FR2915687A1 - Procede et installation pour eliminer les composes volatils, en particulier organiques, dans l'air emis par des stations d'epuration et de traitement de boues. - Google Patents

Abstract

Procédé pour éliminer des composés volatils, en particulier organiques (COV), dans l'air émis par des stations d'épuration d'eaux résiduaires ou usées, et/ou des ateliers de traitement des boues résultant de l'épuration, et/ou des ateliers de traitement de déchets urbains ou industriels, selon lequel: on utilise simultanément deux liquides de lavage non miscibles dont l'un est aqueux et l'autre une huile, non mélangés, non additionnés de composé tensio-actif et contenus dans une cuve unique ; on transfère les deux liquides en tête d'un réacteur à pulvérisation contenant ou non un garnissage ; on pulvérise les deux liquides en gouttelettes de diamètre réduit ; on fait circuler à contre-courant des fluides pulvérisés l'air chargé en composés volatils à absorber ; on recircule le fluide absorbant, et on gère le renouvellement des deux liquides de lavage.

Description

PROCEDE ET INSTALLATION POUR ELIMINER LES COMPOSES VOLATILS, EN

PARTICULIER ORGANIQUES, DANS L'AIR EMIS PAR DES STATIONS D'EPURATION ET DE TRAITEMENT DE BOUES.

L'invention est relative à un procédé pour éliminer les composés volatils en particulier organiques dans l'air émis par des stations d'épuration et/ou des ateliers de traitement des boues, et/ou des ateliers de traitement de déchets. Bien que l'air émis par les stations d'épuration ou les ateliers de traitement des boues soit soumis à un lavage acide et oxydo-basique, des limites ont été observées pour l'absorption de Composés Organiques Volatils, désignés par l'abréviation COV, non méthaniques, qui persistent dans l'air après lavage. De tels composés sont souvent à l'origine de mauvaises odeurs. L'invention vise notamment à fournir un nouveau procédé permettant à la fois d'absorber les composés organiques hydrophiles et hydrophobes. Des rappels sont effectués ci-après pour permettre de situer le problème de l'invention.

Les Composés Organiques Volatils La Directive Européenne 1999/13/CE relative à la réduction des émissions de composés organiques volatils dues à l'utilisation de solvants organiques dans certaines activités et installations, précise que : - un composé organique correspond à tout composé contenant au moins l'élément carbone et un ou plusieurs des éléments suivants : hydrogène, halogène, oxygène, soufre, phosphore, silicium ou azote, à l'exception des oxydes de carbone et des carbonates et bicarbonates inorganiques ; - un composé organique volatil (COV) est tout composé organique ayant une pression de vapeur saturante de 0,01 kPa ou plus à une température de 293,15 K ou ayant une volatilité correspondante dans des conditions d'utilisation particulières. La famille des COV comprend aussi de nombreux composés parmi lesquels on distingue : - des solvants : hydrocarbures aliphatiques (alcanes, huiles), hydrocarbures aromatiques (benzène et dérivés),alcools (éthanol...), cétones (acétone, méthyléthylcétone, méthylisobutylcétone...), esters (acétates d'alkyle), organochlorés (trichloroéthylène, dichlorométhane, chloroforme...) û des plastifiants (phtalates) - des composés azotés (amines, nitriles) - des composés soufrés (mercaptans, sulfures...).

Les odeurs L'odeur est une émanation dans l'air environnant de composés gazeux dits odorants dont les plus célèbres sont le sulfure d'hydrogène et l'ammoniac auxquels il faut ajouter des composés organiques volatils (COV) : azotés (amines), soufrés (mercaptans, sulfures, disulfures...), acides gras volatils, aldéhydes et cétones.

Le contexte réglementaire Le contrôle des émissions de COV revêt une importance à l'échelle internationale suite à la mise en évidence de deux sortes d'effets portant sur la santé humaine ou sur l'environnement. -L'effet direct qu'ils peuvent exercer selon leur nature sur l'homme. Dans ce domaine, les recommandations de l'Organisation Mondiale de la Santé basées sur de nombreuses investigations servent de référence pour les réglementations nationales pour l'amélioration de la qualité de l'air ambiant. Elles concernent plusieurs composés individuels incluant des COV d'après le risque cancérigène, les autres effets néfastes pour la santé humaine et la nuisance olfactive qu'ils engendrent. C'est ainsi que, les COV formaldéhyde, stryrène, tétrachloroéthylène et toluène sont assortis d'une valeur limite d'exposition recommandée correspondant à leur seuil de détection respectif pour maîtriser la nuisance olfactive (World Health Organization, Regional Office for Europe Copenhagen, Air Quality Guidelines for Europe, WHO Regional Publications, European Series, No. 91, 2"d edition (2000) û http://www.euro.who. int). - L'effet indirect observé sur l'environnement. Les COV rejetés dans l'atmosphère participent à de nombreux phénomènes sous l'effet des réactions chimiques radicalaires aux mécanismes complexes. Ils contribuent à la pollution photochimique en déréglant le cycle de Chapman ce qui induit une augmentation de la concentration d'ozone dans la troposphère située entre le sol et 7 à 10 km d'altitude. Il s'ensuit des effets néfastes sur la santé humaine, des dommages sur les biens matériels et des dangers pour les écosystèmes (réchauffement climatique), tous encourus à une échelle dépassant l'échelle locale. Le suivi des émissions de COV au plan Européen est un outil du cadre réglementaire construit suite à la Convention de Genève élaborée en 1979 pour la limitation des flux de pollution transfrontaliers et ratifiée par 49 pays. Dès 1991, le protocole de Gbteborg prononce l'engagement de réduire les émissions de COV non méthaniques. Les développements suivants s'enchaînent : - Au niveau communautaire, La Directive 1999/13/CE du 11 mars 1999 concerne la réduction des émissions de composés organiques volatils dues à l'utilisation de solvants organiques dans une vingtaine de secteurs d'activité. La Directive européenne 2001//1/CE du 23 octobre 2001 fixe des plafonds d'émissions applicables en 2010 pour certains polluants et prévoit notamment une réduction de 40% des émissions globales de COV en France entre 1999 et 2010.

