.

Le présent ouvrage est parvenu à réaliser une synthèse quasi exhaustive sur le sujet, avec renvoi systématique à une bibliographie plus spécialisée, ce qui en fera certaine- ment un ouvrage de référence pour de nombreux utilisateurs, aussi bien académiques qu’industriels, ou représentants d’associations et de collectivités. Gérard Antonini Professeur des universités

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Sommaire

RECORD –Recherche coopérative sur les déchets et l’environnement ............... REMERCIEMENTS  ....................................................................................................

PRÉFACE ........................................................................................................................ INTRODUCTION  .........................................................................................................

CHAPITRE 1 – LES POLLUANTS CONTENUS DANS LES FUMÉES ..... 1. Conversion des unités ................................................................................... 2. Monoxyde de carbone (CO) .......................................................................... 3. Dioxyde de carbone (CO ) ............................................................................ 2 4. Poussières ...................................................................................................... 5. Chlorure d’hydrogène (HCl) ......................................................................... 6. Fluorure d’hydrogène (HF) ........................................................................... 7. Anhydride sulfureux (SO ) ........................................................................... 2 8. Anhydride sulfurique (SO ) .......................................................................... 3 9. Sulfure d’hydrogène (H S) ............................................................................ 2 10. Oxydes d’azote (NO ) ................................................................................... x 11. Ammoniac (NH ) .......................................................................................... 3 12. Métaux lourds ............................................................................................... 13. Dioxines/Furanes .......................................................................................... 14. Composés organiques volatils (COV) .......................................................... 15. Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) ....................................... 16. Composés bromés et iodés ............................................................................ 17. Siloxanes ........................................................................................................

CHAPITRE 2 – LES MÉTHODES DE MESURES ET D’ANALYSES DES POLLUANTS ......................................................................................................... 1. Aspect réglementaire et normatif .................................................................. 2. Traitement des données ................................................................................. © Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit

III

IV

V

XVII

1 1 3 8 12 22 27 30 36 40 44 55 58 80 89 101 109 114

117 117 119

VIII

3. 4.

Les polluants et les techniques d’épuration des fumées

Mesure en continu ......................................................................................... Méthodes de mesures des organismes de contrôles ......................................

CHAPITRE 3 – LE TRAITEMENT THERMIQUE DES DÉCHETS ............ 1. Généralités .................................................................................................... 2. Destruction thermique en atmosphère oxydante (incinération) .................... 2.1. Les fours à grilles................................................................................. 2.2. Les fours tournants............................................................................... 2.3. Les fours à lit fluidisé .......................................................................... 3. Destruction thermique en atmosphère réductrice ......................................... 4. Législation .....................................................................................................

CHAPITRE 4 – LES TECHNIQUES D’ÉPURATION DES FUMÉES ......... 1.Introduction................................................................................................... 2. Traitements secs ............................................................................................ 2.1. Épuration par voie sèche par réactif calcique ...................................... 2.1.1. Description du procédé ........................................................ 2.1.2. Nature des réactifs................................................................ 2.1.3. Réactions mises en jeu ......................................................... 2.1.4. Efficacité par rapport aux différents polluants..................... 2.1.5. Consommation de réactifs.................................................... 2.1.6. Performances du procédé ..................................................... 2.1.7. Sous-produits de la réaction................................................. 2.1.8. Avantages et inconvénients du procédé ............................... 2.1.9. Perspectives de développement du procédé......................... 2.1.10. Références d’ensembliers .................................................... 2.1.11. Installations .......................................................................... 2.2. Épuration par voie sèche par réactif sodique ....................................... 2.2.1. Description du procédé ........................................................ 2.2.2. Efficacité par rapport aux différents polluants..................... 2.2.3. Consommation de réactifs.................................................... 2.2.4. Dimensionnement ................................................................ 2.2.5. Performances du procédé en neutralisation des gaz acides . 2.2.6. Sous-produits de la réaction................................................. 2.2.7. Devenir des sous-produits.................................................... 2.2.8. Avantages et inconvénients du procédé ............................... 2.2.9. Perspectives de développement du procédé......................... 2.2.10. Références d’ensembliers .................................................... 2.2.11. Installations .......................................................................... 2.3. Comparaison des différents réactifs alcalins ...................................... 3. Épuration par voie semi-humide ................................................................... 3.1. Description du procédé ........................................................................ 3.2. Aspect théorique .................................................................................. 3.3. Nature du réactif .................................................................................. 3.4. Technologie ......................................................................................... 3.5. Efficacité par rapport aux différents polluants ....................................

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