WO1997041080A1 - Methode de traitement de residus solides de la purge des systemes d'epuration des gaz par voie humide - Google Patents

Methode de traitement de residus solides de la purge des systemes d'epuration des gaz par voie humide Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to processes for the purification of gases by the wet route, and more particularly to the treatment of solid residues by salt purges generated by such processes.
  • This deconcentration purge is treated in a water treatment installation leading, on the one hand, to a solid residue often called a filter cake which contains the solid particles captured in the washer as well as the compounds precipitated during the neutralization of the acid compounds and during the treatment of the purge and other bet in a rejection of purified water containing the salts remained soluble during the neutralization and the treatment of the purge.
  • a solid residue often called a filter cake which contains the solid particles captured in the washer as well as the compounds precipitated during the neutralization of the acid compounds and during the treatment of the purge and other bet in a rejection of purified water containing the salts remained soluble during the neutralization and the treatment of the purge.
  • This is particularly the case for calcium chloride, sodium chloride and sodium sulfate.
  • a first solution consists in evaporating this rejection by crystallizing the salts which can be reused in industry. This of course requires a very effective and therefore expensive water treatment.
  • the evaporated water is condensed and returned to the washer as make-up water.
  • I t is a question of limiting both the overall soluble fraction (therefore the soluble salts) and specific fractions, especially heavy metals.
  • Another solution consists in no longer purifying the gases by the wet route but by the dry or semi-dry route. In the dry process, a solid powdered reagent is injected into the smoke, for example slaked lime.
  • This powder reacts with acidic compounds and is captured with fly ash in a bag filter or an electro-filter placed downstream of the injection point.
  • the gas-solid reaction is less efficient than the wet reaction, part of the reagent remains unused and therefore increases the amount of residues.
  • the solid residue obtained is composed of fly ash, neutralization compounds and excess reagent. This solid residue must be stabilized before being stored in a landfill, which represents a high stabilization and landfill cost.
  • the procedure is analogous by injecting a concentrated solution of reagent into a spray dryer where the gases to be purified are brought into contact with the atomized reagent in fine droplets. These are dried by evaporation with the gases to be purified.
  • the reaction between the reagent and the acidic compounds is improved and a baghouse filter or electrostatic precipitator placed downstream collects the fly ash, the reaction products and the unreacted reagent.
  • the solid residue thus obtained is analogous to that obtained by the dry route; it also poses the same technical and economic problem.
  • the present invention aims to eliminate the drawbacks of known methods by combining the intrinsically superior performance of wet systems with a total absence of water discharge. It represents a major advance in that it combines two wastes, one solid and the other liquid, each requiring treatment to make it a stabilized residue capable of being directly landfilled.
  • the process is characterized in that: a) incorporating, for example. in a high-energy mixer, the solids to be stabilized, additives allowing solidification, for example. hydraulic binders, and b) water coming at least partly from the concentration up to a content of between 30 and 70% of water, eg. by evaporation, saline liquid purges from the wet system.
  • FIG. 1 gives a schematic representation of the process which is the subject of the invention.
  • a high energy mixer (5) which can be a vertical axis mixer of a type known for the manufacture of concrete.
  • the purges (8) of the wet treatment system (13) are previously neutralized in a tank (14) using a neutralizing agent (1 1) so as to give a flow (10) which will be concentrated in a unit (9) which can be an evaporator so as to give a flow (2) which contains all of the
  • the wet cleaning system (13) purifies gases from acid compounds such as HC1. HF, S0 2 .
  • a neutralizing reagent is generally injected into the washing line, except possibly in the case of highly soluble acid gases such as HCl.
  • a deconcentration purge, most often acid, makes it possible to extract the salts and other compounds trapped in the washer. According to the invention, this purge is not treated with a view to rejection into the aquatic environment, but it is simply neutralized with a reagent (1 1) preferably chosen from the family of hydroxides of alkali or alkaline earth metals, alkali or alkaline earth carbonates or hydrogen carbonates, reagent which can be the same as that used in the wet scrubber.
  • a complexing agent (12) can be added to improve the characteristics of the final product (7) with regard to leaching.
