<Desc/Clms Page number 1>
"Procédé de traitement de résidus de fumées d'incinérateur"
La présente invention est relative à un procédé de traitement de résidus solides provenant de fumées d'incinérateurs, comprenant - un lavage à l'eau desdits résidus, avec dissolution dans l'eau de lavage de matières solubles et mise en suspension dans celle-ci de matières insolubles, - une séparation entre une phase liquide formée de l'eau de lavage chargée des matières solubles et une phase solide formée des matières insolubles dans l'eau, et - un mélange d'au moins un liant et éventuellement d'eau avec des matières solides, en vue de les fixer sous forme d'un déchet durci et inerte.
Les fumées de l'incinération de déchets, notamment des ordures ménagères ou similaires, contiennent des quantités importantes d'acide chlorhydrique et de dioxyde de soufre. Ces substances acides doivent être neutralisées, par exemple à la chaux, que ce soit sous forme de lait de chaux ou par injection de chaux hydratée pulvérulente dans les gaz de fumées. Les résidus solides (cendres volantes), issus de cette épuration, sont captés dans des électrofiltres ou des filtres à manches.
Ils contiennent des quantités importantes de sels solubles (chlorure de calcium, sulfate de calcium), de chaux hydratée résiduelle et de métaux lourds qui présentent un risque de pollution grave pour les nappes phréatiques en l'absence d'un traitement préalable à leur mise en décharge.
<Desc/Clms Page number 2>
Caractérisation de deux types de résidus d'épuration des fumées d'incinérateurs d'ordures ménagères ou similaires, appelés REFIOM :
EMI2.1
<tb>
<tb> REFIOM <SEP> REFIOM <SEP> de <SEP> filtres <SEP> à
<tb> d'électrofiltres <SEP> (traités <SEP> manches <SEP> (traités <SEP> à <SEP> la
<tb> au <SEP> lait <SEP> de <SEP> chaux) <SEP> chaux <SEP> hydratée)
<tb> en <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> en <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb> Chaux <SEP> libre <SEP> (CaO) <SEP> 9,63 <SEP> 12,92
<tb> Chlorure <SEP> (CI) <SEP> 17,20 <SEP> 13,14
<tb> Sulfates <SEP> (S04) <SEP> 5,46 <SEP> 1,73
<tb> Carbonates <SEP> (C02) <SEP> 6,69 <SEP> 14,85
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> calcium <SEP> (Ca) <SEP> 24,64 <SEP> 37,
68
<tb>
Un essai de lixiviation a été réalisé sur les deux REFIOM cidessus en suivant le protocole d'application en Région Wallonne (10 parties d'eau pour 1 partie de solide sec - agitation à raison d'un tour par minute durant 24 heures).
Les lixiviats ont fait l'objet d'analyses de métaux lourds et de polluants.
Le tableau ci-après reprend les résultats obtenus.
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
<tb>
<tb>
REFIOM <SEP> REFIOM <SEP> de <SEP> filtres
<tb> d'électrofiltres <SEP> à <SEP> manches
<tb> (lait <SEP> de <SEP> chaux) <SEP> (chaux <SEP> hydratée)
<tb> pH <SEP> 12,17 <SEP> 12,07 <SEP>
<tb> Fraction <SEP> soluble <SEP> par
<tb> évaporation <SEP> à <SEP> 105 C <SEP> (% <SEP> 35,98 <SEP> 22,13
<tb> sur <SEP> produit <SEP> sec)
<tb> (mg/kg <SEP> sec) <SEP> (mg/kg <SEP> sec)
<tb> Ni <SEP> <0,02 <SEP> <0,02
<tb> Zn <SEP> 51,00 <SEP> 2,00
<tb> Cu <SEP> 0,53 <SEP> 0,20
<tb> Hg <SEP> 0,01 <SEP> 0,03
<tb> Cd <SEP> 0,02 <SEP> <0,01
<tb> Pb <SEP> 705 <SEP> 3,30
<tb> Sn <SEP> <0,05 <SEP> <0,05
<tb> Cr <SEP> total <SEP> 1,90 <SEP> 0,74
<tb> As <SEP> <0,01 <SEP> <0,01
<tb> CI <SEP> 175. <SEP> 600 <SEP> 122. <SEP> 600
<tb> F <SEP> 27,40 <SEP> 0,70
<tb> S04 <SEP> 15. <SEP> 100 <SEP> 6.