- Au niveau national, L'arrêté du 29 mai 2000 transcrit en droit français la Directive communautaire 1999/13/CE et modifie également l'arrêté du 2 février 1998 relatif aux Installations Classées Pour la Protection de l'Environnement. L'arrêté du 2 mai 2002 porte encore modification à l'arrêté du 2 février 1998 en révisant les valeurs limites d'émission de COV.

Les seuils d'émission autorisés en COV par cette réglementation française sont beaucoup plus élevés que les seuils olfactifs des principaux composés COV odorants rencontrés. Cet écart mesure combien la demande actuelle en terme de désodorisation peut être contraignante.

En effet, depuis la première loi sur l'Air française du 2 août 1961 qui réglemente, de façon générale, les émissions de gaz et d'odeurs, l'arsenal législatif et réglementaire national s'est étoffé jusqu'au Code de l'Environnement du 18 septembre 2000. En particulier, il existe de nombreux textes traitant de la réduction des nuisances olfactives dans les activités liées à l'épuration de l'eau.

Les pouvoirs publics ont d'ailleurs mis en place une politique d'observations de terrains via des expériences pilotes de reconnaissance et de métrologie des odeurs dans plusieurs régions. Si de manière générale, les prescriptions sont encore données à l'échelle locale pour ce qui concerne la plupart des installations industrielles, la parution de l'Arrêté ministériel du 12 février 2003 relatif au secteur de l'équarrissage marque pour la première fois la volonté d'uniformiser les valeurs limites de concentrations d'odeur dans le milieu récepteur à des valeurs très faibles (< 5 UO/m3). Si la réglementation en Europe concernant les émissions d'odeur reste encore nationale ou locale, il n'en reste pas moins que la plupart des pays de "l'Europe des 12" semblent d'ores et déjà harmonisés au niveau d'une valeur limite égale à 5 UO/m3 au niveau du milieu récepteur pour ce qui concerne les émissions d'odeur liées aux activités d'épuration de l'eau. Maîtriser les nuisances olfactives consiste à réduire les odeurs gênantes à la source en demandant aux exploitants et constructeurs d'installations d'adapter leurs procédés de désodorisation.

Conformément au contexte actuel, les garanties de traitement des COV s'expriment non seulement en teneur des rejets en COV mais peuvent aussi considérer des concentrations d'odeur. La difficulté actuelle tient non seulement à la gamme étendue des paramètres considérés (composés particuliers, familles de composés) mais aussi aux valeurs limites actuellement demandées qui peuvent être inférieures aux valeurs atteintes aujourd'hui par les performances des filières de traitement conventionnelles. Lever cette difficulté impose en particulier d'améliorer les filières de traitement de COV conventionnelles en intégrant des technologies dédiées aux polluants émergents tels qu'aldéhydes et cétones, acides gras volatils, amines.

Etat de la technique

1. Les procédés de traitement des COV Les différents procédés dédiés à l'élimination des COV dans l'application de désodorisation appartiennent à deux catégories selon le devenir des COV dans le procédé mis en jeu. - Les techniques de destruction correspondent à des procédés d'oxydation biologiques ou chimiques. Cette catégorie inclut également de 35 nombreux procédés chimiques dits émergents. - Les techniques de transfert englobent les procédés d'absorption en phase liquide assortie dans la plupart des cas de réactions chimiques en phase liquide moyennant l'utilisation de divers réactifs, ainsi que les procédés d'adsorption qui peuvent mettre en jeu différents matériaux solides parmi lesquels le charbon actif est le plus utilisé. D'autres techniques existent s'adressant davantage à l'élimination de COV pour le traitement des émissions gazeuses plus fortement concentrées et pour lesquels la récupération est judicieuse. Il s'agit de la condensation et de la perméation (ADEME, "Pollutions Olfactives û Origine, Legislation, Analyse, Traitement", Technique et Ingénierie, Série Environnement et Sécurité, Dunod, Paris (2005); P. Le Cloirec, "COV (Composés Organiques Volatils)" dans Techniques de l'Ingénieur, Traité Environnement, G1835 (2004); P. Le Cloirec, "Procédés de dépollution des émissions gazeuses industrielles" dans Techniques de l'Ingénieur, Traité Génie des Procédés, J3921 (2005)).