  • the neutralized purge is brought to a water concentration of between 30 to 70% of water by weight, and preferably from 40 to 60%, in a unit (9) for example consisting of a evaporator, so as to be able to introduce this liquid which contains all of the salts from the purge (8) into the mixing device (5), as part or all of the water necessary for the incorporation and stabilization.
  • This incorporation and stabilization step is carried out for example in a mixer, for example of the planetary and high energy type, which receives on the one hand solid residues to be stabilized (1) and the liquid (2) from the concentration step above and on the other hand, any additives (3) (for example lime, sand or the like), a hydraulic binder (3) (for example Portland cement with a proportion of between 0.2 at 0.8 kg per kg of residue) and any additional water (2a).
  • a mixer for example of the planetary and high energy type, which receives on the one hand solid residues to be stabilized (1) and the liquid (2) from the concentration step above and on the other hand, any additives (3) (for example lime, sand or the like), a hydraulic binder (3) (for example Portland cement with a proportion of between 0.2 at 0.8 kg per kg of residue) and any additional water (2a).
  • any additives (3) for example lime, sand or the like
  • a hydraulic binder (3) for example Portland cement with a proportion of between 0.2 at 0.8 kg per kg of residue
  • the calcium chloride generated during neutralization also provides a beneficial effect when the solidification stage solidifies.
  • Fly ash collected by the dust extractor electrostatic filter located upstream of the wet scrubber must be stabilized taking into account their soluble fraction and usefully constitute the solid residue (1) to be stabilized.
  • the evaporation step is not necessary and may be omitted.
  • the neutralized purge (10) is directly supplied with (5), in full.

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Abstract

L'invention a pour objet un perfectionnement au traitement de résidus solides par la purge saline générée par des procédés d'épuration de gaz par voie humide. Pour cela le procédé comporte une étape de neutralisation de la purge, une étape de concentration de la purge et une étape d'incorporation de cette purge concentrée aux résidus solides à stabiliser et à des adjuvants et à des liants hydrauliques en vue d'obtenir une prise en masse donnant un résidu stabilisé pouvant être mis directement en décharge. Ces trois étapes sont étroitement imbriquées et peuvent éventuellement être combinées ensemble. L'invention utilise ainsi deux résidus à traiter, l'un solide, l'autre liquide (la purge) pour en faire un seul résidu stabilisé. Le procédé s'applique en particulier au traitement de cendres volantes d'installations d'incinération d'ordures ménagères équipées d'un système humide d'épuration des fumées par la purge liquide de ce dernier.

Description

METHODE DE TRAITEMEN T DE RESIDUS SOLIDES " DE LA PURGE. DES SYSTEMES D'EPURATION DES GAZ PAR VOI E HUMI DE
DOMA I NE. DE L'I NVENTION La présente invention se réfère aux procédés d'épuration des gaz par voie humide, et plus particulièrement au traitement de résidus solides par des purges salines générées par de tels procédés.
ETAT PC L'ART Très souvent les installations d'épuration des gaz doivent assurer la captation de composés acides tels que HCI. HF, S02, notamment dans le cas des fumées émises par des procédés de combustion.