<SEP> 320
<tb>
Les fortes teneurs en sels et métaux solubles dans les lixiviats mettent en exergue les risques de pollution des nappes phréatiques si les déchets (perméables aux eaux de pluie) sont mis en décharge sans traitement préalable.
On a par conséquent déjà tenté d'apporter des solutions à ce problème. On a par exemple prévu de mélanger les résidus d'épuration à des liants hydrauliques ou pouzzolaniques, par exemple du ciment, de la silice, de l'argile, des cendres volantes, etc., afin de
<Desc/Clms Page number 4>
solidifier le tout pour la mise en décharge (voir par exemple EP-A- 0 800 871, CH-A-661921 et US-A-4.432.666).
Ces procédés présentent l'inconvénient qu'ils continuent de contenir tous les composants des résidus traités, certes sous une forme encapsulée, mais potentiellement polluante en ce qui concerne les matières qui sont aisément solubles dans l'eau, comme par exemple les chlorures. A l'heure actuelle, selon les normes généralement exigées, ces composants très solubles doivent être extraits par exemple des REFIOM, avant mise en décharge de ceux-ci.
Un problème majeur des résidus d'épuration de fumées est cependant la présence d'une quantité importante d'agent de neutralisation, par exemple de chaux résiduelle sous forme d'hydroxyde de calcium, simultanément aux métaux lourds, en particulier du zinc et du plomb.
En effet, plusieurs métaux lourds ont un caractère amphotère en ce sens qu'à des pH supérieurs à 11, ils forment des complexes solubles. La forte proportion d'agent neutralisant comme la chaux dans les résidus d'épuration donne une solution saturée de cet agent avec un pH de 12,4 à 20 C, ce qui provoque la solubilisation des métaux amphotères.
Pour pallier ce problème, on a prévu à un stade donné du traitement des résidus d'épuration susdits d'insolubiliser les composants de métaux lourds, en particulier en ajustant le pH des résidus d'épuration de façon à atteindre une valeur où ces composants de métaux lourds sont insolubles (voir en particulier EP-A-0 389 328, EP-A-0 389 329 et EP-A-0 829 276).
Enfin, on a également déjà prévu un procédé de traitement de résidus solides provenant de fumées d'incinérateurs tel qu'indiqué au début (voir US-A-5. 045.115). Dans ce procédé, au cours du lavage à l'eau, les sels de métaux lourds sont solubles et sont dissous, puis entraînés dans le filtrat. Après un ajustement de pH de celui-ci, les sels
<Desc/Clms Page number 5>
de métaux lourds insolubilisés précipitent et ils sont récoltés et mélangés à la phase solide de la séparation par filtration. Ce mélange est alors traité par un liant pour former un déchet solidifié à mettre en décharge.
Ce procédé, tout en permettant une séparation par lavage préalable des sels aisément solubles, reste compliqué et relativement coûteux étant donné les manipulations complexes exigées pour l'insolubilisation et la séparation des composants de métaux lourds.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de traitement des REFIOM épurés à la chaux qui soit économique par la simplicité des opérations, l'ajout de faibles quantités de réactifs peu coûteux, et la conservation de la totalité de l'agent neutralisant, en particulier de la chaux contenue dans les résidus d'épuration qui va pouvoir constituer un réactif de base pour l'encapsulation et la solidification de la masse. Ce procédé permet en outre un lavage des sels aisément solubles, en particulier des chlorures, à partir des résidus d'épuration, comme actuellement requis par les exigences des autorités européennes, nationales ou régionales.
