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WO2001039902A1 - Procede et dispositif de traitement et de conditionnement d'un effluent en vue d'une vitrification - Google Patents

Procede et dispositif de traitement et de conditionnement d'un effluent en vue d'une vitrification Download PDF

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Publication number
WO2001039902A1
WO2001039902A1 PCT/FR2000/003319 FR0003319W WO0139902A1 WO 2001039902 A1 WO2001039902 A1 WO 2001039902A1 FR 0003319 W FR0003319 W FR 0003319W WO 0139902 A1 WO0139902 A1 WO 0139902A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
effluent
heating
chamber
vitrification
metal salts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2000/003319
Other languages
English (en)
Inventor
Jean Leybros
Jacques Lacombe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority to JP2001541627A priority Critical patent/JP2003515448A/ja
Priority to EP00985342A priority patent/EP1250197A1/fr
Publication of WO2001039902A1 publication Critical patent/WO2001039902A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/64—Heavy metals or compounds thereof, e.g. mercury
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • B09B3/20—Agglomeration, binding or encapsulation of solid waste
    • B09B3/25—Agglomeration, binding or encapsulation of solid waste using mineral binders or matrix
    • B09B3/29—Agglomeration, binding or encapsulation of solid waste using mineral binders or matrix involving a melting or softening step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/005—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture of glass-forming waste materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2202/00—Combustion
    • F23G2202/10—Combustion in two or more stages
    • F23G2202/104—Combustion in two or more stages with ash melting stage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2204/00—Supplementary heating arrangements
    • F23G2204/20—Supplementary heating arrangements using electric energy
    • F23G2204/204—Induction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2209/00—Specific waste
    • F23G2209/30—Solid combustion residues, e.g. bottom or flyash
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2215/00—Preventing emissions
    • F23J2215/60—Heavy metals; Compounds thereof

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for treating and conditioning an effluent comprising heavy metal salts with a view to its vitrification.
  • effluents are produced for which there is no satisfactory disposal system from the point of view of environmental protection.
  • the effluents in question are mainly inorganic waste containing various toxic pollutants, such as heavy metals and their salts, and very particularly, those having a soluble fraction large enough to prohibit their storage in landfill.
  • These effluents can be liquid or solid. They can come from any effluent-generating process comprising salts of heavy metals.
  • Liquid effluents can come from, for example, chemical surface treatment processes. These effluents are generally acidic and highly charged with metals. Although widespread throughout the national territory, they represent a very large volume of pollution.
  • the purification technique generally includes a conventional treatment of neutralization / precipitation which leads to the formation of sludge for storage in a Class I landfill.
  • a medium-sized company practicing these processes can generate up to 1 tonne of sludge concentrated in metals per year.
  • Solid effluents can come from, for example, household waste incineration processes. These processes actually generate two categories of effluents: solid effluents and gaseous effluents or incineration fumes.
  • Solid effluents constitute the mineral fraction of the waste, and are basic in character due to the presence of certain metallic oxides such as alkali and alkaline earth metal oxides. These solid effluents are the so-called "under boiler” ashes and bottom ash. Certain bottom clinkers are considered non-toxic under the legislation in force, and can be stored in landfills or used without danger, for example in bitumens, after de-railing. These bottom ash represent approximately 30% by weight of the initial product. Ashes under boilers are very toxic powdery materials because they contain heavy metals and their salts, and must be stored carefully, after being stabilized, in protected sites awaiting possible reprocessing.
  • the gaseous effluents are more or less acidic in character due to the presence of acid gases such as HCl and HF and anhydrides of gaseous acids such as S0 and C0 2 , and they include toxic compounds such as heavy metals and their salts, and solid residues from incineration also called fly ash.
  • acid gases such as HCl and HF and anhydrides of gaseous acids such as S0 and C0 2
  • toxic compounds such as heavy metals and their salts
  • solid residues from incineration also called fly ash.
  • These gaseous or smoke effluents must be filtered and treated to neutralize their acidity, to condense metals and their salts, and to retain fly ash before being released into the atmosphere. For example, the wet neutralization of these effluents leads to the formation of a more or less agglomerated pulverulent or particulate material called "filtration cake".
  • the fly ash and filter cake set constitutes a residue from the purification of household waste incineration fumes, also called REFIOM. It constitutes approximately 3% by weight of the initial waste.
  • the composition of REFIOMs is very variable and depends on the techniques for cleaning the smoke and the incineration processes used. The following orders of magnitude can be retained for essential constituents in% by weight: calcium 10 to 30%, chlorine 10 to 25%, sulfate 15 to 25%, silicon 3 to 15%, aluminum 2 to 6%, potassium 1 to 7 %, sodium 1 to 4%, metals represent 3 to 4%.
  • the polluting fraction which is essentially constituted by heavy metals therefore represents approximately 4% by weight of the total mass of REFIOM.
  • the heavy metals the most commonly encountered are zinc, lead, cadmium, nickel and chromium.
  • the REFIOMs and the ashes under boilers previously described constitute materials currently considered as "ultimate waste”.
  • the metallic salts of these wastes, the heavy metals and their salts are soluble in water and can be easily washed away by rainwater and be dispersed in soils and groundwater.
  • Vitrification appears to be the safest way at present to inert these final incineration materials or waste, for storage or even recovery. Indeed, these materials, which contain silica and alumina liquefy and form a fusion bath when subjected to temperatures above 1300 ° C. This molten bath when cooled forms a crystalline material or a solid amorphous glass, a true heavy metal retention matrix.
  • vitrification processes generally lead to the use of flux additives such as boron oxide, sodium oxide, potassium oxide and / or network forming oxides such as silica which is most commonly used. These products often have the disadvantage of being expensive. On the other hand, all the elements present in these effluents are not digestible in the glass, which causes phase demixing.
  • vitrification processes do not generally accept waste in liquid or liquid-solid suspension form due to the high gassing produced during melting. This implies the installation, upstream of the vitrification process, of drying equipment such as filters or calciners.
  • the object of the present invention is in particular to overcome the aforementioned drawbacks and to reduce the overall flow of solid residues to be placed in landfill, by providing a process and a device for treating and conditioning an effluent comprising salts of heavy metals. .
  • the process of the invention is characterized in particular in that it comprises in this order: a) heating of the effluent to be treated so as to make the anions and cations of the salts gaseous volatile heavy metals which it contains and to evacuate them from the heated effluent, b) a step of recovery of the gaseous products resulting from the heating of the effluent, said gaseous products including the anions and cations of the volatile heavy metal salts, evacuated by heating the effluent, c) a step of treating said recovered gaseous products so as to isolate the heavy metals which they contain in a digestible chemical form in a vitrification matrix, d) a step of reintroducing said heavy metals , in said digestible chemical form, in the heated effluent of step a), to obtain a vitrifiable effluent, and optionally e) a vitrification step of the vitrifiable effluent.
  • the effluent can be one of those mentioned above.
  • the method of the invention makes it possible to treat effluents from methods of surface treatment by chemical means, from method of incineration of household waste, or from any other method generating effluents comprising salts of heavy metals.
  • the metals can be, for example, those mentioned above. They form the cations of heavy metal salts.
  • Step a) of the process of the present invention can be carried out for example in a melting furnace used for the melting of the abovementioned effluents. It makes it possible to make gaseous in particular the anions and cations of the volatile heavy metal salts contained in the effluent to be treated, and thus to evacuate, or distill, under the effect of heating, these heavy metal salts. It also makes it possible to remove the anions from these salts which are, for example of the chloride, fluoride, P0 " , S0 4 ⁇ , etc. type, that is to say those which may be present in the effluents defined above. above .
