WO2008152222A2 - 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

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 Download PDF

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Sylvie Baig
Gilles Hebrard
Romuald Tatin
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Degremont
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Definitions

  • the invention relates to a process for eliminating volatile compounds, in particular organic compounds (VOCs), in the air in which:
  • VOCs organic compounds
  • the two liquids are transferred to the top of a spray reactor containing or not a packing
  • the absorbent fluid is recirculated, the renewal of the two washing liquors is managed.
  • a method of this kind is known, especially from EP 0073171 which concerns mainly the chemical production sector.
  • the invention is directed to a method that is well adapted to removing volatile compounds, in particular organic compounds, in the air emitted by wastewater treatment plants and / or sludge treatment plants, and / or waste treatment plants.
  • VOC. Volatile Organic Compounds
  • the aim of the invention is in particular to provide a novel process that makes it possible to absorb both hydrophilic and hydrophobic organic compounds.
  • an organic compound corresponds to any compound containing at least the carbon element and one or more of the following elements: hydrogen, halogen, oxygen, sulfur, phosphorus, silicon or nitrogen, with the exception of carbon oxides and inorganic carbonates and bicarbonates;
  • a volatile organic compound is any organic compound having a saturation vapor pressure of 0.01 kPa or more at a temperature of 293.15 K or having a corresponding volatility under particular conditions of use.
  • the VOC family also includes many compounds among which we distinguish:
  • solvents aliphatic hydrocarbons (alkanes, oils), aromatic hydrocarbons (benzene and derivatives), alcohols (ethanol, etc.), ketones (acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, etc.), esters (alkyl acetates), organochlorines ( trichlorethylene, dichloromethane, chloroform ).
  • Nitrogen compounds amines, nitriles
  • sulfur compounds mercaptans, sulphides
  • odorous The odor is an emanation into the surrounding air of gaseous compounds called "odorous", the most famous are hydrogen sulphide and ammonia to which must be added volatile organic compounds (VOCs): nitrogen (amines), sulfur (mercaptans, sulphides, disulfides %), volatile fatty acids, aldehydes and ketones.
  • VOCs volatile organic compounds
  • the Regulatory Context VOC emission control is of international importance following the identification of two types of effects on human health or the environment.
  • VOCs released into the atmosphere participate in many phenomena under the effect of radical chemical reactions to complex mechanisms. They contribute to photochemical pollution by disrupting the cycle of
  • Chapman which induces an increase in the concentration of ozone in the troposphere between the ground and 7 to 10 km altitude. This results in adverse effects on human health, damage to physical assets and hazards to ecosystems (global warming), all incurred on a scale that goes beyond the local scale.
  • the European Directive 2001 // 1 / EC of 23 October 2001 sets emission ceilings applicable in 2010 for certain pollutants and provides for a 40% reduction in global VOC emissions in France between 1999 and 2010.
  • Controlling odor nuisances consists in reducing nuisance odors at the source by asking the operators and constructors of installations to adapt their deodorization processes.
  • VOC treatment guarantees are not only expressed as VOC content, but can also consider odor levels.
  • the current difficulty lies not only in the wide range of parameters considered (particular compounds, families of compounds) but also in currently requested limit values which may be lower than the values currently attained by the performance of conventional treatment systems.
  • this challenge requires improvement of conventional VOC treatment by integrating technologies dedicated to emerging pollutants such as aldehydes and ketones, volatile fatty acids, and amines.
  • the destruction techniques correspond to biological or chemical oxidation processes. This category also includes many so-called emerging chemical processes.
  • VOC absorption processes Absorption is the unit operation whose principle is based on the transfer of one or more gaseous species from a mixture of gases into a liquid phase optionally containing one or more reagents with the (s) which gas (s) can react.
  • the applications of gas wash absorption are numerous. According to the composition of the liquid phase, they concern the elimination of the compounds H 2 S, SO 2 , NO x, Cl 2 , HCl, HF, VOC ... In each case, the transfer of material takes place in a contactor or absorber .
  • thermodynamic equilibria at the interface solubilities
  • diffusion transport laws in the phases diffusivities
  • transfer laws near the interfaces transfer coefficients, interfacial areas
  • chemical reaction rates reaction schemes, constants kinetics, order of reactions.
  • gas-liquid contactors used in the treatment of gaseous effluents are of two types: packed or tray columns and spray reactors (rain spray columns and venturis ejectors).
  • spray reactors rain spray columns and venturis ejectors. The choice and dimensioning of these reactors is based on the application of concepts that call upon the phenomena previously mentioned and coupled to the hydrodynamic aspects of the phases involved.
  • Water is the most used liquid for practical and economical reasons.