Pour résoudre ce problème, on a prévu, suivant l'invention, un procédé tel qu'indiqué au début, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend le lavage par une eau chaude de résidus solides provenant de fumées d'incinérateurs contenant de l'acide chlorhydrique, qui ont été épurées par au moins un composé de calcium basique, avec précipitation de métaux lourds amphotères dans l'eau de lavage et en ce que le mélange dudit au moins un liant et éventuellement d'eau a lieu avec, en tant que matières solides précitées, ladite phase solide issue de l'étape de séparation susdite, qui contient lesdits métaux lourds précipités.
On a constaté d'une façon surprenante que l'utilisation d'eau chaude avait pour effet d'insolubiliser les métaux lourds, que ceuxci restaient dans la phase solide et que, en dépit de la présence d'une quantité importante de chaux hydratée dans les résidus d'épuration, les
<Desc/Clms Page number 6>
métaux lourds comme le plomb et le zinc ne se solubilisaient pas malgré leur caractère amphotère notoire, bien connu.
Il résulte donc de l'étape de séparation du procédé suivant l'invention une phase liquide qui contient très peu de métaux lourds, ce qui permet d'envisager sa valorisation par la forte teneur en chlorure de calcium qu'elle contient, en particulier pour le traitement des empierrements en construction routière.
Suivant l'invention, l'eau de lavage présente une température au moins égale à 30 C et inférieure à 100 C.
Avantageusement elle est comprise entre 50 et 90 C, de préférence entre 65 et 80 C. L'eau chaude utilisée est avantageusement produite par la récupération de chaleur au cours de l'incinération.
Avantageusement, la mise en suspension des résidus solides provenant de l'épuration est réalisée dans un simple mélangeur par ajout, à 1 partie en poids de résidus d'épuration, de 1 à 3 parties en poids d'eau chaude. De préférence, les résidus d'épuration susdits sont des REFIOM et ils ont été en particulier enrichis en composés de calcium basiques au cours de leur épuration.
Suivant une forme de réalisation de l'invention, le procédé comprend, pour la séparation susdite, une filtration de ladite suspension avec obtention d'un filtrat, comme phase liquide, et d'un gâteau de filtration, comme phase solide. Avantageusement le procédé comprend en outre, après la filtration, en succession et éventuellement de manière répétée dans cette succession, un rinçage à l'eau chaude du gâteau de filtration, puis une injection d'air à travers le gâteau de filtration rincé.
On peut ainsi séparer la phase solide (gâteau) de la phase liquide (filtrat) par filtration dans un filtre approprié, par exemple un filtrepresse ou un filtre à bandes. Selon l'invention, la température du mélange a un effet bénéfique sur le temps de filtration et la siccité du gâteau.
<Desc/Clms Page number 7>
Cette opération de filtration peut donc comporter trois phases successives : # 1 ère phase : filtration sous pression ou sous vide.
# 2ème phase : rinçage du gâteau par incorporation d'eau chaude sur le gâteau.
# 3ème phase : injection d'air sous pression dans le gâteau rincé.
Au cours des essais de filtration sur un filtre-presse, on a constaté, d'une façon surprenante, qu'après les phases de filtration et de rinçage, l'injection d'air sous pression dans le gâteau permet d'éliminer une quantité importante d'eau résiduelle et de sels solubles. Ce procédé permet d'améliorer considérablement la siccité du gâteau, ce qui facilite l'ajustement de la teneur en eau optimale de compactage en fin de procédé et de diminuer la teneur en sels solubles du résidu solide, tels que les chlorures par exemple, ce qui constitue l'objectif premier de l'opération de mise en suspension.
Suivant une forme perfectionnée de réalisation de l'invention, dans l'étape susdite de mélange, le liant est une composition comprenant des matériaux pouzzolaniques et/ou hydrauliques qui en présence d'eau subissent un phénomène de prise.
L'opération de mélange avec prise a pour objet de transformer le résidu solide, sortant directement de l'étape de séparation, en une masse compacte, imperméable et très résistante à l'intérieur de laquelle les métaux lourds inertes chimiquement sont physiquement enfermés (encapsulés).
