FR3009686A1 - Procede d'elimination d'hydrogene sulfure dans une installation de stockage de dechets non dangereux - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'élimination d'hydrogène sulfuré dans une installation de stockage de déchets non dangereux comprenant une enceinte de stockage de déchets non dangereux, ledit procédé comprenant une étape d'humidification desdits déchets par injection d'un liquide dans ladite enceinte de stockage, ledit liquide étant additionné d'un composé ferrique choisi dans le groupe constitué des sels de fer, oxydes de fer, hydroxydes de fer et leur combinaison.
Description
La présente invention concerne un procédé d'élimination d'hydrogène sulfuré (H2S) dans une installation de stockage de déchets non dangereux, en particulier une installation de stockage de déchets non dangereux en mode bioréacteur.
En France, les ISDND (Installations de Stockage des Déchets Non Dangereux) permettent la production de biogaz. On parle alors de stockage en mode bioréacteur. Les ISDND sont constituées d'enceintes de stockage, encore appelées casiers ou alvéoles, dans lesquelles sont stockés les massifs de déchets solides. Chaque enceinte est généralement recouverte d'une couverture, de préférence étanche, afin de favoriser le processus de digestion anaérobie. Ce processus, encore appelé méthanisation, permet la dégradation des matières organiques par des bactéries. Le biogaz, produit par ce processus, est généralement récupéré et valorisé afin de générer de l'énergie exportable. Le stockage en mode bioréacteur, tel qu'il est entendu dans la réglementation européenne et française, consiste en une maîtrise et une accélération des processus de dégradation des déchets dans une enceinte confinée par le contrôle par exemple de l'humidité au sein des déchets. Pour produire un maximum de biogaz, il faut ainsi assurer aux déchets une teneur en eau constante, généralement fournie dans l'enceinte de déchets au moyen d'un système d'injection de liquide.
Le biogaz généré est essentiellement composé de méthane, de dioxyde de carbone, d'azote mais également, en proportions plus réduites, d'oxygène et d'hydrogène sulfuré. La concentration en hydrogène sulfuré, dans le biogaz généré dans une installation de stockage de déchets, dépend du type de déchet stocké, des cinétiques de réactions bactériennes dans le massif et d'autres facteurs. L'hydrogène sulfuré est un élément polluant et toxique. Son élimination est ainsi nécessaire pour des raisons de santé et de sécurité, mais également pour des raisons environnementales. L'hydrogène sulfuré est un inhibiteur de bactéries méthanogènes, ce qui diminue par conséquence le rendement de la digestion anaérobie. Ce composé très corrosif a un impact sur toutes les installations techniques des sites de stockage.
Enfin, c'est un gaz odorant caractérisé par le dégagement d'une forte odeur nauséabonde, même à de faibles concentrations. Ces odeurs sont un problème pour les riverains et menacent de plus en plus les installations de stockage existantes.
A l'état actuel, des procédés d'élimination de l'hydrogène sulfuré ex situ ont été développés, notamment adaptés à des digesteurs anaérobies, c'est-à-dire des digesteurs utilisés dans les procédés de digestion anaérobie pour le traitement des boues des eaux usées.
Il existe par exemple des procédés permettant d'éliminer l'hydrogène sulfuré en remplissant un réacteur circulaire d'oxydes de fer, d'hydroxydes de fer ou d'oxydes de zinc et en injectant le biogaz dans ce réacteur. Cette réaction est endothermique et nécessite une température de 25°C à 50°C.
Un autre procédé d'élimination de l'hydrogène sulfuré concerne l'adsorption de ce composé sur du charbon actif en présence d'oxygène, le charbon étant en général imprégné d'iodure de potassium ou d'acide sulfurique qui accélèrent la vitesse de réaction.