Pour cela on met fréquemment en oeuvre des procédés d'épuration des gaz par voie humide. Dans de tels procédés les gaz à épurer sont mis en contact dans un laveur humide avec un liquide de lavage dans lequel les composés acides sont dissous ; ces composés acides peuvent être en même temps neutralisés lorsqu'on introduit dans le liquide de lavage des hydroxydes ou carbonates alcalins comme la chaux, le calcaire, la soude. Il en résulte des sels très peu solubles comme le fluorure de calcium, peu solubles comme le gypse ou très solubles comme les chlorures. Le liquide de lavage est ainsi enrichi en sels et autres composés captés dans le laveur ; une purge de déconcentration permet l'évacuation régulière de ces composés. Cette purge de déconcentration est traitée dans une installation de traitement d'eau aboutissant d'une part à un résidu solide souvent appelé gâteau de filtration qui contient les particules solides captées dans le laveur ainsi que les composés précipités lors de la neutralisation des composés acides et lors du traitement de la purge et d'autre pari à un rejet d'eau épurée contenant les sels restés solubles lors de la neutralisation et du traitement de la purge. C'est le cas en particulier du chlorure de calcium, du chlorure de sodium et du sulfate de sodium. Lorsque le milieu aquatique du site considéré ne peut pas accepter un le! rejet, il est nécessaire de mettre en oeuvre une voie dite sans rejet. Une première solution consiste à évaporer ce rejet en cristallisant les sels qui peuvent être réutilisés dans l'industrie. Ceci impose bien entendu un traitement d'eau très efficace et donc coûteux. L'eau évaporée est condensée et renvoyée au laveur comme appoint d'eau. U n'est cependant pas toujours possible de réutiliser ces sels dans des conditions techniques et économiques satisfaisantes, ni de les stocker en décharge. En effet, sauf dans le cas de décharge souterraine en mine de sel, il est nécessaire de stabiliser les résidus avant de les stocker en décharge, de manière à limiter la fraction lixiviablc dans les conditions du test de lixiviation spécifié dans la réglementation applicable. I l s'agit de limiter à la fois la fraction soluble globale (donc ies sels solubles) et des fractions spécifiques, métaux lourds notamment. Une autre solution consiste à ne plus épurer les gaz par voie humide mais par voie sèche ou semi-sèche. Dans la voie sèche on injecte dans les fumées un réactif solide en poudre, par exemple de la chaux éteinte. Cette poudie réagit avec les composés acides et est captée avec les cendres volantes dans un filtre à manche ou un éleclrofiltre placé en aval du point d'injection. Comme la réaction gaz-solide est moins efficace que la réaction en voie humide, une partie du réactif reste inutilisé et augmente d'autant la quantité de résidus. Le résidu solide obtenu est composé des cendres volantes, des composés de neutralisation et l'excès de réactif. Ce résidu solide doit être stabilisé avant d'être stocké en décharge, ce qui représente un coût de stabilisation et de mise en décharge élevé. Dans la voie semi-sèche on procède de manière analogue en injectant une solution concentrée de réactif dans un sécheur-atomiseur où les gaz à épurer sont mis en contact avec le réactif atomisé en fines gouttelettes. Celles-ci sont séchées par évaporation par les gaz à épurer. La réaction entre le réactif et les composés acides est améliorée et un dépoussiéreur filtre à manche ou électrofiltre placé en aval capte les cendres volantes, les produits de réaction et le réactif non réagit. Le résidu solide ainsi obtenu est analogue à celui obtenu en voie sèche ; il pose aussi le même problème technique el économique.
Différents procédés de stabilisation ont été proposés. Il a été proposé de procéder à un traitement thermique de vitrification. L'inconvénient d'une telle méthode est, outre son coût, qu'elle ne résout pas le problème des sels solubles puisque les composés acides MCI et S02 se retrouvent dans les fumées générée dans le four de vitrification et que la purge liquide inhérente aux systèmes humides reste à traiter. Il a également été proposé des traitements de stabilisation soit par des liants hydrauliques de type ciment (par ex FR-2714316) , soit pat- enrobage par des substances bitumineuses. Ces procédés peuvent traiter des résidus de voie sèche ou semi-sèche, mais les quantités et les coûts de traitement sont très élevés. Ces procèdes ne règlent pas non plus le problème de la purge liquide. En voie humide, il a également été propose d'utiliser la purge acide d'une épuration humide (FR-2547210) pour réaliser une opération de lixiviation en phase acide. L'inconvénient d'une telle approche est l'utilisation d'un liquide riche en métaux lourds et autres éléments captés dans épuration liumide; il n'est alors pas possible sans une forte consommation d'eau neuve d'obtenir de bonnes propriétés de lixiviation des résidus et ceci se traduit nécessairement par une purge liquide finale importante. Il a enfin été proposé dans le brevet FR-2642327 de mettre en contact de manière intégrée à l'épuration des gaz par voie humide les résidus à traiter avec les liquides le lavage utilises dans celte épuration des gaz, à les déshydrater et à retourner les liquides ainsi collectés au bac de lavage principal. La purge liquide finale avec les sels solubles n'est donc aucunement évitée.
DESCRIPTION SOMMAIRE DR L'INVENTION
La présente invention vise à supprimer les inconvénients des méthodes connues en combinant les performances intrinsèquement supérieures des systèmes humides avec une absence totale de rejet d'eau. Elle représente une avancée majeure en ce que elle combine deux déchets, l'un solide et l'autre liquide nécessitant chacun traitement pour en faire un résidu stabilisé propre à être mis directement en décharge.