  • This stage of the process makes it possible to distill almost all of the heavy metals present in the effluent to be treated, and also to eliminate in particular the chloride anions present in certain effluents, in order to make the fraction of the effluent remaining in the oven vitrifiable. , that is to say the non-volatile fraction at the heating temperature chosen for this step.
  • a preliminary dechlorination treatment was necessary. The absence of such preliminary treatment resulted in the departure of almost all of the heavy metals in gaseous form which would not allow their incorporation into the vitreous matrix.
  • vitrification requires compliance with a number of criteria.
  • ⁇ ) The elements must be digestible in the glass so as to avoid the unmixed phases or the precipitates in large quantities.
  • the aforementioned anions are thus the most troublesome elements due to their poor solubility in glass which causes phase demixing.
  • the materials obtained are then non-homogeneous and of poor quality, the molten salt phase which is not vitrified extracting a non-negligible proportion of toxic cations.
  • these phases being lighter than glass, the fairly high volatility of the salts is further exacerbated by their contact with the gaseous atmosphere.
  • Waste, glass and its by-products must be compatible with the technological materials used for the parts of the oven in contact with them. Indeed, the anions Cl " and S0 4 2 ⁇ in particular can be aggressive vis-à-vis certain refractories.
  • the process of the present invention has the advantage of being free from this preliminary treatment since the chlorides are eliminated during step a) of heating the effluent, and that of being able to incorporate the heavy metals into the vitreous matrix by example from the heating of the effluent.
  • the process of the present invention makes it possible in particular to eliminate the anions Cl " and S0 4 ⁇ and to provide a vitrifiable effluent meeting the above criteria.
  • step a) also makes it possible to evacuate the liquid phase in the form of vapors or mist recovered with the aforementioned gaseous products.
  • liquids can for example be water, organic solvents, etc. The amount of water present is only limiting by the overconsumption of energy which it induces for its evaporation.
  • the heating can be carried out for example in several stages, or gradually, to first evacuate the liquid phase of the effluent so as to obtain a solid residue. This solid residue can then be heated to a temperature sufficient to remove the heavy metal salts which it contains.
  • Heavy metal salts are volatile from around 1000 ° C.
  • the heating temperature of the effluent is preferably at least at this temperature.
  • the effluent, or the residue can be heated until it melts, that is to say to the vitrification temperatures.
  • the heating temperature in this step also depends on the nature of the effluent, it can for example be from 1200 ° C. to temperatures above 1500 ° C. for effluents such as those mentioned above. In addition, the heating temperature may depend on the possible addition of vitrification additives to the heated effluent as set out below.
  • the heating can be carried out by means of an energy source which can be for example plasma, arc plasma, resistance or induction.
  • the combustion of any fuels contained in the treated effluents can contribute to the heating of the effluent.
  • step b) the gaseous products from step a) of heating are recovered.
  • the recovery of these gaseous products including the anions and cations of the heavy metal salts can be done by a pipe allowing a collection of gases and fumes from the oven.
  • These gaseous products are preferably maintained at a sufficient temperature, generally at 400 ° C. or more, to avoid condensation of the volatile heavy metal salts which they contain, until the stage of treatment of said gaseous products.
  • Step c) of treatment of the recovered gaseous products can for example comprise a first washing of the gaseous products so as to block the heavy metal salts in a solution, a precipitation of the metals in a digestible chemical form in a vitrification matrix, a filtration, and possibly a second washing of heavy metals in said digestible form.
  • the first washing allows the gaseous metal salts from the oven to be dissolved or blocked, and recover all the soluble fraction containing all the metals. Washing can for example be carried out in a gas / liquid reactor, or in a packed tower or any other equipment making it possible to perform this function.
  • this operation is carried out with water.
  • the solution obtained with this washing is more or less acidic depending on the initial composition of the solid or effluent residue treated.
  • This solution can then be adjusted in acidity in a precipitation apparatus of the ripener-thickener type to precipitate the metals in a digestible chemical form in a glass matrix and preferably insoluble in water, for example in the form of metal carbonate, for example by means of sodium carbonate or calcium carbonate.
  • metal carbonates are insoluble. This chemical form, which is digestible in a glass matrix, is suitable for vitrification. In this example, it may be powdered sodium carbonate or in solution at 200 g / l, or powdered calcium carbonate. These precipitate quantitatively the metals and very particularly the most troublesome such as cadmium, nickel, lead and zinc.
  • the precipitation can be carried out for example at a pH of less than about 10, for example between 8 and 10, for example at a pH of 9. This makes it possible in particular to limit the redissolution of the aluminum and chromium oxides which may be present in these gaseous products.
  • the precipitation can be carried out hot, for example at a temperature ranging from approximately 40 to approximately 60 ° C., for example at approximately 50 ° C., which increases the rate of formation and of maturation of the precipitate and makes it possible to avoid the untimely precipitation of lead chloride for certain effluents.
  • the precipitate obtained can be filtered, for example, on a continuous filter of the rotary or belt type, or any other equivalent equipment, and optionally undergo a second washing during filtration, for example with water.
  • the filtration water can be recovered and concentrated by evaporation, which allows, on the one hand, to recover water usable for the first washing of the gases from the melting furnace and for the second washing during filtration during step c), and, on the other hand, recovering the alkaline and alkaline earth salts.
  • This embodiment makes it possible, on the one hand, to separate the polluting metals from a complex effluent, and to make them vitrifiable with a view to their storage, and, on the other hand, to recover inert salts with respect to the environment and usable for example in road engineering.
  • This embodiment also has the advantage of allowing recycling of the water inside the treatment unit.
  • stage d the washed precipitate, that is to say the heavy metals in a digestible chemical form in a vitrification matrix, is reintroduced into the heated effluent of stage a) free of metal salts heavy.
  • the salts of metals have been precipitated as carbonates, the metal carbonates decompose into metal oxides with emission of carbon dioxide.
  • the heating step a) can be carried out in a first chamber
  • the step d) can be carried out in a second chamber, the first and the second chambers being separated, a passage being provided between the two chambers so that the heated effluent can pass from the first to the second chamber when it is free of volatile heavy metal salts.
  • the introduction of the metals in the digestible chemical form into a glass matrix in the second chamber makes it possible to avoid possible recombinations of the metals, for example with the chlorine present in the gaseous emissions from the heating of the effluent from step a), in the first chamber.
  • steps a) and d) can be carried out in a single heating and melting chamber for vitrification of the treated effluent.
  • the implementation of the method of the invention can be used to recover metals in a digestible chemical form in a glass matrix after treatment of sludges containing metal salts for later use such as recovery of a recoverable metal, for example chromium, copper, etc.
  • the furnace chamber can be with a separate atmosphere. This mode of embodiment is shown diagrammatically in FIG. 4 and explained in the examples below.
  • step e) the effluent assembly free of volatile heavy metal salts contained in the furnace and metals in said digestible chemical form in a glass matrix, called vitrifiable effluent, is vitrified.
  • vitrifiable effluent some effluents require the addition of a vitrification additive for this, others do not.
  • This step e) is intended to render these treated effluents inert by trapping them in a glass matrix which can be stored safely. It is optional. Indeed, the treated effluent and the metals in said digestible chemical form can be stored, or put on standby, before proceeding to their vitrification or to be used for other purposes.
  • step e) of vitrification can be carried out in said oven.
