CH625132A5 - - Google Patents
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Description
L'invention a pour objet un procédé permettant l'élimination de substances volatiles organiques et/ou minérales d'un courant gazeux odorant.
Les matières volatiles organiques ou minérales odorantes qui sont responsables des odeurs déplaisantes dans la plupart des courants gazeux, couramment rencontrés, sont généralement des composés soufrés, des composés azotés ou des composés oxygénés. Les composés odorants contenus dans ces types de composés ont des concentrations de seuil d'odeur (CSO) qui vont d'une valeur aussi faible que 0,00021 ppm (en volume) à une valeur aussi élevée que 100 ppm. Les composés soufrés odorants comprennent l'hydrogène sulfuré avec une CSO de 0,00047 ppm, le méthyl-mercaptan avec une CSO de 0,0021 ppm et le sulfure de diméthyle avec une CSO de 0,0010 ppm. Les composés azotés odorants comprennent la triméthylamine avec une CSO de 0,00021 ppm et l'ammoniac avec une CSO de 46,8 ppm. Des exemples des composés oxygénés odorants sont l'acétaldéhyde avec une CSO de 0,21 ppm et l'acétone avec une CSO de 100,0 ppm.
Des courants gazeux odorants se produisent quand un ou plusieurs composés se volatilisent dans un courant gazeux. La volatilisation peut être provoquée par un processus de cuisson dont des exemples sont la fabrication des matières grasses, le conditionnement des boues thermiques, le séchage des boues et l'incinération, par une dégradation biologique, par exemple dans le traitement biologique des eaux usées; ou par des processus d'aération dont un exemple est l'entraînement de l'ammoniac. Les processus de cuisson, dans l'industrie des matières grasses, donnent des courants gazeux odorants qui peuvent contenir des composants odorants des groupes contenant du soufre, de l'azote et de l'oxygène. Le conditionnement thermique des boues dans des conditions oxydantes et l'incinération des boues donnent des courants gazeux odorants qui contiennent des composés oxygénés. Cependant, le conditionnement thermique des boues, effectué dans des conditions réductrices, forme un courant gazeux qui contient des composés soufrés odorants ainsi que des composés oxygénés odorants. Dans le traitement des eaux usées, l'activité biologique peut former des gaz odorants qui contiennent des composés azotés, soufrés et oxygénés odorants. Les processus d'aération peuvent également entraîner la volatilisation de gaz odorants qui contiennent des composés azotés, soufrés et oxygénés odorants.
Quand on entreprend le traitement de courants gazeux odorants contenant une ou plusieurs catégories de composés odorants, on utilise généralement l'obsorption du gaz dans des systèmes d'épuration chimique. Un courant de gaz odorant qui contient seulement des composés soufrés odorants, comprenant l'hydrogène sulfuré, les mercaptans et les sulfures organiques, peut être effectivement traité par épuration des gaz odorants à l'aide d'une solution alcaline aqueuse, comme l'hydroxyde de sodium. Un courant gazeux odorant qui contient seulement des composés azotés odorants, comprenant l'ammoniac et les aminés organiques, peut être effectivement traité par épuration des gaz odorants avec une solution acide aqueuse, comme l'acide sulfurique. Un courant de gaz odorant qui contient seulement des composés oxygénés odorants, comprenant les aldéhydes organiques et les acides organiques,
peut être effectivement traité en lavant les gaz odorants avec une solution aqueuse de permanganate de postasium.
Quand on rencontre un courant gazeux odorant contenant des composés soufrés odorants, des composés azotés odorants et des composés oxygénés odorants, le lavage avec des solutions oxydantes chimiques soit de l'hypochlorite de sodium aqueux, soit du permanganate de potassium aqueux, s'est montré efficace comme traitement. Cependant, les traitements de lavage chimique classiques ont pour défaut que le produit chimique doit être remplacé de façon répétée dès qu'il est utilisé et, dans le cas du permanganate de potassium, du bioxyde de manganèse insoluble précipite dans la solution de lavage et doit être rejeté.