2. Procédés d'absorption des COV L'absorption est l'opération unitaire dont le principe est basé sur le transfert d'une ou de plusieurs espèces gazeuses d'un mélange de gaz dans une phase liquide contenant éventuellement un ou plusieurs réactifs avec le(s)quel(s) le gaz dissous peut réagir. Les applications de l'absorption en lavage de gaz sont nombreuses. Selon la composition de la phase liquide, elles :20 concernent l'élimination des composés H2S, S02, NOx, Cl2, HCI, HF, COV... Dans chaque cas, le transfert de matière a lieu dans un contacteur ou absorbeur. Ses performances globales dépendent des phénomènes mis en jeu tels que : équilibres thermodynamiques à l'interface (solubilités), lois de transport par diffusion dans les phases (diffusivités), lois de transfert au 25 voisinage des interfaces (coefficients de transfert, aires interfaciales), vitesses des réactions chimiques (schémas réactionnels, constantes cinétiques, ordre des réactions). Les contacteurs gaz-liquide utilisés en traitement d'effluents gazeux sont de deux types : colonnes à garnissage ou à plateaux et réacteurs à 30 pulvérisation (colonnes à pulvérisation en pluie et venturis-éjecteurs). Le choix et le dimensionnement de ces réacteurs reposent sur l'application des concepts qui font appel aux phénomènes précédemment cités et couplés aux aspects hydrodynamiques des phases en présence. L'eau est le liquide le plus utilisé pour des raisons pratiques et 35 économiques. Les composés hydrosolubles peuvent ainsi être absorbés. Cependant pour les composés relativement peu solubles dans l'eau, le transfert de matière devient faible et l'application d'une pression ou l'utilisation d'un réactif en phase liquide sont recommandées pour favoriser le potentiel d'échange. Dans les installations de désodorisation, la diversité des molécules odorantes rencontrées conduit à utiliser plusieurs solutions de lavage dans des absorbeurs disposés en série : Solution aqueuse d'acide sulfurique pour piéger l'ammoniac et les amines, Solution aqueuse de soude pour capter les composés acides comme le sulfure d'hydrogène, les mercaptans, les Acides Gras Volatils (AGV), Solution aqueuse d'oxydant chimique, principalement d'hypochlorite mais aussi de peroxyde d'hydrogène, de dioxyde de chlore, de permanganate, d'ozone etc, pour oxyder les composés organiques. II apparaît que ce type conventionnel de filière à trois tours de lavage avec solutions réactives aqueuses produit un abattement variable et limité de la teneur en COV non méthaniques de l'air issu d'ouvrages de traitement d'eau ou de boue. De fait, lorsque les composés à capter sont très peu solubles voire insolubles dans l'eau comme les organochlorés, les alcanes aliphatiques, les composés aromatiques, l'absorption est réalisée dans des solvants organiques lourds de type huiles de silicone, polyéthylèneglycols, hydrocarbures. Ces solvants sont régénérés par désorption physique (détente, chauffage) ou par oxydation et recyclés dans l'installation d'absorption. Cet usage n'a pas cours en traitement d'air rejeté par les activités du secteur de l'environnement. II est réservé à l'élimination de COV des émissions industrielles mais reste marginal (M. Roustan, "Absorption en traitement d'air" dans Techniques de l'Ingénieur, Traité Environnement, G1750 (2004)). Des liquides absorbants de composition plus complexe sont proposés pour améliorer les rendements d'absorption de COV. Par exemple, US 6,277,344 décrit l'utilisation d'un liquide absorbant réactif comprenant en phase aqueuse un peroxyacide et une ou plusieurs huiles essentielles pour l'élimination d'odeurs. US 4,396,405 et US 4,378,235 proposent une méthode et une installation de dépollution de l'air issu de cabines de peinture basées sur l'emploi d'une émulsion aqueuse d'huile minérale élaborée dans le procédé, stabilisée, puis cassée après usage à l'aide de réactifs pour permettre la régénération de l'huile. Cette dernière est réalisée par distillation simultanément à la récupération des COV selon US 4,396,405 et par traitement thermique dans US 4,378,235.

Invention

L'invention a pour but, surtout, de fournir un procédé de traitement qui permet d'éliminer les composés volatils en particulier organiques et non méthaniques dans l'air issu d'ouvrages de traitement d'eau ou de boue, ou tout au moins de réduire considérablement leur teneur. Selon l'invention, le procédé pour éliminer des composés volatils en particulier organiques (COV) dans l'air émis par des stations d'épuration d'eaux résiduaires ou usées, et/ou des ateliers de traitement des boues résultant de l'épuration, et/ou des ateliers de traitement de déchets urbains ou industriels, est caractérisé en ce que : on utilise simultanément deux liquides de lavage non miscibles dont l'un est aqueux et l'autre une huile, non mélangés, non additionnés de composé tensioactif et contenus dans une cuve unique, on transfère les deux liquides en tête d'un réacteur à pulvérisation contenant ou non un garnissage, on pulvérise les deux liquides en gouttelettes de diamètre réduit, et on fait circuler à contre-courant des fluides pulvérisés l'air chargé en composés volatils à absorber, on recircule le fluide absorbant, on gère le renouvellement des deux liquides de lavage.