En revanche, l'élimination de l'hydrogène sulfuré ne se fait qu'à l'extérieur de l'installation de stockage, provoquant des risques toxiques et l'apparition d'odeurs caractérisant l'hydrogène sulfuré. Le transport du biogaz hors du site induit également des risques de corrosion du matériel de transport ainsi que du site de stockage de déchets. Le biogaz est ainsi traité avant d'être valorisé sur les installations techniques du site comme les moteurs biogaz ou turbines ou chaudières. Ces installations sont très sensibles à la présence d'H2S et il convient de le réduire pour augmenter leur durée de vie. Par conséquent, il existe un réel besoin de procédés permettant l'élimination in situ, directement dans l'enceinte de stockage de déchets, de l'hydrogène sulfuré généré par les déchets dans une installation de stockage de déchets non dangereux.
Le but de la présente invention est donc de pallier les inconvénients précités inhérents à ce composé toxique et corrosif en proposant un procédé simple d'élimination in situ de l'hydrogène sulfuré généré par les déchets dans une installation de stockage de déchets non dangereux.
Il est ainsi du mérite des inventeurs d'avoir trouvé qu'il était possible d'éliminer in situ, dans un massif de déchets solides, l'hydrogène sulfuré en additionnant un composé ferrique choisi parmi les sels de fer, oxydes de fer et/ou hydroxydes de fer au liquide injecté pour l'humidification des déchets dans l'enceinte de stockage de déchets.
Un objet de l'invention est donc un procédé d'élimination d'hydrogène sulfuré dans une installation de stockage de déchets, notamment non dangereux comprenant une enceinte de stockage de déchets, ledit procédé comprenant une étape d'humidification desdits déchets par injection d'un liquide dans ladite enceinte de stockage, ledit liquide étant additionné d'un composé ferrique choisi dans le groupe constitué des sels de fer, oxydes de fer, hydroxydes de fer et leurs combinaisons. On entend ici par « liquide », tous les types de liquides, notamment aqueux, connus par l'homme du métier et pouvant être injectés dans l'enceinte de stockage de déchets de manière à humidifier les déchets et à favoriser une digestion anaérobie. De tels liquides peuvent être de toute provenance et de toute nature. Ce sont par exemple des lixiviats, traités ou non, notamment récupérés de l'enceinte de stockage de déchets, ou des eaux diverses comme des eaux de pluie, de nappe ou de réseau.
Selon l'invention, le liquide destiné à l'humidification des déchets est additionné d'un composé ferrique choisi dans le groupe constitué des sels de fer, oxydes de fer, hydroxydes de fer et leur combinaison. De manière avantageuse, ledit composé est choisi dans le groupe constitué de Fe2O3, Fe(OH)3, sulfate de fer et/ou FeC13. De préférence, le composé est du FeC13 ou du Fe(OH)3 et de préférence encore, il s'agit du Fe(OH)3. Ceci permet la formation in situ d'un précipitât avec l'hydrogène sulfuré qui reste sous forme solide dans l'enceinte de stockage de déchets. Le taux d'hydrogène sulfuré contenu dans le biogaz récupéré est ainsi sensiblement réduit.
Grâce à l'ajout du composé ferrique dans le liquide d'humidification, celui-ci est distribué uniformément dans toute la zone humidifiée par le liquide. Ainsi, la précipitation mise en place selon le procédé de l'invention entre le composé ferrique et l'hydrogène sulfuré est effectuée in situ, c'est-à-dire directement dans l'enceinte de stockage, à l'endroit où est généré le biogaz. La formation d'un composé solide dans l'enceinte de stockage permet de réduire, voire de supprimer, le risque de corrosion engendré par une mise en contact entre l'hydrogène sulfuré et le matériel ou l'installation de stockage. De plus, le procédé selon l'invention permet de diminuer les risques environnementaux, l'hydrogène sulfuré restant à l'intérieur de l'enceinte de stockage. Le composé ferrique est avantageusement de 1"hydroxyde de fer. Ce composé, de pH neutre, permet d'avoir une teneur réduite en sels dans les lixiviats et permet ainsi d'être en conformité avec les normes environnementales. L'utilisation d'hydroxyde fer limite également la corrosion des matériaux de l'installation de stockage et permet de transformer les déchets stockés sans risquer d'avoir une teneur en chlore trop élevée. Les composés ferriques susceptibles d'être additionnés au liquide destiné à l'humidification des déchets sont disponibles dans le commerce ou peuvent être obtenus par tout type de pocédé connu par l'homme du métier. Il peut par exemple être issu de sous produits d'une déferrisation d'eau, notamment des boues produites lors d'une telle déferrisation.