  • a vitrification additive can be added to the effluent, for example in the case where the effluent does not include, or not enough, fluxes or oxides forming endogenous networks allowing its vitrification.
  • This additive can be one of those known to those skilled in the art.
  • the average composition of a common industrial glass is as follows: Vitrifying Si0 2 + B 2 0 3 + Al 2 0 3 72 to 74% by weight
  • the vitrification additive includes these elements and is added, if necessary, to the effluent to be vitrified in an amount sufficient to reach the abovementioned percentages.
  • the amount of additive can range, for example, up to 90% by weight of the mixture comprising the additive and the effluent to be treated.
  • REFIOMs can have a high concentration of silica, the main component of glass, of the order of 30 to 35% by weight. They therefore do not necessarily require the addition of vitrification additives.
  • This additive can be added to any process step of the invention when necessary.
  • the heating of the effluent can be adapted in particular according to the presence of additive.
  • the melting temperature can be between 1200 ° C. and 1350 ° C., preferably around 1300 ° C. Without additive, the melting temperature can be higher than 1500 ° C and the volatile metals are largely released.
  • the process can be carried out in a "batch" system, or continuously.
  • the invention also relates to a device for implementing the method of the present invention, said device comprising:
  • An oven for heating the effluent to be treated comprising a heating means, a means for entering the effluent to be treated into the oven, a means for recovering the products gaseous from the heating of the effluent to be treated in the oven, and a means for removing the treated effluent from the oven,
  • a means for treating the recovered gaseous products, and isolating the heavy metals in a digestible chemical form in a vitrification matrix said means for treating gaseous products being connected with the means for recovering these products from the oven, and a means for reintroduction into the furnace of heavy metals in said digestible chemical form in the heated effluent free of heavy metal salts.
  • the heating means may for example be one of those mentioned above.
  • the means for entering the effluent to be treated makes it possible to introduce the effluent into the oven and the means for discharging the treated effluent makes it possible to evacuate the treated effluent, possibly vitrified from the oven.
  • these inlet and outlet means can be regulated so as to optimize the process of the present invention.
  • the means for recovering the gaseous products from the heating of the effluent can for example be one of those mentioned above, for example a pipe. It may further comprise a system for maintaining the temperature of the gaseous products, for example a heat-insulating system, a system for heating the pipes, in-line heat exchangers, etc., so as to maintain the gaseous products at a temperature sufficient to limit the condensation of volatile metals between the oven and the means for treating gaseous products.
  • a system for maintaining the temperature of the gaseous products for example a heat-insulating system, a system for heating the pipes, in-line heat exchangers, etc.
  • the means for recovering gaseous products is connected with the means for treating these products.
  • the means for treating gaseous products and isolating heavy metals can be one of the above. It can comprise, for example, a precipitation apparatus, for example of the ripener-precipitator type, and a filter, for example a continuous filter, for example of the rotary or belt type.
  • the oven as described above, can be separate chambers or a single chamber.
  • the device comprises an oven with separate chambers as described above allowing primary treatment of the effluent to be vitrified in the first chamber with departure of the volatile heavy metals, and then the addition 1 incorporation in the glass for example of heavy metal carbonates in the second chamber.
  • the oven is with a separate atmosphere as described in FIG. 4 and in the examples.
  • the means for reintroducing metals in a digestible form into the furnace, in the heated effluent free of heavy metal salts is preferably connected to the second chamber of the furnace.
  • the installation comprises a single chamber melting furnace allowing the treatment primary of the effluent to be vitrified and the simultaneous incorporation into glass of heavy metals in a digestible chemical form in a glass matrix, for example in the form of carbonates of heavy metals.
  • the means for reintroducing heavy metals in said digestible chemical form can be constituted, for example, by a screw, belt, vibration, etc. conveyor.
  • the device according to the invention may further comprise an evaporation system for concentrating the washing water from the treatment of gaseous products.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the steps of the method of the present invention according to the first embodiment, that is to say in which steps a) and d) are carried out in two separate chambers,
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the steps of the method of the present invention according to the second embodiment, that is to say in which steps a) and d) are carried out in a single chamber,
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an oven usable in the second embodiment of the present invention
  • - Figure 4 is a diagram illustrating an oven usable in the third embodiment of the present invention.
  • Example 1 Device for implementing the method of the invention according to the first embodiment As illustrated in FIG. 1, the device comprises six chemical equipments, referenced F and 2 to 5, adapted to the different steps of the method of 1 invention.
  • It includes a melting furnace F for heating the effluent to be treated, comprising two chambers 1 and 1 ′ of separate atmospheres, the total volume and the heating power of which are adaptable to the flow rate of ffluent to be treated, the liquid effluents or solids being introduced continuously by the inlet means 11 of the effluent to be treated in the chamber 1 of the furnace F.
  • Reference 13 indicates a supply line for vitrification additive.
  • a means 15, 17 in the form of a pipe, for recovering the gaseous products resulting from the heating of the effluent, allows the collection of the gaseous products formed during step a) of the process containing the volatile metals and the fumes. It includes a temperature maintenance system 6 for the gaseous products collected which makes it possible to maintain the temperature of these products and fumes in line 21 supplying the means T for processing the recovered gaseous products.
  • This means T comprises a system 2 for purifying the fumes, a line 22 for extracting the purified gaseous residues and directing them towards the atmosphere, a line 23 for the arrival of a smoke washing solution, a line 24 making it possible to collect the smoke washing solution to direct it to a system 3 for precipitation / washing of metals in their digestible chemical form in a glass matrix.
  • a reagent intended to transform the heavy metals into a digestible chemical form in a glass matrix for example a sodium or calcium carbonate, is introduced via line 31 into the system 3.
  • a pipe 32 makes it possible to collect the heavy metals in said digestible form, generally in the form of a precipitate, from the system 3 to direct them to a system 4 for filtration / washing of the metals in their digestible chemical form.
  • the mother liquors for filtration and washing are collected via a pipe 41 for recycling.
  • the heavy metals in said digestible form are reintroduced via line 12 into the effluent free of heavy metal salts present in the chamber 1 'and coming from chamber 1.
  • FIG 4 is a diagram of an oven (II) usable in the third embodiment of the present invention.
  • This oven (II) has a separate atmosphere or partitioned sky. Indeed, it includes a partition 56 which prevents fogging and volatile metals are in contact with the part of the furnace in which the heavy digestible metals are reintroduced into the effluent.
  • This oven (II) is provided with the lines 11, 12, 13, 14, 15 and 16 mentioned above.
  • the reference 54 indicates a heating means and the reference E the molten effluent.
  • the heavy metals are in the form of carbonates of digestible heavy metals in a glass matrix
  • the heavy metals when they are reintroduced into the effluent free of heated heavy metal salts, there is emission of fumes of dioxide of carbon.
  • a pipe 16 makes it possible to collect this smoke, and to lead them into the pipe 17.
  • a line 14 allows the continuous elimination of the solidified glasses and products formed in the furnace F towards a discharge Dl. This oven allows continuous discharge of the vitrified product.
  • the mother liquors for filtration and washing are collected from the system 4 by a line 41 which ensures their elimination or their orientation towards an optional system 5 for evaporation and concentration of these mother liquors.
  • Example 2 Device for implementing the method of the invention according to the second embodiment
  • FIGS. 2 and 3 This second embodiment is shown diagrammatically in FIGS. 2 and 3.
  • the references identical to those of FIG. 1 indicate the same things.