On connaît également les procédés d'adsorption pour enlever les composés odorants d'un courant gazeux. Des substances organiques oxygénées, l'hydrogène sulfureux et l'anhydride sulfureux ont été enlevés des courants gazeux par lavage avec une suspension de charbon activé dans de l'eau; voir D. Mehta et al., «Environmental Science Tech.», 1,325 (1967); A. Quach, M.S. Thesis, Pennsylvania State University (1968) (pp. i-vi, 1-27 et 62-63); J. Seaburn et al., «Gas purification by adsorption»,
AIChE symposium Sériés 69 (1973).
Des substances organiques oxygénées ont été enlevées de courants gazeux odorants provenant de réacteurs d'oxydation par voie humide, par absorption des gaz dans une suspension aqueuse de matières solides biologiques: brevet des EUA N° 3828525.
Le procédé selon l'invention consiste à faire passer ledit courant gazeux dans au moins un épurateur de gaz contenant une suspension aqueuse de matières solides biologiques, à une concentration comprise entre 50 et 20000 mg/1, et du charbon activé en poudre, à une concentration comprise entre 50 et 20000 mg/1.
Un tel milieu de lavage est nettement plus efficace dans l'élimination des contaminants gazeux qu'un milieu contenant seulement des matières solides biologiques ou qu'un milieu contenant seulement du charbon activé. En fait, le milieu de lavage utilisé dans le procédé selon l'invention est nettement plus efficace que l'effet d'addition de quantités équivalentes de matières solides biologiques et de charbon activé utilisés séparément en série.
Le courant gazeux odorant peut provenir d'une quelconque industrie et contient une ou plusieurs substances soufrées, azotées ou oxygénées comme celles décrites précédemment. Des courants gazeux types sont ceux provenant des processus de cuisson, du conditionnement thermique des boues, des processus de séchage des boues, des processus d'incinération, des opérations d'entraînement de gaz et de la dégradation biologique des eaux usées.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
3
625 132
Les matières solides biologiques utilisées peuvent consister en une suspension aqueuse de boues d'eaux usées activées ou en la liqueur mixte obtenue par addition de boues d'eaux usées activées à des eaux usées neuves ou de l'eau. Un intervalle préféré de concentration des matières solides biologiques dans le milieu de lavage est 5 compris entre 1000 et 5000 mg/1.
Un intervalle préféré de concentration pour le charbon activé dans le milieu de lavage est compris entre 5000 et 16000 mg/1.
Dans les usines de traitement d'eaux usées, une source d'odeur principale que l'on rencontre souvent est le courant gazeux odorant io provenant de l'espace de tête d'un réservoir d'épaississement des boues.
Ce courant gazeux odorant peut contenir de l'hydrogène sulfuré à une concentration d'environ 0,1 à 10 ppm en volume et a un taux de concentration d'odeur d'environ 1400 à 7000 unités d'odeur/m3. 15 Quand ce gaz de tête d'un épaississeur de boues passe dans une suspension de charbon activé et de matières solides biologiques dans de l'eau, la concentration en hydrogène sulfuré est réduite à moins de 10% de la concentration initiale, et de même les taux de concentration d'odeur sont réduits à moins de 10% des taux de concentration 20 initiaux.
Les gaz sortant d'un processus d'oxydation par l'air par voie humide, en particulier ceux provenant de l'oxydation par l'air par voie humide des boues d'eaux usées peuvent contenir une combinaison de composés azotés odorants et de composés oxygénés odo- 25 rants. Les composés azotés odorants sont l'ammoniac et d'autres aminés. L'ammoniac est présent dans ce courant gazeux à une concentration d'environ 50 à 1000 ppm. Les composés oxygénés odorants sont le méthanol, l'acétaldéhyde, l'éthanol, l'acroléine, le pro-pionaldéhyde, l'acétone et autres. Les composés oxygénés odorants 30 mesurés en combinaison sont présents dans ce courant gazeux à une concentration de 1000 à 10000 ppm en volume. Quand ce gaz de sortie d'une unité d'oxydation par l'air par voie humide passe dans une suspension de charbon activé et de matières solides biologiques dans de l'eau, la concentration en composés oxygénés odorants est 35 réduite à moins de 35% de la valeur initiale et la concentration en ammoniac est réduite à moins de 5% de la concentration initiale.