Cette dernière opération comprend un ajout et mélange d'une composition comprenant des matières pouzzolaniques (comme par exemple des cendres volantes de centrale électrique) et/ou des matières hydrauliques (comme par exemple du laitier granulé) ainsi qu'éventuellement divers additifs (comme par exemple des catalyseurs servant à accélérer la réaction pouzzolanique entre les cendres volantes et la chaux). Les quantités de cette composition peuvent varier entre 0,1
<Desc/Clms Page number 8>
partie en poids à 3,0 parties en poids pour 1 partie en poids (à l'état sec) de résidus solides.
Les quantités respectives et le type de liants pouzzolaniques ou hydrauliques et des additifs sont déterminés en fonction de la provenance des résidus d'épuration, des teneurs en chaux, chlorure de calcium, métaux lourds mais aussi de la fraction inerte (silice, oxyde de fer et d'alumine, carbonate de calcium...) ainsi que des objectifs que l'on veut atteindre (critères d'acceptation de mise en dépôt).
On peut en outre prévoir d'ajuster la teneur en eau du mélange du résidu solide humide sortant du filtre et de la composition sèche de liants et additifs divers, à la teneur en eau optimale de compactage. Celle-ci, appelée "Optimum Proctor", correspond à la teneur en eau pour laquelle, à une énergie de compactage déterminée, on obtient une densité sèche maximale.
L'éventuelle densification et mise en forme par compactage est réalisée par exemple au moyen d'un rouleau vibrant ou d'un compacteur à pneus.
Le produit ainsi traité peut être protégé des intempéries et d'un séchage trop rapide par recouvrement d'un matériau imperméable afin de permettre le développement des résistances à la compression.
Selon l'invention, on obtient déjà après un mois une masse compacte, imperméable et très solide, dont les propriétés vont s'améliorer dans le temps.
Après un test de lixiviation suivant le protocole d'application en Région Wallonne, qui consiste à agiter pendant 24 heures 1 partie de solide sec broyé à 10 parties d'eau, les teneurs en contaminants observées dans des résidus d'épuration traités suivant l'invention sont très largement inférieures aux seuils ci-après :
<Desc/Clms Page number 9>
EMI9.1
<tb>
<tb> mg/kg <SEP> sec <SEP> mg/kg <SEP> sec
<tb> Ni <SEP> <4 <SEP> Sn <SEP> <4
<tb> Zn <SEP> < <SEP> 15 <SEP> Cr <SEP> total <SEP> < <SEP> 3 <SEP>
<tb> Cu <SEP> < <SEP> 4 <SEP> As <SEP> < <SEP> 1
<tb> Hg <SEP> < <SEP> 0,1 <SEP> Cl- <SEP> < <SEP> 20.000
<tb> Cd <SEP> < <SEP> 0,5 <SEP> F- <SEP> < <SEP> 100 <SEP>
<tb> Pb <SEP> < <SEP> 15 <SEP> SO4- <SEP> < <SEP> 5.000
<tb>
Par ailleurs, la fraction soluble du résidu d'épuration traité selon l'invention est très inférieure à 5 % en poids.
D'autres modes de réalisation du procédé suivant l'invention sont indiqués dans les revendications annexées.
L'invention va à présent être expliquée plus en détail à l'aide d'exemples donnés à titre non limitatif.
Exemple 1
Un REFIOM provenant d'un centre d'incinération d'ordures ménagères dont les fumées ont été traitées à la chaux en vue de neutraliser les gaz résiduaires acides a les caractéristiques suivantes :
Teneur en Ca(OH)2 14 % CaC12.2H20 33 %
CaC03 24,5 %
CaS04.2H20 7,7 %
Si02, Fe203, A1203, MgO 18,2 %
Indosés 2,6 %
Après lixiviation, selon le protocole d'application en Région Wallonne (10 parties en poids d'eau pour 1 partie de solide secagitation durant 24 heures), les lixiviats ont fait l'objet d'analyses de métaux lourds et de sels solubles.