  • the furnace (I) consists of a single chamber I whose volume and heating power are adapted to the flow of effluent to be treated. Solid or liquid effluents are introduced through line 11 into the furnace. A line 12 allows the heavy metals to be reintroduced in the digestible chemical form into the furnace F '. Reference 13 indicates an inlet pipe for a vitrification additive. A pipe 15 collects the fumes and brings them to the system for treating, or purifying, gaseous products.
  • a single chamber furnace (I) is shown diagrammatically in FIG. 3 in which the furnace 1 is provided with the lines 11, 12, 13, 14 and 15 mentioned above. It includes a heating means 54. The molten effluent is referenced E.
  • a REFIOM is treated in a direct induction furnace in a cold crucible, without adding any additive.
  • the heating temperature was about 1600 ° C.

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Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de traitement d'un effluent comprenant des sels de métaux lourds en vue de sa vitrification. Les sels métalliques de ces déchets sont solubles dans l'eau, ils peuvent être facilement entraînés par des eaux de pluie et ne sont pas digestibles dans le verre. Ils constituent donc une source de pollution des sols et nappes phréatiques. Le procédé consiste notamment à chauffer l'effluent à traiter, à récupérer les produits gazeux issus du chauffage incluant les anions et cations des sels de métaux lourds, à traiter lesdits produits gazeux et à réintroduire les métaux lourds qu'ils contiennent sous une forme chimique digestible dans une matrice de vitrification dans l'effluent chauffé, exempt de sels de métaux lourds, et destiné à être vitrifié.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT ET DE
CONDITIONNEMENT D'UN EFFLUENT EN VUE
D'UNE VITRIFICATION
DESCRIPTION
Domaine technique de 1 ' invention
La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de traitement et de conditionnement d'un effluent comprenant des sels de métaux lourds en vue de sa vitrification.
Différentes catégories d'effluents sont produits dont il n'existe pas de filière d'élimination satisfaisante du point de vue de la protection de l'environnement. Les effluents en cause sont principalement des déchets inorganiques contenant divers polluants toxiques, tels que des métaux lourds et leurs sels, et tout particulièrement, ceux présentant une fraction soluble assez importante pour interdire leur entreposage en décharge. Ces effluents peuvent être liquides ou solides. Ils peuvent provenir de tout procédé générateur d'effluents comprenant des sels de métaux lourds.
Les effluents liquides peuvent être issus par exemple de procédés de traitement de surface par voie chimique. Ces effluents sont généralement acides et fortement chargés en métaux. Bien que diffus sur l'ensemble du territoire national, ils représentent au total un volume de pollution très important. Pour ces effluents, la technique d'épuration comprend généralement un traitement classique de neutralisation/précipitation qui conduit à la formation de boues pour un entreposage en décharge de classe I. Pour mémoire, une entreprise de taille moyenne pratiquant ces procédés peut générer jusqu'à 1 tonne de boues concentrées en métaux par an.
Les effluents solides quant à eux peuvent être issus par exemple de procédés d'incinération de déchets ménagers . Ces procédés génèrent en fait deux catégories d'effluents : des effluents solides et des effluents gazeux ou fumées d'incinération.
Les effluents solides constituent la fraction minérale des déchets, et sont à caractère basique du fait de la présence de certains oxydes métalliques tels que des oxydes de métaux alcalins, et alcalino-terreux. Ces effluents solides sont les cendres dites "sous chaudières" et les mâchefers. Certains mâchefers sont considérés comme non toxiques au regard de la législation en vigueur, et peuvent être stockés dans des décharges ou utilisés sans danger, par exemple dans des bitumes, après déferraillage . Ces mâchefers représentent environ 30% en poids du produit initial. Les cendres sous chaudières quant à elles sont des matériaux pulvérulents très toxiques car elles contiennent des métaux lourds et leurs sels, et doivent être stockées avec précaution, après avoir été stabilisés, dans des sites protégés en attente d'un retraitement éventuel.
Les effluents gazeux sont à caractère plus ou moins acide du fait de la présence de gaz acides tels que HCl et HF et d'anhydrides d'acides gazeux tels que S0 et C02, et ils comprennent des composés toxiques tels que des métaux lourds et leurs sels, et des résidus solides de l'incinération appelés aussi cendres volantes . Ces effluents gazeux ou fumées doivent être filtrés et traités pour neutraliser leur acidité, pour condenser les métaux et leurs sels, et pour retenir les cendres volantes avant d'être libérés dans l'atmosphère. Par exemple, la neutralisation par voie humide de ces effluents conduit à la formation d'un matériau pulvérulent ou particulaire plus ou moins aggloméré appelé "gâteau de filtration" .
L ' ensemble cendres volantes et gâteau de filtration constitue un résidu d'épuration des fumées d'incinération d'ordures ménagères nommé encore REFIOM. Il constitue environ 3% en poids du déchet initial. La composition des REFIOM est très variable et dépend des techniques d'épuration des fumées et des procédés d'incinération mis en oeuvre. On peut retenir pour les constituants essentiels les ordres de grandeur suivants en % poids : calcium 10 à 30%, chlore 10 à 25%, sulfate 15 à 25%, silicium 3 à 15%, aluminium 2 à 6%, potassium 1 à 7%, sodium 1 à 4%, les métaux représentent 3 à 4% . La fraction polluante qui est essentiellement constituée par les métaux lourds représente donc environ 4% en poids de la masse totale du REFIOM. Parmi les métaux lourds, les plus couramment rencontrés sont le zinc, le plomb, le cadmium, le nickel et le chrome.
Les REFIOM et les cendres sous chaudières précédemment décrites constituent des matériaux considérés actuellement comme des "déchets ultimes". Les sels métalliques de ces déchets, les métaux lourds et leurs sels sont solubles dans l'eau et peuvent être facilement entraînés par des eaux de pluie et être dispersés dans les sols et les nappes phréatiques .
Art antérieur
La vitrification paraît le moyen le plus sûr actuellement pour rendre inerte ces matériaux ou déchets ultimes d'incinération, en vue de leur stockage voire de leur valorisation. En effet, ces matériaux, qui contiennent de la silice et de l'alumine se liquéfient et forment un bain de fusion lorsqu'on les soumet à des températures supérieures à 1300°C. Ce bain de fusion lorsqu'il est refroidi, forme un matériau cristallin ou un verre amorphe solide véritable matrice de rétention des métaux lourds .
On connaît de nombreux procédés de traitement de ces REFIOM, associés ou non à un procédé de vitrification, qui consistent généralement à précipiter ou fixer par échange d'ions les métaux lourds à partir de l'effluent liquide lui-même ou d'une solution de lavage du REFIOM.
Ces procédés connus présentent de nombreux inconvénients. Parmi ceux-ci, on peut citer notamment la quantité importante d'additifs à mettre en oeuvre qui pèse sur les coûts d'exploitation, l'extraction incomplète des métaux lourds, et le déplacement du problème de pollution lié aux métaux lourds, le résidu final n'étant pas suffisamment stabilisé.
Les procédés de vitrification conduisent généralement à la mise en oeuvre d'additif de fondants tels que de l'oxyde de bore, de l'oxyde de sodium, de l'oxyde de potassium et/ou d'oxydes formateurs de réseau comme la silice qui est le plus couramment utilisée. Ces produits présentent souvent l'inconvénient d'être coûteux. D'autre part, tous les éléments présents dans ces effluents ne sont pas digestibles dans le verre, ce qui provoque des démixtions de phases .
On connaît aussi l'utilisation de produits naturels comme additifs tels que les roches volcaniques mais ces produits, bien que peu coûteux, peuvent entraîner des problèmes liés à leur approvisionnement ou à leurs variabilité de composition.