Dans certains cas de traitement des eaux usées, la suspension de lavage est disponible sous forme d'un courant secondaire provenant de la partie aération de l'usine, car cette même suspension 40 y est utilisée pour enlever les impuretés des eaux usées. Dans l'opération normale de traitement des eaux usées, une partie de cette suspension est continuellement traitée dans un système de régénération qui élimine les matières solides biologiques et les substances odorantes adsorbées par des réactions d'oxydation, qui trans- 45 forment ces substances en gaz carbonique et en eau. Le charbon régénéré est ensuite renvoyé au courant d'eaux usées où il est de nouveau mélangé avec les solides biologiques et utilisé dans le traitement des eaux usées et dans le lavage des gaz.
Dans le cas où l'on ne dispose pas d'un mélange de charbon activé et de matières solides biologiques provenant de traitements associés, on peut l'obtenir en utilisant un système d'aération qui se trouve dans une boucle fermée pour liquides avec l'appareil de lavage des gaz. Une opération de ce type nécessitera une addition continue de charbon frais ou la régénération du charbon usé. Cependant, la vitesse à laquelle il faudra remplacer le charbon ou le régénérer sera comparativement faible, car la partie biologique du système éliminera et stabilisera une proportion importante des substances odorantes. (Voir les exemples 1 et 2.)
Ce système d'aération peut démarrer avec une charge initiale de boues activées et de charbon, ou bien il peut démarrer avec une suspension de charbon activé uniquement. Dans ce dernier mode de démarrage, le système atteint rapidement la concentration désirée en matières solides biologiques par contamination normale par les organismes indigènes à une atmosphère non déterminée et par croissance aérobie utilisant comme source d'alimentation les impuretés enlevées du courant gazeux par la suspension de charbon fraîche.
La mise en œuvre du procédé de l'invention peut être effectuée par deux méthodes. Dans la première méthode, on peut disperser le courant gazeux odorant dans le milieu de lavage à l'aide d'un diffuseur de gaz qui se trouve en dessous de la surface de la suspension de charbon activé et de matières solides biologiques dans l'eau. Le gaz odorant barbote ensuite jusqu'à la surface, et pendant ce temps s'effectue le transfert de masse des composés odorants entre le gaz odorant et le milieu de lavage. Dans la seconde méthode, on met le courant gazeux odorant et le milieu de lavage en contact dans une tour d'absorption dans laquelle se produit le transfert de masse des composés odorants à partir du courant gazeux dans le milieu de lavage.
Les exemples suivants illustreront l'invention.
Exemple 1
On fait passer un échantillon de gaz, provenant d'une unité d'oxydation par l'air par voie humide de boues d'eaux usées et contenant des composés oxygénés odorants, dans un train d'absorption de gaz qui consiste en deux déflegmateurs Greenburg-Smith en série, qui contiennent chacun 250 ml du milieu de lavage. On mesure en utilisant un détecteur à ionisation de flammes les concentrations de composés oxygénés odorants, en combinaison, dans les courants d'entrée de gaz et dans les courants de sortie de gaz. La concentration en composés oxygénés odorants est indiquée comme l'équivalent de méthane moins la concentration réelle en méthane. Les milieux de lavage que l'on compare sont:
1) une suspension de charbon activé (16 g/1) et de matières solides biologiques (3,2 g/1) dans l'eau;
2) une suspension de charbon activé seul (16 g/1) dans l'eau, et
3) de l'eau seule. L'élimination des composés oxygénés odorants par chacun des milieux de lavage est indiquée dans le tableau I.
Tableau I
Milieu de lavage Suspension de Suspension de Suspension Eau charbon activé et solides biolo- de charbon de solides giques activé biologiques
Concentration en charbon activé (g/1)
16
0
16
0
Concentration en solides biologiques (g/1)
3,2
3,2
0
0
Débit gazeux (1/mn)
6
6
6
6
Concentration moyenne d'entrée en composés oxygénés
moins le méthane en méthane (ppm)
1540
1860
1894
898
Concentration moyenne de sortie en composés oxygénés
moins le méthane (en méthane ppm)
545
828
1160
714
Moyen de composés oxygénés enlevés (%)
64,6
55,5
38,7
20,6
625132
Le tableau montre que le pourcentage le plus élevé de réduction de la concentration des composés oxygénés odorants (64,6%) est obtenu en utilisant la suspension de charbon activé et de matières solides biologiques dans l'eau.