Le gaz à traiter peut contenir des composés volatils inorganiques et organiques en concentration variable. Sa température dépend des procédés dont il est issu. Elle est en général inférieure à 100 C. Sa pression en entrée du réacteur peut être égale ou supérieure à la pression atmosphérique. A titre indicatif, elle se situe généralement entre 105 et 5.105 Pa.

Le terme huile selon l'invention désigne un composé chimique pur ou un mélange de composés chimiques à l'état liquide à la température d'utilisation et qui ne se mélangent pas à l'eau. Elle peut être d'origine animale, végétale, minérale ou synthétique. De préférence, on choisit une huile répondant aux critères suivants : non miscible à l'eau faible teneur en COV à tension de vapeur faible, de préférence inférieure à 40 mPa à 25 C non toxique 7 bonne stabilité chimique de viscosité faible, de préférence inférieure à 0,06 Pa.s bonne inertie vis-à-vis des composés absorbés bonne stabilité thermique dans le domaine de fonctionnement.

C'est par exemple une huile appartenant aux familles polyéthylèneglycols, silicones, hydrocarbures, paraffines, huiles thermiques, huiles naturelles. Avantageusement, l'huile utilisée est une huile biodégradable répondant aux spécificités énoncées précédemment.

La phase aqueuse peut être de l'eau ou de l'eau additionnée de réactifs. Les réactifs ajoutés sont ceux connus de l'état de l'art antérieur susceptibles de promouvoir le transfert des composés volatils dans l'eau en engendrant une réaction chimique. Ce sont des acides ou des bases inorganiques, des oxydants tels que l'hypochlorite, le peroxyde d'hydrogène, le dioxyde de chlore, le permanganate, l'ozone, des réducteurs tels que le thiosulfate et le bisulfite, des chélatants. Dans ce cas, la sélection de l'huile sera faite en majorant l'importance du critère de stabilité chimique, soit vers des huiles de types silicones ou hydrocarbures saturés. Les deux phases liquides, huile et phase aqueuse constituent le fluide de lavage. Avantageusement, les deux phases liquides, huile et phase aqueuse, sont prélevées à deux niveaux de la cuve unique les contenant par l'action d'une seule ou de deux pompes. Chaque pompe délivre un débit de liquide contrôlé en tête du réacteur de pulvérisation. La composition du fluide de lavage est ainsi maîtrisée. Le liquide est envoyé via des buses de dispersion, dans une tour d'absorption fonctionnant à contre-courant de gaz et de liquide. Les buses sont sélectionnées pour leurs caractéristiques permettant de générer des tailles et des distributions en taille de goutte favorables à la création de grandes surfaces d'échange. Le contacteur gaz-liquide dans lequel a lieu l'absorption peut être tout réacteur avec pulvérisation de liquide de lavage sous forme de gouttes connu de l'état de l'art antérieur et leur combinaison en un seul réacteur : réacteurs à garnissage, réacteurs à pulvérisation incluant les réacteurs à pluie, les réacteurs à pulvérisation transverse, les réacteurs venturi.

Le gaz traité peut être évacué à l'atmosphère après ou non passage dans un coalesceur qui a pour rôle de retenir les gouttelettes éventuellement entraînées. Le fluide liquide absorbant est re-circulé en boucle. Les phases se 5 séparent naturellement dans la cuve de rétention. Le fluide absorbant est utilisé jusqu'à saturation partielle d'un des liquides lorsque qu'aucun procédé de régénération du fluide n'est intégré à la boucle de re-circulation. Dans ce cas, chaque liquide contenant des COV peut être soutiré et remplacé de façon séquencée ou de façon continue. La 10 fréquence de soutirage et le taux de renouvellement sont ajustés selon sa vitesse de saturation, elle-même fonction de la nature des composés absorbés. En particulier, l'huile usée peut être évacuée en station d'épuration, régénérée dans une installation secondaire selon les méthodes chimiques et physiques connues et recyclée dans le procédé ou incinérée. Avantageusement, on met 15 en oeuvre deux circuits de fluide absorbant indépendants pour permettre un renouvellement en alternance de la charge en chaque liquide. Le fluide absorbant est de préférence régénéré en continu ou en discontinu dans un procédé intégré pour permettre une meilleure maîtrise des performances d'élimination des polluants et réduire simultanément la 20 consommation d'eau et d'huile. Ce procédé intégré, objet de l'invention, repose sur l'utilisation d'un séparateur cyclonique éventuellement couplé à un coalesceur pour désorber les composés à partir du fluide absorbant en produisant un flux gazeux de très faible débit. Il fonctionne à partir de la totalité ou d'une fraction du fluide :25 absorbant ou de chaque phase qui le constitue. Le flux liquide ainsi traité est directement prélevé dans la cuve de rétention ou dérivé du circuit de recirculation des liquides absorbants, Avantageusement, le séparateur cyclonique est précédé d'un coalesceur qui a pour rôle de séparer les phases huileuse et aqueuse. La 30 vitesse d'écoulement du fluide dans le coalesceur est alors avantageusement comprise entre 15 et 20 m/h. Généralement, la hauteur du coalesceur est au plus égale à 300 mm. Le flux gazeux issu du séparateur cyclonique est traité selon les techniques connues de destruction ou de récupération en vue d'une valorisation 35 ultérieure des composés volatils collectés. Avantageusement, le flux gazeux produit est évacué et valorisé dans les installations de traitement des eaux, des boues, des déchets.