De plus, les procédés de vitrification n'acceptent généralement pas les déchets sous la forme liquides ou de suspension liquide-solide en raison du fort dégagement gazeux produit au cours de la fusion. Ceci implique la mise en place, en amont du procédé de vitrification, d'équipements de séchage comme des filtres ou des calcinateurs .
Exposé de l'invention
La présente invention a notamment pour but de pallier les inconvénients précités et de réduire le flux global de résidus solides à mettre en décharge de stockage, en fournissant un procédé et un dispositif de traitement et de conditionnement d'un effluent comprenant des sels de métaux lourds.
Le procédé de 1 ' invention se caractérise notamment en ce qu'il comprend dans cet ordre : a) un chauffage de l'effluent à traiter de manière à rendre gazeux les anions et cations des sels de métaux lourds volatils qu'il contient et à les évacuer de l'effluent chauffé, b) une étape de récupération des produits gazeux issus du chauffage de l'effluent, lesdits produits gazeux incluant les anions et cations des sels de métaux lourds volatils, évacués par le chauffage de l'effluent, c) une étape de traitement desdits produits gazeux récupérés de manière à isoler les métaux lourds qu'ils contiennent sous une forme chimique digestible dans une matrice de vitrification, d) une étape de réintroduction desdits métaux lourds, sous ladite forme chimique digestible, dans l'effluent chauffé de l'étape a), pour obtenir un effluent vitrifiable, et éventuellement e) une étape de vitrification de l'effluent vitrifiable .
L'effluent peut être un de ceux précités. Ainsi, le procédé de 1 ' invention permet de traiter des effluents issu de procédés de traitement de surface par voie chimique, de procédé d'incinération de déchets ménagers, ou de tout autre procédé générant des effluents comprenant des sels de métaux lourds.
Il permet en particulier de traiter des effluents, solides, des suspensions de boues, des boues décantées, ou des liquides contenant des métaux polluants, par exemple sous la forme de chlorures ou de tout autre forme volatile sous l'effet d'un chauffage. Il permet par exemple de traiter des solutions liquides en limite de saturation en sels métalliques.
Les métaux peuvent être par exemple ceux cités précédemment. Ils forment les cations des sels de métaux lourds .
L'étape a) du procédé de la présente invention peut être réalisée par exemple dans un four de fusion utilisé pour la mise en fusion des effluents précités. Elle permet de rendre gazeux notamment les anions et cations des sels de métaux lourds volatils contenus dans l'effluent à traiter, et ainsi d'évacuer, ou distiller, sous l'effet du chauffage, ces sels de métaux lourds. Elle permet aussi d'évacuer les anions de ces sels qui sont par exemple de type chlorure, fluorure, P0", S04 ~, etc ... c'est-à-dire ceux qui peuvent être présents dans les effluents définis ci- dessus .
Cette étape du procédé permet de distiller la quasi-totalité des métaux lourds présents dans l'effluent à traiter, et aussi d'éliminer notamment les anions chlorures présents dans certains effluents, afin de rendre vitrifiable la fraction de l'effluent restant dans le four, c'est-à-dire la fraction non volatile à la température de chauffage choisie pour cette étape. Dans l'art antérieur, quels que soient les résidus solides ou liquides traités, résidus de l'industrie des traitements de surface ou cendres volantes (REFIOM) des procédés d'incinération, un traitement préliminaire de déchloruration était nécessaire. L'absence d'un tel traitement préliminaire se traduisait par un départ de la quasi-totalité des métaux lourds sous forme gazeuse ce qui ne permettrait pas leur incorporation dans la matrice vitreuse.
En effet, la mise en oeuvre de la vitrification impose le respect d'un certain nombre de critères. Parmi ceux-ci : α) Les éléments doivent être digestibles dans le verre de façon à éviter les phases démixtées ou les précipités en grande quantité. Les anions précités sont ainsi les éléments les plus gênants du fait de leur faible solubilité dans le verre qui provoque des démixtions de phases . Les matériaux obtenus sont alors non homogènes et de mauvaise qualité, la phase de sels fondus qui n'est pas vitrifiée extrayant une proportion non négligeable de cations toxiques. De plus, ces phases étant plus légères que le verre, la volatilité assez grande des sels est encore exacerbée par leur contact avec l'atmosphère gazeuse. β) Les déchets, le verre et ses sous-produits doivent être compatibles avec les matériaux technologiques employés pour les parties du four en contact avec eux. En effet, les anions Cl" et S04 2~ notamment peuvent être agressifs vis-à-vis de certains réfractaires .
Le procédé de la présente invention présente l'avantage de s'affranchir de ce traitement préliminaire car les chlorures sont éliminés lors de l'étape a) de chauffage de l'effluent, et celui de pouvoir incorporer les métaux lourds dans la matrice vitreuse par exemple issue du chauffage de l'effluent. Le procédé de la présente invention permet notamment d'éliminer les anions Cl" et S04 ~ et de fournir un effluent vitrifiable remplissant les critères précités.
Lorsque l'effluent est liquide, ou contient des liquides, l'étape a) permet aussi d'évacuer la phase liquide sous forme de vapeurs ou buées récupérées avec les produits gazeux précités. Ces liquides peuvent être par exemple de l'eau, des solvants organiques, etc... La quantité d'eau présente n'est limitative que par la surconsommation d'énergie qu'elle induit pour son évaporation.
Pour un effluent liquide, le chauffage peut être réalisé par exemple en plusieurs étapes, ou progressivement, pour évacuer d'abord la phase liquide de l'effluent de manière à obtenir un résidu solide. Ce résidu solide peut ensuite être chauffé à une température suffisante pour évacuer les sels de métaux lourds qu'il contient.
Les sels de métaux lourds sont volatils à partir d'environ 1000°C. La température de chauffage de l'effluent est de préférence au minimum à cette température .
L'effluent, ou le résidu, peut être chauffé jusqu'à fusion, c'est-à-dire jusqu'aux températures de vitrification. La température du chauffage dans cette étape dépend aussi de la nature de l'effluent, elle peut être par exemple de 1200°C à des températures supérieures à 1500°C pour des effluents tels que ceux précités. En outre, la température de chauffage peut dépendre de l'addition éventuelle d'additifs de vitrification à l'effluent chauffé comme exposé ci-dessous. Le chauffage peut être réalisé au moyen d'une source d'énergie qui peut être par exemple le plasma, le plasma d'arc, la résistance ou l'induction. La combustion d'éventuels combustibles contenus dans les effluents traités peut concourir au chauffage de 1 ' effluent .
Dans le cas des REFIOM, leur chauffage à une température permettant la vitrification se traduit par une perte en masse de la matière à vitrifier correspondant au moins à 60% de la matière introduite dans le four.
Dans l'étape b) , les produits gazeux issus de l'étape a) de chauffage sont récupérés. La récupération de ces produits gazeux incluant les anions et cations des sels de métaux lourds peut se faire par une conduite permettant une collecte de gaz et fumées issus du four. Ces produits gazeux sont de préférence maintenus à une température suffisante, généralement à 400°C ou plus, pour éviter la condensation des sels de métaux lourds volatils qu'ils contiennent, et ce jusqu'à l'étape de traitement desdits produits gazeux.