Exemple 2
On fait passer un échantillon de gaz, provenant d'une unité d'oxydation de boues d'eaux usées par l'air par voie humide et contenant des composés oxygénés odorants, dans le train de lavage de gaz
Milieu de lavage
Concentration en charbon activé (g/1)
Concentration en solides biologiques (g/1)
Débit gazeux (1/mn)
Concentration moyenne d'entrée en composés oxygénés moins le méthane (en méthane ppm)
Concentration moyenne de sortie en composés oxygénés moins le méthane, (en méthane ppm)
Moyen de composés oxygénés enlevés (%)
décrit dans l'exemple 1. Les milieux de lavage que l'on compare dans cet exemple sont:
1) une suspension de charbon activé (8 g/1) et de matières solides biologiques (2,6 g/1) dans l'eau;
5 2) une suspension de matières solides biologiques seules (2,6 g/1) dans l'eau;
3) une suspension de charbon activé seul (8 g/1), et
4) de l'eau seule. L'élimination des composés oxygénés odorants par les différents milieux de lavage est donnée dans le tableau II :
Tableau 2
Suspension de charbon activé et de solides biologiques
Suspension de solides biologiques
Suspension de charbon activé
Eau
8
0
8
0
2,6
2,6
0
0
3
3
3
3
1392
2195
1803
912
480
965
978
600
65,5
56,0
45,7
34,1
On voit de nouveau que le pourcentage le plus élevé de réduction de la concentration en composés oxygénés odorants (65,5%) est obtenu en utilisant la suspension de charbon activé et de matières solides biologiques dans l'eau.
Exemple 3
On fait passer un courant gazeux odorant, sortant du sommet d'un épaississeur de boues d'eaux usées fonctionnant par gravité, contenant de l'hydrogène sulfuré à une concentration de 0,104 ppm, dans deux tours de lavage garnies placées en série. Chaque tour garnie a un diamètre de 30 cm et une profondeur de lit de 1,5 m. Le matériau de garnissage de la tour consiste en anneaux Intalox en matière plastique de 2,5 cm disponibles dans le commerce. Dans chaque tour, on recycle une suspension de lavage, consistant en charbon activé à environ 8 g/1 et en matières solides biologiques à environ 3 g/1, d'une vidange de fond à une section supérieure où elle est pulvérisée sur la surface du lit garni. Le milieu de lavage est recyclé à un débit de 5 g/mn et le courant gazeux odorant est soutiré des épurateurs à un débit d'environ 4,2 m3 normaux/mn.
Le courant gazeux sortant du premier des deux épurateurs a une concentration en hydrogène sulfuré de 0,031 ppm et le courant gazeux sortant du second épurateur a une concentation en hydrogène sulfuré de 0,012 ppm. Les caractéristiques d'odeur du courant gazeux sortant du second épurateur sont nettement améliorées par rapport aux caractéristiques d'odeur du courant gazeux initial.
Exemple 4
On effectue deux expériences pour démontrer l'efficacité améliorée d'un milieu de lavage contenant à la fois des matières solides biologiques et du charbon activé par rapport à des milieux de lavage contenant seulement des matières solides biologiques et seulement du charbon activé, utilisés consécutivement.