La concentration en composé ferrique dans le liquide d'humidification est avantageusement de 0,5 à 5 g de fer / litre de liquide, de préférence de 1 à 2 g de fer / litre de liquide. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le composé ferrique est additionné au liquide destiné à l'humidification des déchets sous forme sèche, de préférence sous forme de poudre. De manière avantageuse, ladite poudre a un diamètre moyen défini par analyse de diffraction laser sur poudre selon la norme NF ISO 13320- 1:1999, comme inférieur ou égale à 0,5 mm. La distribution granulométrique est avantageusement la suivante : < 0,063 mm 5 à 35 % 0,063 - 0,160 mm 20 à 65 % 0,160 - 0,250 mm 5 à 35 % 0,250 - 0,315 mm <10 % 0,315 - 0,5 mm <15% > 0,5 mm <10% Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, 70% au moins des 5 particules de poudre ont un diamètre moyen inférieur à 10 microns, de préférence encore 90%. Selon une variante, on prépare d'abord un liquide concentré en fer qui est ensuite ajouté au liquide d'humidification. Ce liquide concentré est préparé par mise en 10 suspension du composé ferrique dans un liquide, qui est généralement le même que le liquide d'humidification des déchets. Le liquide d'humidification peut être additionné en continu ou de manière discontinue de composé ferrique. L'injection en composé ferrique accompagne la 15 nécessaire hydratation du massif en anérobie. Ainsi, dans un mode de réalisation, l'addition en composé ferrique est effectuée de manière discontinue, avantageusement de manière régulière. De manière avantageuse, l'addition du composé ferrique au liquide d'injection est effectuée de manière hebdomadaire, de préférence de manière journalière. 20 L'homme du métier saura adapter la quantité de composé ferrique à additionner notamment en fonction de la quantité d'hydrogène sulfuré, de la concentration en fer du composé ferrique ainsi que de la fréquence d'injection et du débit d'injection par m2. 25 Dans un mode de réalisation particulier, on utilisera de l'hydroxyde de fer ayant avantageusement une concentration en fer de 330 g de fer / kg de matière sèche, et qui est mis en suspension dans le même liquide que le liquide d'humidification. Ce liquide concentré est ensuite ajouté au liquide d'humidification et envoyé dans le réseau d'injection. Le débit d'injection est avantageusement d'environ 2,5 à 51/h par m2.
Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend une étape de mesure de la quantité d'hydrogène sulfuré contenu dans le biogaz généré par lesdits déchets et/ou une étape de mesure de la quantité de fer résiduel dans les lixiviats issus du massif de déchets pour permettre l'ajustement du dosage et/ou de la fréquence d'injection du liquide additionné du composé dans l'enceinte de stockage de déchets.
Ceci permet d'augmenter l'efficacité de l'élimination de l'hydrogène sulfuré en ajustant la quantité de composé ferrique additionné au liquide destiné à humidifier les déchets en fonction de la quantité d'hydrogène sulfuré résiduel. De manière avantageuse, une étape pourra, de façon non limitative, être effectuée en mesurant instantanément l'hydrogène sulfuré dans le système d'aspiration du biogaz, par exemple dans des puits de biogaz, et/ou en mesurant la quantité de fer résiduel dans les lixiviats issus du massif de déchets, un seuil prédeterminé de fer, par exemple 5 mg/1 de fer, permettant d'indiquer l'efficacité de l'élimination de l'hydrogène sulfuré.