<Desc/Clms Page number 10>
EMI10.1
<tb>
<tb> pH <SEP> 12,14
<tb> Fraction <SEP> soluble <SEP> par <SEP> évaporation <SEP> à
<tb> 105 C <SEP> (% <SEP> sur <SEP> produit <SEP> sec) <SEP> 31,7
<tb> mg/kg <SEP> sec
<tb> Ni <SEP> <0,02 <SEP>
<tb> Zn <SEP> 36,30
<tb> Cu <SEP> 0,43
<tb> Hg <SEP> 0,02
<tb> Cd <SEP> 0,02
<tb> Pb <SEP> 494
<tb> Sn <SEP> <0,05
<tb> Cr <SEP> total <SEP> 1,55
<tb> As <SEP> <0,01
<tb> CI <SEP> 160. <SEP> 000
<tb> F <SEP> 19,39
<tb> S04 <SEP> 12. <SEP> 400
<tb>
Ce REFIOM est mis en suspension par brassage dans de l'eau durant 15 minutes avec une quantité d'eau égale à 2 parties en poids pour 1 partie de REFIOM.
La suspension est filtrée sous vide sur un Buchner et le gâteau de filtration est rincé à l'eau à raison de 0,75 partie en poids de la masse de REFIOM.
Dans un premier essai on utilise de l'eau à une température de 20 C pour le lavage et la filtration.
Dans un second essai, la température de l'eau est de 65 C.
<Desc/Clms Page number 11>
Résultats
EMI11.1
<tb>
<tb> 1 <SEP> er <SEP> essai <SEP> Facteur <SEP> 2ème <SEP> essai
<tb> (T=20 C) <SEP> de <SEP> réduction <SEP> (T=65 C)
<tb> pH <SEP> (à <SEP> la <SEP> température <SEP> 12,18 <SEP> 10,54
<tb> de <SEP> l'essai) <SEP>
<tb> teneur <SEP> en <SEP> Zn <SEP> (mg/I) <SEP> 158 <SEP> 56 <SEP> 2,8
<tb> teneur <SEP> en <SEP> Pb <SEP> (mg/I) <SEP> 2. <SEP> 200 <SEP> 2,6 <SEP> 839
<tb>
La diminution observée du pH a un effet tampon à des valeurs comprises entre 10 et 11,5, valeurs auxquelles les métaux lourds (Zn, Pb, Cu, Cd...) à caractère amphotère précipitent.
L'augmentation de la température du milieu réactionnel et la diminution du pH qui s'ensuit ainsi que le prolongement du temps de réaction permettent de réduire les teneurs en métaux lourds des eaux de filtration aux valeurs souhaitées.
Le gâteau provenant du filtre (à une teneur en eau résiduelle de 0,5 partie en poids) dans l'essai n 2 est ensuite mélangé à 1 partie en poids de cendres volantes de centrale électrique. Le mélange est compacté dans un moule Proctor, à l'énergie du Proctor Standard, de manière à former 3 éprouvettes cylindriques d'environ 100 mm de diamètre et de hauteur et d'une masse volumique de 1,348 kg/l.
Ces éprouvettes sont emballées et conservées en chambre humide en vue d'essais après 1,3 et 6 mois.
<Desc/Clms Page number 12>
Résultats :
EMI12.1
<tb>
<tb> 1 <SEP> mois <SEP> 3 <SEP> mois <SEP> 6 <SEP> mois
<tb> Résistance <SEP> en <SEP> compression <SEP> (MPa) <SEP> 2,48 <SEP> 7,17 <SEP> 12,64
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> eau <SEP> (%) <SEP> 38,5 <SEP> 37,6 <SEP> 35,3
<tb> Test <SEP> de <SEP> lixiviation
<tb> Lixiviat
<tb> Fraction <SEP> soluble <SEP> (%) <SEP> 0,4 <SEP> 0,6 <SEP> 0,2
<tb> pH <SEP> 11,98 <SEP> 11,53 <SEP> 11,03
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> Pb <SEP> (mg/kg <SEP> sec) <SEP> 4,2 <SEP> 1,9 <SEP> 0,03
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> Zn <SEP> (mg/kg <SEP> sec) <SEP> 1,3 <SEP> 0,8 <SEP> 0,5
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> CI <SEP> (mg/kg <SEP> sec) <SEP> 1800 <SEP> 1950 <SEP> 1100
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> SO4 <SEP> (mg/kg <SEP> sec)
<SEP> 300 <SEP> 350 <SEP> 220
<tb>
Exemple 2
On procède comme dans l'exemple 1, avec toutefois ces différences : - Brassage dans de l'eau à 80 C durant 3 minutes.