Dans une expérience, les gaz sortant d'une unité de conditionnement thermique de boues usées, contenant des substances organiques volatilisées (appelées ici THC), sont dirigés dans deux flacons laveurs d'absorption de gaz placés en série, à un débit de 61/mn. Le premier flacon laveur contient 250 ml d'une liqueur comprenant 4,68 g/1 de solides biologiques et le second laveur contient 250 ml d'une suspension de 16 g/1 de charbon activé en poudre dans de l'eau. On fait des analyses du gaz non traité (initial), après passage du gaz dans le premier flacon laveur (1er stade), et après passage du gaz dans le second flacon laveur (2e stade). On effectue trois essais dans lesquels on prélève des échantillons au bout de 5,10 et 15 mn. 30 Les résultats sont les suivants:
Analyse des vapeurs après lavage par la liqueur et lavage par la suspension de charbon
Moment du prélève
Gaz
Initial
Après
Après ment de l'échantillon
1er stade
2e stade
5 mn o2,%
16,72
14,95
16,67
N2> %
75,21
73,3
75,04
co,%
0,06
0,054
0,062
co2, %
1,56
1,55
1,59
THC, ppm
1112
644
460
CH4, ppm
94
96
96
% d'élimination des
THC
-
42
29
% global d'élimination
des THC
-
-
59
10 mn o2, %
16,46
16,41
16,25
N2, %
74,85
74,61
75,33
CO, %
0,059
0,066
0,062
co2, %
1,80
1,76
1,84
THC, ppm
1124
762
461
CH4, ppm
93
81
92
% d'élimination des
THC
-
32
40
% global d'élimination
des THC
-
-
59
15 mn o2, %
16,14
15,88
16,2
N2, %
75,33
75,09
74,97
co, %
0,052
0,068
0,075
co2, %
1,89
1,92
2,02
THC, ppm
1015
847
565
CH4, ppm
79
83
79
% d'élimination des
THC
-
17
33
% global d'élimination
des THC
-
-
44
40
625 132
On effectue l'autre expérience en utilisant le même mode opé- poudre en suspension dans 250 ml d'une liqueur comprenant ratoire, mais les deux flacons laveurs contiennent 8 g/1 de charbon en 2,52 g/1 de matières solides biologiques. Les résultats sont les _ suivants:
Analyse des vapeurs après lavage par liqueur et charbon combiné
Moment du prélève
Gaz
Initial
Après
Après ment de l'échantillon
1er stade
2e stade
5 mn o2, %
19,18
19,75
20,13
N2, %
77,24
76,74
76,87
co, %
0,059
0,064
0,057
co2, %
1,54
1,48 .
1,27
THC, ppm
1857
784
379
CH4, ppm
49
54
48
% d'élimination des
THC
-
58
52
% global d'élimination
des THC
-
-
80
10 mn o2, %
19,88
19,69
19,37
Nj, %
76,62
76,74
76,99
CO, %
0,064
0,071
0,074
co2, %
1,48
1,57
1,67
THC, ppm
1691
927
508
CH4, ppm
47
51
51
% d'élimination des
THC
-
45
45
% global d'élimination
des THC
-
-
70
15 mn o2, %
19,88
19,18
19,75
N2, %
76,62
77,75
76,74
co, %
0,057
0,052
0,064
co2, %
1,44
1,69
1,45
THC, ppm
1791
1037
543
CH4, ppm
48
53
49
% d'élimination des
THC
-
42
49
% global d'élimination
des THC
-
-
70
Une comparaison des résultats des deux expériences montre que l'efficacité d'élimination globale des THC dans la première expérience décrite est de 59, 59 et 44% pour les échantillons prélevés après 5,10 et 15 mn, et que dans la seconde expérience décrite, l'efficacité d'élimination est de 80, 70 et 70%. Le milieu combiné
charbon et matières solides biologiques a donc une efficacité d'élimination nettement supérieure à celles de quantités essentiellement équivalentes de suspension de charbon et de matières solides biologiques utilisées séparément.
45
R
Claims (8)
1. Procédé d'élimination de substances volatiles organiques et/ou minérales d'un courant gazeux odorant, caractérisé en ce qu'on fait passer le courant gazeux dans au moins un épurateur de gaz comprenant une suspension aqueuse de matières solides biologiques à une concentration comprise entre 50 et 20000 mg/1 et du charbon activé à une concentration comprise entre 50 et 20000 mg/1.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les solides biologiques sont présents à une concentration comprise entre 1000 et 5000mg/1 et que le charbon activé a wie concentration comprise entre 5000 et 16000 mg/1.
2
REVENDICATIONS
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le courant gazeux odorant contient un composé organique oxygéné.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le courant gazeux odorant contient de l'hydrogène sulfuré et/ou un mercaptan.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le courant gazeux odorant contient de l'ammoniac et/ou une amine.
6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le courant gazeux odorant provient d'une opération de conditionnement thermique, de séchage ou d'incinération de boues d'eaux usées.
7. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le courant gazeux odorant provient d'un processus biologique associé au traitement des eaux usées.
8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le courant gazeux odorant provient d'un processus de conditionnement thermique de boues d'eaux usées ou d'un processus d'entraînement de l'ammoniac.
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