Le procédé selon l'invention utilise simultanément deux liquides, l'un est aqueux, l'autre est une huile, comme absorbants dans le traitement des gaz pollués ou odeurs issus des industries du traitement des eaux : stations de :5 traitement d'eaux résiduaires urbaines, installations de traitement de boues et de déchets. L'utilisation de ces deux liquides n'inclut ni la mise en oeuvre d'une action spécifique d'élaboration de mélange, ni l'addition de composés chimiques pour stabiliser le fluide absorbant, ni l'addition de composés pour 10 séparer les phases. De façon surprenante, les inventeurs ont trouvé que l'utilisation simultanée de deux liquides absorbants non miscibles tels que l'eau et l'huile, utilisés comme fluide absorbant non stabilisé, permettait d'augmenter de façon sensible les efficacités d'élimination des COV, en particulier les COV non 15 méthaniques comparativement à un absorbant liquide conventionnel de type aqueux. De plus, l'absorption de composés inorganiques tels que le sulfure d'hydrogène ou l'ammoniac se produit également. De plus, la viscosité réduite du fluide nécessite moins d'énergie pour sa mise en oeuvre que pour un absorbant de type huile. De plus, la consommation d'huile est minimisée par 20 rapport aux procédés fonctionnant avec seulement de l'huile comme absorbant. Les gouttelettes produites sont de plus petites tailles et l'aire interfaciale d'échange offerte au transfert de masse est ainsi augmentée. De plus, la surface des gouttes est recouverte d'huile dans un rapport supérieur au rapport des volumes des phases huileuse et aqueuse engagés dès l'utilisation 25 d'un faible taux d'huile. II résulte de l'ensemble de ces phénomènes que le fluide mixte offre un plus large spectre d'absorption de COV que dans le cas de chaque liquide aqueux ou huileux seul. Il permet l'absorption simultanée des composés volatils à caractère lipophile et à caractère hydrophile. Le choix d'une huile répondant aux critères spécifiques précédemment énoncés et permettant 30 une absorption efficace des polluants hydrophobes visés permet d'atteindre des efficacités de traitement élevées pour des conditions économiques de fonctionnement intéressantes. Deux solutions sont envisagées pour la gestion du fluide absorbant. Une première solution consiste à simplement renouveler l'un ou 35 l'autre des liquides en totalité ou partiellement, de façon discontinue ou continue. Le renouvellement des deux liquides peut être effectué en alternance grâce à la séparation naturelle qui s'opère dans la cuve de rétention sans ajout de tensio-actif, et sans ajuster le pH. Il peut de plus être effectué à une fréquence ajustable selon la qualité du gaz à traiter. L'installation de deux circuits de fluide absorbant permet encore d'offrir une plus grande flexibilité dans le fonctionnement du procédé. L'huile usée est évacuée, régénérée et :5 recyclée dans le procédé ou valorisée, ou incinérée. Cette dernière solution trouve son application économique dans le traitement de gros débits de gaz faiblement pollués tels que ceux issus des stations de traitement d'eaux résiduaires urbaines. En effet dans ce cas le coût de régénération par les procédés conventionnels (mécaniques ou thermiques) devient prohibitif. 10 Une seconde solution consiste à mettre en oeuvre une régénération du fluide absorbant dans un procédé physique intégré fonctionnant en continu ou en discontinu. Ce procédé met en jeu une séparation cyclonique du gaz et du liquide à déconcentrer en composés volatils avec éventuellement en amont un coalesceur dans le cas ou le système de régénération est alimenté en fluide 15 absorbant composé des deux phases liquides aqueuse et huileuse. Cette solution permet de réduire les consommations et réduit le risque de dépasser les concentrations limites en composés volatils au rejet. En effet, les inventeurs ont découvert de façon surprenante que le passage du fluide absorbant chargé en composés volatils produit la désorption 20 de ces derniers sous l'effet de la dépression créée dans le coeur du cyclone résultant de la vitesse du fluide liquide. Le fluide absorbant mixte ou aqueux ou huileux régénéré est évacué en souverse tandis que le très faible flux gazeux produit à l'évent est dirigé vers un traitement ultérieur de destruction ou de récupération selon les techniques connues de l'état de l'art comme l'oxydation 25 chimique, la condensation. Cette application du cyclone se distingue de ses applications connues que sont la séparation de particules et d'air, la séparation de deux liquides. En amont du système de désorption, une séparation fine de l'huile et de l'eau peut être effectuée par utilisation d'un coalesceur, en particulier selon 30 le Certificat d'addition français n 2 190 741 déposé le 30 juin 1972 sous n 72 23768 et publié le 1' février 1974, qui permet de traiter directement des émulsions dites primaires. La vitesse d'écoulement dans le coalesceur est comprise entre 15 et 20 m/h. La hauteur classique des coalesceurs est comprise entre 250 mm et 350 mm, avantageusement voisine de 300 mm. Pour 35 cette seconde solution, les volumes d'huile utilisés sont réduits.