L'étape c) de traitement des produits gazeux récupérés peut par exemple comprendre un premier lavage des produits gazeux de manière à bloquer les sels de métaux lourds dans une solution, une précipitation des métaux sous une forme chimique digestible dans une matrice de vitrification, une filtration, et éventuellement un deuxième lavage des métaux lourds sous ladite forme digestible. Le premier lavage permet de mettre en solution, ou bloquer, les sels de métaux gazeux issus du four, et de récupérer toute la fraction soluble contenant la totalité des métaux. Le lavage peut par exemple être réalisé dans un réacteur gaz/liquide, ou dans une tour à garnissage ou tout autre équipement permettant de réaliser cette fonction. De façon avantageuse, cette opération est réalisée avec de l'eau.
La solution obtenue avec ce lavage est plus ou moins acide selon la composition initiale du résidu solide ou effluent traité. Cette solution peut ensuite être ajustée en acidité dans un appareil de précipitation de type mûrisseur-épaississeur pour précipiter les métaux sous une forme chimique digestible dans une matrice de verre et de préférence insoluble dans l'eau, par exemple sous forme de carbonate de métaux, par exemple au moyen de carbonate de sodium ou de carbonate de calcium.
Ces carbonates de métaux sont insolubles . Cette forme chimique qui est digestible dans une matrice de verre, convient à la vitrification. Dans cet exemple, il peut s'agir de carbonate de sodium pulvérulent ou en solution à 200 g/ 1, ou du carbonate de calcium pulvérulent. Ceux-ci précipitent quantitativement les métaux et tout particulièrement les plus gênants tels que le cadmium, le nickel, le plomb et le zinc.
La précipitation peut être réalisée par exemple à un pH inférieur à environ 10, par exemple compris entre 8 et 10, par exemple à un pH de 9. Ceci permet de limiter notamment la redissolution des oxydes d'aluminium et de chrome qui peuvent être présents dans ces produits gazeux. La précipitation peut être effectuée à chaud, par exemple à une température allant d'environ 40 à environ 60°C, par exemple à environ 50°C, ce qui accroît la vitesse de formation et de mûrissement du précipité et permet d'éviter la précipitation intempestive de chlorure de plomb pour certains effluents.
Le précipité obtenu peut être filtré par exemple sur un filtre continu de type rotatif ou à bande, ou tout autre équipement équivalent, et éventuellement subir un deuxième lavage au cours de la filtration par exemple avec de l'eau.
Selon l'invention, les eaux de filtration peuvent être récupérées et concentrées par évaporation, ce qui permet, d'une part, de récupérer de l'eau utilisable pour le premier lavage des gaz issus du four de fusion et pour le deuxième lavage lors de la filtration pendant l'étape c), et, d'autre part, de récupérer les sels alcalins et alcalino-terreux.
Ceci permet, d'une part, de séparer les métaux polluants d'un effluent complexe, et de les rendre vitrifiables en vue de leur stockage, et, d'autre part, de récupérer des sels inertes vis-à-vis de l'environnement et utilisables par exemple en technique routière. Ce mode de réalisation présente en outre l'avantage de permettre un recyclage de l'eau à l'intérieur de l'unité de traitement.
Dans l'étape d) , le précipité lavé, c'est-à-dire les métaux lourds sous une forme chimique digestible dans une matrice de vitrification, est réintroduit dans l'effluent chauffé de l'étape a) exempt de sels de métaux lourds. Dans cette étape, lorsque les sels de métaux ont été précipités sous forme de carbonates, les carbonates métalliques se décomposent en oxydes métalliques avec émission de dioxyde de carbone.
Selon un premier mode de réalisation, l'étape a) de chauffage peut être réalisée dans une première chambre, et l'étape d) peut être réalisée dans une deuxième chambre, la première et la deuxième chambres étant séparées, un passage étant prévu entre les deux chambres de telle manière que l'effluent chauffé puisse passer de la première à la deuxième chambre lorsqu'il est exempt des sels de métaux lourds volatils .
Selon ce premier mode de réalisation, 1 ' introduction des métaux sous la forme chimique digestible dans une matrice de verre dans la seconde chambre permet d'éviter d'éventuelles recombinaisons des métaux par exemple avec le chlore présent dans les émissions gazeuses issues du chauffage de l'effluent de l'étape a), dans la première chambre.
Selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention, les étapes a) et d) peuvent être réalisées dans une chambre unique de chauffage et de fusion pour une vitrification de l'effluent traité.
Selon ce deuxième mode de réalisation, la mise en oeuvre du procédé de l'invention peut être utilisée pour récupérer les métaux sous une forme chimique digestible dans une matrice de verre après traitement de boues contenant des sels de métaux pour un usage ultérieur comme la récupération d'un métal valorisable, par exemple le chrome, le cuivre, etc.. Selon un troisième mode de réalisation, la chambre du four peut être à atmosphère séparée. Ce mode de réalisation est schématisé sur la figure 4 et expliqué dans les exemples ci-dessous.
Dans l'étape e) , l'ensemble effluent exempt de sels de métaux lourds volatils contenu dans le four et métaux sous ladite forme chimique digestible dans une matrice de verre, appelé effluent vitrifiable, est vitrifié. Comme expliqué ci-dessous, certains effluents nécessitent pour cela l'adjonction d'un additif de vitrification, d'autres non. Cette étape e) est destinée à rendre inerte ces effluents traités en les emprisonnant dans une matrice de verre qui peut être stockée en toute sécurité. Elle est facultative. En effet, l'effluent traité et les métaux sous ladite forme chimique digestible peuvent être stockés, ou mis en attente, avant de procéder à leur vitrification ou pour être utilisés à d'autres fins .
Selon l'invention, l'étape e) de vitrification peut être réalisée dans ledit four. Selon l'invention, un additif de vitrification peut être ajouté à l'effluent, par exemple dans le cas où l'effluent ne comprend pas, ou pas assez, de fondants ou d'oxydes formateurs de réseaux endogènes permettant sa vitrification. Cet additif peut être un de ceux connus de l'homme du métier.
Pour mémoire, la composition moyenne d'un verre industriel courant est la suivante : Vitrifiant Si02+B203+Al203 72 à 74% en poids
Fondants Na20+K20 10 à 16% en poids Stabilisant CaO+MgO 10 à 14% en poids
Autres constituants P205, PbO 0,2 à 5% en poids L'additif de vitrification inclut ces éléments et est ajouté, si nécessaire, à l'effluent à vitrifier en quantité adéquat pour atteindre les pourcentages précités. La quantité d'additif peut aller par exemple jusqu'à 90% en poids du mélange comprenant l'additif et l'effluent à traiter.
A titre d'exemple, les REFIOM peuvent avoir une concentration importante en silice, principal composant du verre, de l'ordre de 30 à 35% en poids. Ils ne nécessitent donc pas forcément l'adjonction d'additifs de vitrification.
Cet additif peut être ajouté à n'importe quelle étape de procédé de l'invention lorsqu'il est nécessaire. Le chauffage de l'effluent peut être adapté notamment en fonction de la présence d'additif.
Par exemple, avec additif, la température de fusion peut être comprise entre 1200°C et 1350°C, de préférence d'environ 1300°C. Sans additif, la température de fusion peut être supérieure à 1500°C et les métaux volatils sont largement libérés .
Le procédé peut être réalisé en système "batch" , ou en continu.
L'invention se rapporte également à un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de la présente invention, ledit dispositif comprenant :
- un four pour chauffer l'effluent à traiter, ledit four comprenant un moyen de chauffage, un moyen d'entrée de l'effluent à traiter dans le four, un moyen pour récupérer les produits gazeux issus du chauffage de l'effluent à traiter dans le four, et un moyen pour évacuer l'effluent traité du four,
- un moyen pour traiter les produits gazeux récupérés, et isoler les métaux lourds sous une forme chimique digestible dans une matrice de vitrification, ledit moyen pour traiter les produits gazeux étant connecté avec le moyen pour récupérer ces produits du four, et - un moyen de réintroduction dans le four des métaux lourds sous ladite forme chimique digestible dans l'effluent chauffé exempt de sels de métaux lourds.