- Quantité d'eau : 1,5 partie en poids pour 1 partie de REFIOM.
- Ajout de 2 parties en poids de cendres volantes pour 1 partie de gâteau de filtration ainsi que de 0,05 partie en poids de laitier granulé finement moulu.
<Desc/Clms Page number 13>
Résultats : Masse volumique 1,344 kg/l.
EMI13.1
<tb>
<tb>
1 <SEP> mois <SEP> 3 <SEP> mois <SEP> 6 <SEP> mois
<tb> Résistance <SEP> en <SEP> compression <SEP> (MPa) <SEP> 3,76 <SEP> 13,08 <SEP> 17,15
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> eau <SEP> (%) <SEP> 23,9 <SEP> 25,4 <SEP> 23,3
<tb> Test <SEP> de <SEP> lixiviation
<tb> Lixiviat
<tb> Fraction <SEP> soluble <SEP> (%) <SEP> 0,4 <SEP> 0,2 <SEP> 0,2
<tb> pH <SEP> 12,12 <SEP> 11,32 <SEP> 11,05
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> Pb <SEP> (mg/kg <SEP> sec) <SEP> 0,81 <SEP> 0,32 <SEP> 0,06
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> Zn <SEP> (mg/kg <SEP> sec) <SEP> 0,24 <SEP> 0,19 <SEP> 0,21
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> CI <SEP> (mg/kg <SEP> sec) <SEP> 2100 <SEP> 1890 <SEP> 1560
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> S04 <SEP> (mg/kg <SEP> sec) <SEP> 450 <SEP> 320 <SEP> 310
<tb>
Exemple 3
Des résidus d'épuration d'incinérateur d'ordures ménagères constitués de 70 % de REFIOM d'électrofiltres (épuration au lait de la chaux)
et de 30 % de REFIOM de filtres à manches (épuration au charbon actif) sont traités suivant l'invention de différentes manières.
Un lavage à une eau chaude présentant une température de 60 C a lieu et, selon les cas, après la séparation par filtration, le gâteau de filtration est éventuellement rincé à l'eau chaude et éventuellement soumis à une injection d'air.
Les différents traitements sont :
1. Lavage
2. Lavage + injection d'air
3. Lavage + rinçage
4. Lavage + injection d'air
5. Lavage + rinçage + injection d'air
Les cinq échantillons de phase solide ont été soumis à une mesure de la teneur en eau et de la teneur en ions chlore.
<Desc/Clms Page number 14>
EMI14.1
<tb>
<tb> Echantillons <SEP> solides <SEP> Teneur <SEP> en <SEP> eau <SEP> Teneur <SEP> en <SEP> CI-
<tb> (sur <SEP> sec) <SEP> (sur <SEP> sec)
<tb> 1 <SEP> 70,7 <SEP> % <SEP> 8,00 <SEP> % <SEP>
<tb> 2 <SEP> 73,2 <SEP> % <SEP> 8,25 <SEP> % <SEP>
<tb> 3 <SEP> 76,9 <SEP> % <SEP> 6,56 <SEP> % <SEP>
<tb> 4 <SEP> 60,0 <SEP> % <SEP> 6,83 <SEP> % <SEP>
<tb> 5 <SEP> 60,7 <SEP> % <SEP> 4,
50 <SEP> % <SEP>
<tb>
Comme on peut le constater l'efficacité de l'élimination d'ions chlore et d'eau hors de la phase solide est la plus performante par le traitement de type 5.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux modes de réalisation décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées, sans sortir du cadre des revendications annexées.