Installation L'invention est également relative à une installation pour éliminer des composés volatils en particulier organiques (COV) dans l'air émis par des stations d'épuration d'eaux résiduaires ou usées, et/ou des ateliers de :5 traitement des boues résultant de l'épuration, et/ou des ateliers de traitement de déchets urbains ou industriels, mettant en oeuvre un procédé tel que défini précédemment, caractérisée en ce que l'on utilise simultanément deux liquides de lavage non miscibles dont l'un est aqueux et l'autre huileux, non mélangés, non additionnés de composé tensio-actif et alimentant en circuit fermé à partir 10 d'un réservoir unique un réacteur à pulvérisation contenant ou non un garnissage et dans lequel le gaz à dépolluer circule à contre-courant. De préférence, le réacteur à pulvérisation est muni de buses de dispersion choisies pour donner des gouttelettes de diamètre réduit, inférieur à 2 mm. 15 L'installation peut comporter une cuve prévue pour contenir les deux liquides de lavage, solution aqueuse en zone basse et huile en zone haute, sans ajout de tensio-actif ni mélange. Avantageusement, l'aspiration de l'huile est réalisée par une pompe prélevant en zone haute de la cuve, tandis que l'aspiration de la phase aqueuse est réalisée par une pompe en partie basse de 20 la cuve. Les deux fluides régulés en débit alimentent les buses de dispersion via deux canalisations séparées ou une canalisation commune. L'installation peut comporter un circuit de régénération placé en dérivation de la cuve d'alimentation. Ce dernier est alimenté par une canalisation qui peut être reliée à la cuve d'alimentation du réacteur à deux 25 niveaux pour le prélèvement d'un liquide ou de l'autre par une pompe reliée à un coalesceur, lequel est relié par une canalisation, à la partie supérieure d'un hydrocyclone et par une canalisation de retour à la cuve de rétention du liquide. Une canalisation entre l'hydrocyclone et la cuve de rétention permet le retour du liquide désorbé. 30 L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autresdispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation de l'invention qui est décrit avec référence au dessin annexé, mais qui n'est nullement limitatif. 35 La Figure unique est un schéma d'une installation mettant en oeuvre le procédé de l'invention.

En se reportant à Figure 1, on peut voir une installation pour traiter, selon le procédé de l'invention, de l'air pollué en COV arrivant par une canalisation 1. L'air pollué en COV est émis par une station d'épuration (non représentée) d 'eaux résiduaires urbaines ou industrielles, ou par un atelier de traitement des boues d'une telle station (non représenté). Cet air pollué a généralement été soumis à un lavage acide et oxydo-basique avant d'arriver, par la canalisation 1, en partie basse d'une colonne ou tour de pulvérisation. La tour est dépourvue de tout garnissage intérieur et comporte, en partie haute, une sortie 2 d'air épuré des composés volatils reliée à un coalesceur (non représenté) et des buses 3 de pulvérisation. Les buses 3 sont choisies pour donner des gouttelettes de diamètre réduit, inférieur à 2 mm. Une cuve 4, ou réservoir de rétention, schématiquement représentée, est prévu pour contenir les deux liquides de lavage, solution aqueuse en zone basse et huile en zone haute, sans ajout de tensio-actif ni mélange. L'aspiration de l'huile est réalisée par la pompe 5 prélevant en partie haute du bassin. L'aspiration de la phase aqueuse est réalisée par la pompe 6 en partie basse du bassin. Les deux fluides régulés en débit par les débitmètres 7 et 8 alimentent les buses de dispersion en 3 via deux canalisations séparées 9a et 9b.

Une canalisation 10 est reliée au fond de la cuve 4 à deux niveaux pour le prélèvement d'un liquide et/ou de l'autre par une pompe 11. La sortie de la pompe 11 est reliée par une canalisation 12 au coalesceur 13. Le coalesceur 13 est relié, en partie haute, par une canalisation 15 à la partie supérieure d'un hydrocyclone 16, et par une canalisation 14 à la partie supérieure de la cuve de rétention 4. Le point de départ de la canalisation 14 sur le coalesceur 13 est plus bas que le point de départ de la canalisation 15. L'hydrocyclone 16 est alimenté en partie haute par la canalisation 15 venant du coalesceur. La souverse de l'hydrocyclone retourne par la canalisation 17 en partie supérieure du réservoir de rétention 4.

La surverse de l'hydrocyclone est reliée par la canalisation 18 à un condenseur 20 qui permet de récupérer à sa sortie 21 les COV condensés sous forme liquide. Une sortie 22 permet de purger le liquide usagé. Une conduite de purge 19, munie d'une vanne 23, est reliée à la :35 cuve ou bassin de rétention 4 à un niveau variable et se dirige vers l'égout.

Plusieurs variantes d'installation peuvent être envisagées.