Dans ce mode de réalisation, la quantité et/ou fréquence d'addition en composé ferrique seront adaptées en fonction du résultat de la mesure de la teneur en hydrogène sulfuré.
Ainsi, le procédé de l'invention comprend selon ce mode de réalisation en outre une étape de mesure instantanée de la teneur en hydrogène sulfuré du biogaz produit et/ou de la teneur en fer résiduel dans les lixiviats issus des déchets, et une étape d'adaptation de la quantité et/ou la fréquence d'addition en composé ferrique.
L'injection de liquide dans l'enceinte de stockage de déchets peut être effectuée au moyen de tout système d'injection connu par l'homme du métier.
Il peut ainsi s'agir d'un système d'injection par puits verticaux. Des puits verticaux peuvent être réalisés à travers les déchets sur toute la hauteur de l'enceinte de stockage, et sont généralement remplis de matériaux granulaires drainants favorisant l'écoulement du liquide vers la base de l'enceinte de stockage.
Un autre type de système d'injection pouvant être utilisé selon la présente invention est l'injection par tranchées horizontales. Ce système est constitué d'une ou de plusieurs lignes d'injection en PEHD (Poly Ethylène Haute Densité) placées dans une tranchée, laquelle est recouverte par un géotextile et remplie de matériau granulaire drainant entourant le ou les lignes d'injection. Les lignes d'injection comportent des ouvertures permettant au liquide de s'épandre dans la tranchée, puis, par gravité, vers le bas de la couche de déchets. Un système d'injection particulièrement adapté à la présente invention consiste en un système d'injection de liquide comprenant un réseau de lignes d'injection horizontales comportant des ouvertures permettant l'injection de liquide dans l'enceinte de stockage de déchets. Le réseau est de manière avantageuse situé en partie supérieure d'une couche de déchets. Ce mode de réalisation particulier de système d'injection peut comprendre avantageusement des dispositifs limiteurs de débit au niveau des ouvertures faisant passer le liquide d'injection du système d'injection à l'enceinte de stockage de déchets à un débit prédéfini et régulier à chaque ouverture et quelque soit la pression appliquée au système d'injection. Un tel dispositif limiteur de débit a donc pour but de freiner la circulation du liquide dans la ligne d'injection et de réduire ainsi la pression d'alimentation. Le liquide additionné du composé sort du dispositif limiteur de débit sous forme d'écoulement goutte-à-goutte lent. Une alimentation continue et homogène en composé est ainsi fournie, permettant une élimination efficace de l'hydrogène sulfuré. Selon ce mode de réalisation particulier de l'invention, une poudre dont 70% au moins des particules ont une granulométrie inférieure à 10 microns, de préférence encore 90%, peut avantageusement être utilisée.
L'homme du métier saura adapter le système d'injection en fonction de l'humidification à fournir aux déchets et de l'élimination de l'hydrogène sulfuré à effectuer. Dans le cadre d'un système d'injection de liquide comprenant un réseau de lignes d'injection horizontales tel que décrit ci-dessus, il pourra ainsi par exemple adapter le nombre de lignes d'injection du réseau et/ou le nombre d'ouvertures, comprenant ou non des dispositifs limiteurs de débit, sur les lignes d'injection. Les lignes d'injection peuvent par exemple être espacées de 0,5 à 2 m, de préférence de 2 m. Dans le cas où les ouvertures comportent des dispositifs limiteurs de débit, les lignes d'injection peuvent comprendre par exemple un dispositif limiteur de débit tous les 0,5 à 2 m, de préférence tous les 2 m.