Le moyen de chauffage peut être par exemple un de ceux précités. Le moyen d'entrée de l'effluent à traiter permet d'introduire l'effluent dans le four et le moyen pour évacuer 1 ' effluent traité permet d'évacuer l'effluent traité, éventuellement vitrifié du four. Pour un traitement en continu, ces moyens d'entrée et d'évacuation peuvent être régulés de manière à optimiser le procédé de la présente invention.
Le moyen pour récupérer les produits gazeux issus du chauffage de l'effluent peut être par exemple un de ceux précités par exemple une conduite. Il peut comprendre en outre un système de maintien en température des produits gazeux, par exemple un système calorifuge, un système de chauffage des conduites, des échangeurs en ligne, etc.. de façon à maintenir les produits gazeux à une température suffisante pour limiter la condensation des métaux volatils entre le four et le moyen de traitement des produits gazeux.
Ce moyen pour récupérer les produits gazeux est connecté avec le moyen pour traiter ces produits. Le moyen pour traiter les produits gazeux et isoler les métaux lourds peut être un de ceux précités . Il peut comprendre par exemple un appareil de précipitation par exemple de type mûrisseur- précipitateur et un filtre, par exemple un filtre continu par exemple de type rotatif ou à bande.
Le four, comme décrit précédemment, peut être à chambres séparées ou à chambre unique.
Selon le premier mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comprend un four à chambres séparées tel que décrit précédemment permettant un traitement primaire de l'effluent à vitrifier dans la première chambre avec départ des métaux lourds volatils, et l'addition puis 1 ' incorporation dans le verre par exemple des carbonates de métaux lourds dans la seconde chambre.
Selon le troisième mode de réalisation, le four est à atmosphère séparé tel que décrit sur la figure 4 et dans les exemples .
Selon ce premier ou ce troisième mode de réalisation, le moyen de réintroduction dans le four des métaux sous une forme digestible, dans l'effluent chauffé exempt de sels de métaux lourds, est, de préférence, connecté à la deuxième chambre du four.
Selon le deuxième mode de réalisation de la présente invention, l'installation comprend un four de fusion à chambre unique permettant le traitement primaire de l'effluent à vitrifier et l'incorporation simultanée dans le verre des métaux lourds sous une forme chimique digestible dans une matrice de verre, par exemple sous forme de carbonates de métaux lourds . Le moyen de réintroduction des métaux lourds sous ladite forme chimique digestible peut être constitué par exemple un transporteur à vis, à bande, à vibration etc ...
Le dispositif selon 1 ' invention peut comprendre en outre un système d' evaporation pour concentrer les eaux de lavage issues du traitement des produits gazeux.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention peuvent encore apparaître à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins en annexe.
Brève description des figures
- la figure 1 est un schéma illustrant les étapes du procédé de la présente invention selon le premier mode de réalisation, c'est-à-dire dans lequel les étapes a) et d) sont réalisées dans deux chambres séparées,
- la figure 2 est un schéma illustrant les étapes du procédé de la présente invention selon le deuxième mode de réalisation, c'est-à-dire dans lequel les étapes a) et d) sont réalisées dans une chambre unique,
- la figure 3 est un schéma illustrant un four utilisable dans le deuxième mode de réalisation de la présente invention, et - la figure 4 est un schéma illustrant un four utilisable dans le troisième mode de réalisation de la présente invention.
Exemples
Exemple 1 : Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de 1 ' invention selon le premier mode de réalisation Comme illustré sur la figure 1, le dispositif comprend six équipements chimiques, référencés F et 2 à 5, adaptés aux différentes étapes du procédé de 1 ' invention.
Il comprend un four de fusion F pour chauffer l'effluent à traiter, comportant deux chambres 1 et 1 ' d'atmosphères séparées, dont le volume total et la puissance de chauffe sont adaptables au débit d' ffluent à traiter, les effluents liquides ou solides étant introduits de façon continue par le moyen d'entrée 11 de l'effluent à traiter dans la chambre 1 du four F.
La référence 13 indique une conduite d'alimentation en additif de vitrification.
Un moyen 15, 17 sous forme d'une conduite, pour récupérer les produits gazeux issus du chauffage de l'effluent, permet la collecte des produits gazeux formés lors de l'étape a) du procédé contenant les métaux volatils et les buées. Il comprend un système de maintien en température 6 des produits gazeux collectés qui permet de conserver la température de ces produits et fumées dans la conduite 21 alimentant le moyen T de traitement des produits gazeux récupérés.
Ce moyen T comprend un système 2 d'épuration des fumées, une conduite 22 permettant d'extraire les résidus gazeux épurés et de les diriger vers l'atmosphère, une conduite 23 d'arrivée d'une solution de lavage des fumées, une conduite 24 permettant de collecter la solution de lavage des fumées pour la diriger vers un système 3 de précipitation/ lavage des métaux sous leur forme chimique digestible dans une matrice de verre. Un réactif destiné à transformer les métaux lourds sous une forme chimique digestible dans une matrice de verre, par exemple un carbonate de sodium ou de calcium, est introduit par la conduite 31 dans le système 3.
Une conduite 32 permet de collecter les métaux lourds sous ladite forme digestible, généralement sous forme de précipité, du système 3 pour les diriger vers un système 4 de filtration/lavage des métaux sous leur forme chimique digestible. Les eaux mères de filtration et lavage sont collectées par une conduite 41 en vue de leur recyclage. Les métaux lourds sous ladite forme digestible sont réintroduits par la conduite 12 dans l'effluent exempt de sels de métaux lourds présent dans la chambre l' et provenant de la chambre 1.
La figure 4 est un schéma d'un four (II) utilisable dans le troisième mode de réalisation de la présente invention. Les références identiques à celles de la figure 1 indique les mêmes choses. Ce four (II) est à atmosphère séparé ou ciel cloisonné. En effet, il comprend une cloison 56 qui empêche que les buées et métaux volatils soient en contact avec la partie du four dans laquelle les métaux lourds digestibles sont réintroduits dans l'effluent. Ce four (II) est muni des conduites 11, 12, 13, 14, 15 et 16 précitées. La référence 54 indique un moyen de chauffage et la référence E l'effluent en fusion.
Dans 1 ' exemple selon lequel les métaux lourds sont sous forme de carbonates de métaux lourds digestibles dans une matrice de verre, lorsqu'ils sont réintroduits dans l'effluent exempt de sels de métaux lourds chauffé, il y a émission de fumées de dioxyde de carbone. Une conduite 16 permet de collecter ces fumées, et de les conduire dans la conduite 17.
Une conduite 14 permet l'élimination en continu des verres et produits solidifiés formés dans le four F vers une décharge Dl . Ce four permet une décharge en continu du produit vitrifié.
Les eaux mères de filtration et de lavage sont collectées du système 4 par une conduite 41 qui assure leur élimination ou leur orientation vers un système 5 facultatif d ' evaporation et de concentration de ces eaux mères .