Selon une variante, une injection de réactifs à la phase aqueuse est réalisée dans la canalisation en aval de la pompe 6. Selon une autre variante, le coalesceur est alimenté simultanément à partir des deux niveaux de prélèvements et la canalisation 12 est directement :5 reliée à l'entrée de l'hydrocyclone. Selon une autre variante dans laquelle la régénération est effectuée de façon séquencée par exemple, deux circuits de recirculation liquide sont installés pour offrir une meilleure flexibilité dans la régénération en alternance des deux phases liquides contenues dans la même cuve. 10 Selon une autre variante, les canalisations 9a et 9b se rejoignent en une canalisation commune qui alimente les buses de dispersion 3. Selon une autre variante, un garnissage est disposé dans le réacteur sur une partie de la hauteur. Selon une autre variante, le réacteur comprend un venturi en partie 15 basse. Selon une autre variante, la pompe 11 est connectée à la canalisation 19 en aval de la vanne 23. Selon une autre variante, l'organe 20 est un réacteur d'oxydation ou d'absorption. 20 Selon une autre variante, une injection de réactifs est réalisée dans la canalisation 15 en amont de l'hydrocyclone. Selon une variante, l'hydrocyclone 16 est directement alimenté par la canalisation 12 et l'installation ne comporte pas de coalesceur 13. Selon une autre variante, l'installation ne comprend pas le circuit de 25 régénération incluant les organes 13, 16 et 20. Selon une autre variante, l'air pollué est refroidi en amont de la canalisation 1. Les condensats collectés sont traités. Selon une autre variante, le liquide contenu dans l'hydrocyclone est réchauffé en amont de l'hydrocyclone ou dans l'hydrocyclone. 30 Selon une autre variante, l'air pollué sert à réchauffer le liquide en amont de l'hydrocyclone ou dans l'hydrocyclone en intégrant en particulier un système échangeur de chaleur.

Exemples de mise en oeuvre de l'invention. 35 L'installation permet par exemple d'appliquer les deux modes opératoires décrits précédemment aux deux cas suivants.

Dans un premier cas, correspondant au traitement de débits de gaz très importants et faiblement pollués, issus des stations de traitement d'eau résiduaire urbaine, le fluide absorbant usé est évacué par la vidange 19 et incinéré ou éventuellement renvoyé en station d'épuration lorsqu'il est saturé en COV. Dans un deuxième cas, correspondant au traitement de gaz ayant des teneurs en COV plus élevées, une régénération intégrée erg-ce est mise en place en continue. Dans ce deuxième cas, l'émulsion est par exemple séparée grâce à l'utilisation d'un coalesceur 13 constitué d'un lit de billes de résines oléophiles. Le traitement de l'huile et de l'eau ainsi séparées est fait en circuit dérivé au circuit du fluide absorbant à l'aide du séparateur cyclonique 16. Les COV sont récupérés en sortie par l'utilisation du condenseur 20.

EXEMPLES

1. Protocole opératoire lève et 2ème série

Soit 20 Litres d'un mélange d'huile de tournesol et d'eau dans un rapport volumique 50/50. Ces 20 Litres sont recirculés en circuit fermé sur une colonne de pulvérisation avec un débit d'environ 230 L/h soit une vitesse d'injection de l'ordre de 14 m/s. L'air à traiter est préparé en injectant de l'air dans une colonne de désorption remplie de composé sous forme liquide. Le débit de gaz est fixé à 2 m3/h, soit une vitesse de 0. 14 m/s. Il est injecté à contre-courant du liquide. La température de l'air varie entre 27 et 30 C. L'efficacité d'épuration est mesurée après 30 minutes de fonctionnement.

1ère série : Mise en évidence de l'amélioration du taux d'absorption des composés hydrophobes Composé Concentration Taux d'absorption Taux d'absorption g/m3 dans l'eau % dans le mélange huile- eau % Toluène 0, 35 2,1 84,1 Isovaléraldéhyde 0,66 3,5 70,0 n-heptane 0,25 2, 4 56,130 2ème série : Effet de la nature de l'huile sur l'absorption du toluène (concentration du gaz à traiter 0,35 g/m3) Huile Taux d'absorption dans le mélange huile-eau % Huile de tournesol 84,1 Polyalphaoléfine 54,5 Huile de vaseline 65,1 Polyéthylène glycol dibutyl éther 68,2 II. Comparaison des installations de traitement de l'air issu de sécheurs thermiques de boues

Sur la base des mesures de coefficient de partage, l'application de la 10 modélisation du procédé d'absorption avec émulsion à 10% d'huile de tournesol montre que ce dernier pourrait éliminer 99% des COV non méthaniques contenus dans l'air à 20 C rejeté par un atelier de séchage de boues avec une installation : • De dimensions utiles : 0,9 m de diamètre, 4,1 m de hauteur 15 • Fonctionnant avec un rapport des débits liquide et gazeux égal à 20 L de liquide par m3 de gaz traité

Pour comparaison, la colonne à garnissage pour l'absorption à l'eau seule capable de produire le même rendement d'abattement des COV serait conçue 20 comme suit : • Dimensions utiles : 2,3 m de diamètre, 9,5 m de hauteur • Rapport des débits liquides et gazeux égal à 75 L de liquide par m3 de gaz traité