L'étape de mélange entre le liquide et le composé est généralement effectuée en amont du système d'injection, de manière avantageuse dans un bac de mélange adapté au volume de liquide et de composé à injecter dans les déchets. Le bac de mélange peut par exemple être adapté à recevoir un volume de 200 à 3000 litres. Le mélange du liquide et du composé, de préférence sous forme de poudre, peut être effectué manuellement ou automatiquement. De manière avantageuse, le bac de mélange peut comprendre une pompe doseuse, au moins un capteur et/ou débitmètre. Le liquide d'injection additionné de composé ferrique peut ainsi être dosé au moyen d'une pompe doseuse dans la tuyauterie du système d'injection du liquide vers le massif de déchets.
Le biogaz généré par la décomposition anaérobie des déchets peut être récupéré par tout système, apte à permettre une telle récupération, connu par l'homme du métier. Un tel système pourra par exemple comprendre des puits verticaux remplis ou non de matériaux drainants, avec un maillage d'environ un puits tous les 30 mètres.
Selon un mode particulier de l'invention, le liquide est en outre injecté dans le système d'aspiration de biogaz au moyen d'un système d'injection supplémentaire, de préférence au moyen d'au moins une buse de pulvérisation. Le procédé selon l'invention permet de réduire, voire d'éliminer, la quantité d'hydrogène sulfuré, composé toxique et polluant, directement dans l'installation de stockage de déchets non dangereux en générant un précipitât solide restant dans l'enceinte de stockage. Ce procédé permet ainsi d'améliorer la qualité du biogaz généré par les déchets, et de réduire les odeurs inhérentes à l'hydrogène sulfuré. Ce procédé permet en outre d'éviter qu'un procédé d'élimination de l'hydrogène sulfuré soit mis en place ultérieurement et de façon externe à l'enceinte de stockage de déchets.
Naturellement, d'autres modes de réalisation auraient pu être envisagés par l'homme du métier sans pour autant sortir du cadre de l'invention définie par les revendications ci-après.
Claims (8)
- REVENDICATIONS1. Procédé d'élimination d'hydrogène sulfuré dans une installation de stockage de déchets non dangereux comprenant une enceinte de stockage de déchets non dangereux, ledit procédé comprenant une étape d'humidification desdits déchets par injection d'un liquide dans ladite enceinte de stockage, ledit liquide étant additionné d'un composé ferrique choisi dans le groupe constitué des sels de fer, oxydes de fer, hydroxydes de fer et leur combinaison.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit composé ferrique est choisi dans le groupe constitué de Fe203, Fe(OH)3, sulfate de fer et/ou FeC13.
- 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit composé ferrique est un hydroxyde de fer.
- 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit composé ferrique est additionné dans une quantité comprise entre 0,5 et 5 g de fer / litre de liquide.
- 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit composé ferrique est additionné sous forme de poudre, de préférence sous forme de poudre ayant un diamètre moyen inférieur à 0,5 mm.
- 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que 70% au moins des 25 particules de poudre ont un diamètre moyen inférieur à 10 microns, de préférence encore 90%.
- 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de mesure de la quantité d'hydrogène sulfuré contenu dans le biogaz généré par 30 lesdits déchets et/ou une étape de mesure de la quantité de fer résiduel dans les lixiviats issus des déchets pour permettre l'ajustement du dosage et/ou de la fréquence d'injection dudit liquide additionné dudit composé dans ladite enceinte de stockage dedéchets.
- 8. Procédé selon l'une de revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le liquide est injecté au moyen d'un système d'injection comprenant un réseau de lignes d'injection horizontales comportant des ouvertures permettant l'injection de liquide dans l'enceinte de stockage de déchets, ledit système d'injection comprenant au niveau desdites ouvertures des dispositifs limiteurs de débit faisant passer le liquide d'injection du système d'injection à l'enceinte de stockage de déchets à un débit prédéfini et régulier à chaque ouverture et quelque soit la pression appliquée au système d'injection.
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- 2013-08-19 FR FR1358053A patent/FR3009686B1/fr active Active
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