Pour cela, il s'agit de faire réagir dans un mélangeur à haute énergie le résidu à traiter et la purge des systèmes humides concentrée à un niveau tel que l'eau apportée par cette dernière corresponde à la quantité requise pour réaliser la prise en masse après adjonction des additifs. Suivant l'invention le procédé est caractérisé en ce que : a) on incorpore, par ex. dans un mélangeur à haute énergie, les solides à stabiliser, des additifs permettant la prise en masse, par ex. des liants hydrauliques, et b) de l'eau provenant au moins pour partie de la concentration jusqu'à une teneur comprise entre 30 et 70% d'eau, par ex. par évaporation, des purges liquides salines du système humide. Une meilleure compréhension de l'invention peut être obtenue en se référant à la description détaillée suivante en liaison avec la figure 1 qui donne une représentation schématique du procédé objet de l'invention.
Ainsi les résidus à traiter (1), le flux (2) provenant de la concentration des purges, un additif (3) permettant la prise en masse ainsi que d'éventuels autres additifs (4) permettant une meilleure stabilisation du résidu sont introduits dans un mélangeur à haute énergie (5) pouvant être un malaxeur à axe vertical d'un lype connu pour la fabrication du béton. Les purges (8) du système de traitement humide ( 13) sont préalablement neutralisées dans un bac ( 14) à l'aide d'un agent de neutralisation ( 1 1) de façon à donner un flux ( 10) qui sera concentré dans une unité (9) pouvant être un évaporateur de façon à donner un flux (2) qui contient la totalité des
"sels contenus dans la purge (8) et apportant au plus la quantité d'eau nécessaire à la bonne fabrication des blocs (7).
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Le système d'épuration par voie humide ( 13) épure les gaz des composés acides tels que HC1. HF, S02. Un réactif de neutralisation est en général injecté dans la ligne de lavage, sauf éventuellement dans le cas de gaz acides très solubles comme HCI. Une purge de déconcentration, acide le plus souvent, permet d'extraire les sels et autres composés captés dans le laveur. Suivant l'invention celte purge n'est pas traitée en vue d'un rejet dans le milieu aquatique, mais elle est simplement neutralisée avec un réactif (1 1 ) choisi de préférence dans la famille des hydroxydes de métaux alcalins ou alcalino-terreux, carbonates ou hydrogénυcarbonates alcalins ou alcalino-terreux, réactif qui peut être le même que celui utilisé dans le laveur humide. Un complexant (12) peut être ajouté pour améliorer les caractéristiques du produit final (7) au regard de la lixiviation. Ensuite, suivant l'invention, la purge neutralisée est portée à une concentration en eau comprise entre 30 à 70% d'eau en poids, et de préférence de 40 à 60%, dans une unité (9) par exemple constituée d'un évaporateur, de manière à pouvoir introduire ce liquide qui contient la totalité des sels de la purge (8) dans le dispositif de mélangeage (5), comme une partie ou la totalité de l'eau nécessaire à l'étape d'incorporation et de stabilisation. Cette étape d'incorporation et de stabilisation est réalisée par exemple dans un mélangeur, par exemple de type planétaire et à haute énergie, qui reçoit d'une part des résidus solides à stabiliser ( 1 ) et le liquide (2) issu de l'étape de concentration ci avant et d'autre part, des adjuvants éventuels (3) (par exemple de la chaux, du sable ou équivalents), un liant hydraulique (3) (par exemple du ciment Portland avec une proportion comprise entre 0,2 à 0,8 kg par kg de résidu) el un appoint d'eau éventuel (2a). Après mélange, le matériau ainsi élaboré est coulé dans des moules (6) pour former des blocs (7) pouvant être directement mis en décharge, ou bien coulé en couches. Dans une variante préférée concernant les usines d'incinération d'ordures ménagères, il est très attractif en termes de coût et d'efficacité d'utiliser la chaux pour neutraliser les composés acides constitués essentiellement de HCI. Le chlorure de calcium généré lors de la neutralisation apporte de plus un effet bénéfique lors de la prise en masse de l'étape de solidification. Les cendres volantes récupérées par l'électrofiltre dépoussiéreur situé en amont du laveur humide doivent être stabilisées compte tenu de leur fraction soluble et constituent utilement le résidu solide ( 1 ) à slabiliser.