25 La comparaison de ces résultats démontre l'intérêt technique du nouveau procédé.5

Claims (25)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour éliminer des composés volatils, en particulier organiques (COV), dans l'air émis par des stations d'épuration d'eaux résiduaires ou usées, et/ou des ateliers de traitement des boues résultant de l'épuration, et/ou des ateliers de traitement de déchets urbains ou industriels, caractérisé en ce que : - on utilise simultanément deux liquides de lavage non miscibles dont l'un est aqueux et l'autre une huile, non mélangés, non additionnés de composé tensio-actif et contenus dans une cuve unique, l0 - on transfère les deux liquides en tête d'un réacteur à pulvérisation contenant ou non un garnissage, - on pulvérise les deux liquides en gouttelettes de diamètre réduit, - et on fait circuler à contre-courant des fluides pulvérisés l'air chargé en composés volatils à absorber, 15 - on recircule le fluide absorbant, - on gère le renouvellement des deux liquides de lavage.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'huile est un composé chimique pur ou un mélange de composés chimiques à l'état liquide à 20 la température d'utilisation et qui ne se mélangent pas à l'eau, cette huile étant d'origine animale, végétale, minérale ou synthétique.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'huile répond aux critères suivants : 25 non miscible à l'eau faible teneur en COV à tension de vapeur faible, de préférence inférieure à 40 mPa à 25 C non toxique bonne stabilité chimique 30 de viscosité faible, de préférence inférieure à 0,06 Pa.s bonne inertie vis-à-vis des composés absorbés bonne stabilité thermique dans le domaine de fonctionnement.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'huile appartient aux 35 familles polyéthylèneglycols, silicones, hydrocarbures, paraffines, huiles thermiques, huiles naturelles.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'huile utilisée est une huile biodégradable.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la phase aqueuse est constituée d'eau additionnée de réactifs susceptibles de promouvoir le transfert des composés volatils dans l'eau en engendrant une réaction chimique.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les réactifs sont choisis parmi les acides ou les bases inorganiques, les oxydants tels que l'hypochlorite, le peroxyde d'hydrogène, le dioxyde de chlore, le permanganate, l'ozone, des réducteurs tels que le thiosulfate et le bisulfite, des chélatants.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'huile est choisie 15 parmi des huiles de types silicones ou hydrocarbures saturés.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux phases liquides, huile et phase aqueuse, qui constituent le fluide de lavage sont prélevées à deux niveaux d'une cuve unique les 20 contenant.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les deux phases liquides, huile et phase aqueuse, sont prélevées par l'action de deux pompes, chaque pompe délivrant un débit de liquide contrôlé en tête du réacteur de 25 pulvérisation.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide est envoyé via des buses de dispersion, dans une tour d'absorption fonctionnant à contre-courant de gaz et de liquide.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les buses sont sélectionnées pour leurs caractéristiques permettant de générer des gouttelettes de diamètre réduit, inférieur à 2 mm. 30 35

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz traité est évacué à l'atmosphère après passage dans un coalesceur qui a pour rôle de retenir les gouttelettes éventuellement entraînées.

14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide liquide absorbant est re-circulé en boucle, les phases se séparent naturellement dans une cuve de rétention. 10

15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre deux circuits de fluide absorbant indépendants pour permettre un renouvellement en alternance de la charge en chaque liquide. 15

16. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide absorbant est régénéré par utilisation d'un séparateur cyclonique (16) pour désorber les composés à partir du fluide absorbant en produisant un flux gazeux de très faible débit. 20

17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que le séparateur cyclonique est précédé d'un coalesceur (13) qui a pour rôle de séparer les phases huileuse et aqueuse.

18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que la vitesse 25 d'écoulement du fluide dans le coalesceur (13) est comprise entre 15 et 20m/h.

19. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température du gaz à traiter est inférieure à 100 C et que sa pression en entrée du réacteur se situe entre 105 et 5. 105 Pa. 30

20. Installation pour éliminer des composés volatils, en particulier organiques (COV), dans l'air émis par des stations d'épuration d'eaux résiduaires ou usées, et/ou des ateliers de traitement des boues résultant de l'épuration, et/ou des ateliers de traitement de déchets urbains ou industriels, mettant en oeuvre un 35 procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'on utilise simultanément deux liquides de lavage non miscibles dont l'un est aqueux et l'autre huileux, non mélangés, non additionnés de composé5tensio-actif et alimentant en circuit fermé à partir d'un réservoir unique (4) un réacteur de pulvérisation contenant ou non un garnissage et dans lequel le gaz à dépolluer circule à contre-courant.

21. Installation selon la revendication 20, caractérisée en ce que le réacteur à pulvérisation est muni de buses de dispersion (3) choisies pour donner des gouttelettes de diamètre réduit, inférieur à 2 mm.

22. Installation selon la revendication 20 ou 21, caractérisée en ce qu'elle comporte une cuve (4) prévue pour contenir les deux liquides de lavage, solution aqueuse en zone basse et huile en zone haute, sans ajout de tensio-actif ni mélange.

23. Installation selon la revendication 22, caractérisée en ce que l'aspiration de 1.5 l'huile est réalisée par une pompe (5) prélevant en zone haute de la cuve (4), tandis que l'aspiration de la phase aqueuse est réalisée par une pompe (6) en partie basse de la cuve (4).

24. Installation selon la revendication 23, caractérisée en ce que les deux 20 fluides sont régulés en débit par des débitmètres (7, 8) et alimentent les buses de dispersion (3) via deux canalisations séparées (9a, 9b) ou une canalisation commune.

25. Installation selon l'une quelconque des revendications 20 à 23, caractérisée 25 en ce qu' une canalisation (12) est reliée au fond du réacteur à deux niveaux pour le prélèvement d'un liquide par une pompe (11) reliée à un coalesceur (13), lequel est relié, en partie haute, à la partie supérieure d'un hydrocyclone (16) par une canalisation (15). 30