Les sels alcalins des eaux mères de filtration sont collectés en 51 vers une décharge D2. L'eau d' evaporation est collectée par une conduite 52 en vue de son recyclage dans le procédé vers des conduites 42 et 23 d'arrivée d'eau pour les premier et deuxième lavages dans le traitement des produits gazeux. Exemple 2 : Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de 1 ' invention selon le deuxième mode de réalisation
Ce deuxième mode de réalisation est schématisé sur les figures 2 et 3. Les références identiques à celles de la figure 1 indiquent les mêmes choses .
Sur la figure 2, le four (I) est constitué d'une chambre unique I dont le volume et la puissance de chauffe sont adaptés au débit d' effluent à traiter. Les effluents solides ou liquides sont introduits par la conduite 11 dans le four. Une conduite 12 permet de réintroduire les métaux lourds sous la forme chimique digestible dans le four F' . La référence 13 indique une conduite d'arrivée d'un additif de vitrification. Une conduite 15 permet la collecte des fumées et les amène vers le système de traitement, ou d'épuration, des produits gazeux. Un four (I) à chambre unique est schématisé sur la figure 3 sur laquelle le four 1 est muni des conduites 11, 12, 13, 14 et 15 précitées. Il comprend un moyen de chauffage 54. L'effluent en fusion est référencé E.
Les autres éléments ont été décrits dans 1 ' exemple 1 ci-dessus.
Exemple 3 : Traitement d'un effluent solide
Dans une installation analogue à celle qui vient d'être décrite dans l'exemple 2, on traite un REFIOM dans un four à induction directe en creuset froid, sans ajout d'additif. Le REFIOM traité présente la composition suivante en pourcentage en poids : charge anionique : [Cl"]=20,34% [S0"]=13 , 19% Métaux lourds=10% dont
Zn=5,3% Pb=2,3% Sn=0,6% Cu=0,2% Cd=0,01%
Il présente aussi la composition en éléments vitrif iables suivante en pourcentage en poids : [Si]=4 , 41% [Ca] = 8 , 98%
[Na] = 9 , 7 % [K] = 10 , 3 %
[Al]=2 , 7 %
Pour une tonne de REFIOM traitée, on obtient 430 kg de verre, pour une consommation électrique de 1,2 kWh/kg.
La température de chauffage était de 1600°C environ.
Le traitement des buées nécessite 170 kg de carbonate de sodium pulvérulent. L'analyse des produits, verre-filtrats-gaz au cours du procédé, montre que la totalité des métaux lourds sus-cités a été incorporée dans la masse vitrifiée .
Exemple 4 : Traitement d'un effluent sous forme de boues humides
Dans la même installation que celle utilisée dans l'exemple précédent, le traitement de boues humides contenant 50% en poids d'eau et chargées en métaux lourds se traduit par une consommation énergétique voisine de 2,5 kWh/kg. L'effluent a été chauffé à une température d'environ 1300°C. La composition en métaux lourds de ces boues était la suivante en pourcentage en poids : [Cl"]=5% [SO4 "]=0,5%
[Si]=3,3% [Ca]=l% [Na]=0,01% [K]=0f02%
[A1]=0, 03%
Métaux lourds =8,6% dont Fe=l,5%, Cr=l,3%, Co=0,2%, Zn=5,3%, Cu=0,3% Un additif de vitrification, à raison de 60% en poids par rapport au poids total effluent traité et additif a été ajouté. Cet additif contenait en pourcentage en poids était du basalte.
L'analyse des produits, verre-filtrats-gaz au cours du procédé, montre que la totalité des métaux lourds sus-cités a été incorporée dans la masse vitrifiée .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement d'un effluent comprenant des sels de métaux lourds, caractérisé en ce qu'il comprend dans cet ordre :
(a) un chauffage de l'effluent à traiter de manière à rendre gazeux les anions et cations des sels de métaux lourds volatils qu'il contient et à les évacuer de l'effluent chauffé,
(b) une étape de récupération des produits gazeux issus du chauffage de l'effluent, lesdits produits gazeux incluant les anions et cations des sels de métaux lourds volatils évacués par le chauffage de l'effluent,
(c) une étape de traitement desdits produits gazeux récupérés, de manière à isoler les métaux lourds qu'ils contiennent sous une forme chimique digestible dans une matrice de vitrification,
(d) une étape de réintroduction desdits métaux lourds, sous ladite forme chimique digestible, dans l'effluent chauffé de l'étape a), pour obtenir un effluent vitrifiable, et éventuellement,
(e) une étape de vitrification de l'effluent vitrifiable .
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'effluent est chauffé jusqu'à fusion.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape c) de traitement des produits gazeux récupérés comprend un premier lavage des produits gazeux de manière à bloquer les sels de métaux lourds dans une solution, une précipitation des métaux sous une forme chimique digestible dans une matrice de vitrification, une filtration, et, éventuellement, un deuxième lavage des métaux lourds sous ladite forme digestible.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel les métaux sont précipités sous forme de carbonates de métaux.
5. Procédé selon la revendication 3 , dans lequel les métaux sont précipités sous la forme de carbonates au moyen de carbonate de sodium ou de carbonate de calcium.
6. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la précipitation est réalisée à un pH compris entre 8 et 10.
7. Procédé selon la revendication 3 , dans lequel la précipitation est effectuée à chaud.
8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape a) de chauffage est réalisée dans une première chambre, et dans lequel l'étape d) est réalisé dans une deuxième chambre, la première et la deuxième chambres étant séparées, un passage étant prévu entre les deux chambres de telle manière que l'effluent chauffé puisse passer de la première à la deuxième chambre lorsqu'il est exempt des sels de métaux lourds.
9. Procédé selon la revendication 2 , dans lequel les étapes a) et d) sont réalisées dans une chambre unique de chauffage et de fusion pour une vitrification de l'effluent traité.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel l'étape e) de vitrification est réalisée dans ladite chambre .
11. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'effluent est choisi parmi un effluent issu de procédés d'incinération de déchets ménagers, un effluent liquide issu de procédés de traitement de surface par voie chimique.
12. Procédé selon la revendication 1, dans lequel un additif de vitrification est ajouté à l'effluent.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications l à 11, dans lequel ledit procédé est réalisé en continu.
14. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1 comprenant :
- un four pour chauffer l'effluent à traiter, ledit four comprenant un moyen de chauffage, un moyen d'entrée de l'effluent à traiter dans le four, un moyen pour récupérer les produits gazeux issus du chauffage de l'effluent à traiter dans le four, et un moyen pour évacuer l'effluent traité du four, - un moyen pour traiter les produits gazeux récupérés, et isoler les métaux lourds sous une forme chimique digestible dans une matrice de vitrification, ledit moyen pour traiter les produits gazeux étant connecté avec le moyen pour récupérer ces produits du four, et - un moyen de réintroduction dans le four des métaux lourds sous ladite forme chimique digestible dans l'effluent chauffé exempt de sels de métaux lourds.
15. Dispositif selon la revendication 14, dans lequel le moyen pour récupérer les produits gazeux issus du chauffage de 1 ' effluent comprend un système de maintien en température des produits gazeux.
16. Dispositif selon la revendication 14 ou 15, dans lequel le moyen pour traiter les produits gazeux comprend un appareil de précipitation et un filtre.
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, dans lequel le four est un four comportant une première chambre et une deuxième chambre séparées, un passage étant prévu entre le première et la deuxième chambres pour que l'effluent chauffé ,. dans la première chambre puisse passer dans la deuxième chambre lorsqu'il est exempt de sels de métaux lourds, ledit moyen de réintroduction dans le four des métaux sous une forme digestible, dans l'effluent chauffé exempt de sels de métaux lourds, étant connecté à la deuxième chambre du four .
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