Dans une autre variante, où un composé à base de calcium est utilisé comme agent de neutralisation dans le laveur, on peut exploiter le fait connu que des solutions de chlorure de calcium suffisamment concentrées prennent en masse après refroidissement pour pousser la concentration réalisée dans (9) jusqu'à un niveau suffisant pour obtenir la solidification, et à utiliser ultérieurement et de manière séparée les blocs de CaCl2 obtenus, comme flux (2) à l'étape d'incorporation/solidification. L'eau nécessaire esl alors apportée en (2a) à cette étape.
Dans une autre variante, on pourra combiner l'étape d'évaporation et l'étape d'incorporation des différents produits dans un seul appareil combinant les fonctions de (5) et (9) pouvant être un sécheur malaxeur, par exemple.
Dans une autre variante, dans laquelle les conditions opératoires du système humide d'épuration des fumées sont telles que l'étape de concentration n'est plus utile, car. par exemple la seule saturation des gaz par le laveur suffit à apporter la concentration souhaitée, l'étape d'évaporation n'est pas nécessaire et pourra être omise. Auquel cas la purge neutralisée ( 10) est directement alimentée en (5), en totalité.
L'utilisation de deux flux qui seraient normalement des résidus, liquide (la purge d'un laveur) ou solide (le résidu à stabiliser) qui nécessiteraient chacun un traitement coûteux, pour les combiner de manière à en faire un seul résidu stabilisé constitue un progrès important sur l'état de l'art actuel et constitue l'un des éléments novateurs de cette invention.

Claims

REVENDICATIONS î ) Procédé pour le traitement de résidus solides par la purge liquide provenant d'un système d'épuration des gaz par voie humide ( 13) comportant une étape de concentration des purges (9) et une étape d'incorporation des résidus dans un dispositif de mélange à haute énergie (5), caractérisé en ce que : a) la purge (8) est neutralisée d'une manière en soi connue à l'aide d'un agent de neutralisation choisi de préférence parmi la famille constituée des hydroxydes des métaux alcalins ou alcalino-terreux, les carbonates ou hydrogénocarbonales alcalins ou alcalino- terreux dans un bac (14) et/ou en amont dans le laveur (13), b) la purge neutralisée est évaporée d'une manière en soi connue jusqu'à une teneur de 30 à 70% d'eau en poids, et de préférence de 40 à 60% dans une unité (9) pouvant être un évaporateur, c) les solides à stabiliser (1 ) sont mélangés à la purge concentrée, à un additif (3) permettant la prise en masse d'une manière en soi connue et pouvant être du ciment Porlland dans une proportion comprise entre 0.2 à 0.8 kg par kg de résidus, dans une unité de mélangeage à haute énergie.
2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que un agent complexant (12) est ajouté à l'étape de neutralisation.
3) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que un adjuvant (4) pouvant être de la chaux, du sable ou de la silice est ajouté au mélangeur (5)
4) Procède selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que de l'eau neuve (2a) est ajoutée au mélangeur (5)
5) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les résidus ( 1 ) sont constitués par les cendres volantes provenant des gaz à épurer et captées en amont dudit système humide d'épuration (13). 6) Procédé selon l'une des revendications I à 5 caractérisé en ce que l'étape d'évaporation et d'incorporations des additifs et adjuvants est réalisée dans un seul et même appareil combinant les fonctions de (5) et (9) et pouvant être un sécheur malaxeur, par exemple.
7) Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 et caractérisé en ce que les conditions opératoires du système d'épuration (13) sont telles que l'étape de concentration (9) n'est pas nécessaire les purges liquides pouvant alors être incorporées en totalité au mélangeur (5).
8) Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 et caractérisé en ce que : a) l'évaporation réalisée dans (9) est poussée jusqu'à obtention d'un flux (2) se solidifiant naturellement par refroidissement, b) le solide (2) ainsi obtenu est réutilisé de manière ultérieure et séparée dans une unité de mélangeage (5).
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