  • the water-soluble compounds can thus be absorbed.
  • the transfer of material becomes weak and the application of pressure or the use of a reagent in the liquid phase is recommended to promote the exchange potential.
  • the diversity of the odorous molecules encountered leads to the use of several washing solutions in absorbers arranged in series: an aqueous solution of sulfuric acid for trapping ammonia and amines,
  • Aqueous solution of sodium hydroxide to capture acid compounds such as hydrogen sulphide, mercaptans, volatile fatty acids (AGV),
  • Aqueous solution of chemical oxidant mainly hypochlorite but also hydrogen peroxide, chlorine dioxide, permanganate, ozone etc, to oxidize organic compounds.
  • the aim of the invention is, above all, to provide a treatment method which makes it possible to eliminate volatile compounds, in particular organic and non-methane compounds, in the air coming from water treatment or mud treatment plants, or at least to significantly reduce their content.
  • the process for eliminating volatile compounds, in particular organic compounds (VOCs), in the air according to which:
  • the two liquids are transferred to the top of a spray reactor containing or not a packing
  • the absorbent fluid is recirculated
  • the treated air is the air emitted by sewage or wastewater treatment plants, and / or the sludge treatment workshops resulting from the purification, and / or the urban or industrial waste treatment workshops , the two washing liquors are unmixed, not supplemented with surfactant compound, and are sprayed into droplets of reduced diameter,
  • the oil is a pure chemical compound or a mixture of chemical compounds in the liquid state at the temperature of use and which do not mix with water, this oil being of animal, vegetable, mineral origin or synthetic.
  • the vapor pressure of the oil is less than 40 mPa at 25 ° C, and its viscosity is preferably less than 0.06 Pa.s.
  • the gas to be treated may contain inorganic and organic volatile compounds in varying concentration. Its temperature depends on the processes from which it comes. It is generally less than 100 ° C. Its inlet pressure of the reactor may be equal to or greater than atmospheric pressure. As an indication, it is generally between 10 5 and 5.10 5 Pa.
  • the term "oil” of the invention refers to a pure chemical compound or a mixture of chemical compounds in the liquid state at the temperature of use and which do not mix with water. It can be of animal, vegetable, mineral or synthetic origin.
  • the oil used is a biodegradable oil meeting the specificities set out above.
  • the aqueous phase may be water or water added with reagents.
  • the reagents added are those known from the state of the prior art capable of promoting the transfer of volatile compounds into water by generating a chemical reaction. These are acids or bases inorganic oxidants such as hypochlorite, hydrogen peroxide, chlorine dioxide, permanganate, ozone, reducing agents such as thiosulfate and bisulphite, chelants.
  • the selection of the oil will be made by increasing the importance of the criterion of chemical stability, either towards oils of silicone or saturated hydrocarbon types.
  • the two liquid phases, oil and aqueous phase constitute the washing fluid.
  • the two liquid phases, oil and aqueous phase are taken at two levels of the single vessel containing them by the action of one or two pumps.
  • Each pump delivers a flow of controlled liquid at the top of the spray reactor. The composition of the washing fluid is thus controlled.
  • the liquid is sent via dispersion nozzles into an absorption tower operating countercurrently with gas and liquid.
  • the nozzles are selected for their characteristics making it possible to generate sizes and distributions in drop size favorable to the creation of large exchange surfaces.
  • the gas-liquid contactor in which the absorption takes place may be any reactor with a spray of washing liquid in the form of drops known from the state of the prior art and their combination in a single reactor: packed reactors, jet reactors spraying including rain reactors, transverse spray reactors, venturi reactors.
  • the treated gas can be evacuated to the atmosphere after or not in a coalescer whose role is to retain the droplets possibly entrained.
  • the absorbing liquid fluid is re-circulated in a loop.
  • the phases naturally separate in the holding tank.
  • each VOC-containing liquid can be withdrawn and replaced sequentially or continuously.
  • the withdrawal frequency and the rate of renewal are adjusted according to its saturation speed, itself depending on the nature of the absorbed compounds.
  • the used oil can be discharged to the treatment plant, regenerated in a secondary installation according to known chemical and physical methods and recycled in the process or incinerated.
  • it is two independent absorbent fluid circuits are used to allow an alternating renewal of the charge in each liquid.
  • the absorbent fluid is preferably regenerated continuously or discontinuously in an integrated process to allow better control of pollutant removal performance and simultaneously reduce water and oil consumption.
  • This integrated process which is the subject of the invention, relies on the use of a cyclonic separator optionally coupled to a coalescer for desorbing the compounds from the absorbing fluid by producing a gas flow of very low flow rate. It operates from all or a fraction of the absorbent fluid or each phase that constitutes it.
  • the liquid stream thus treated is directly taken from the holding tank or derived from the recirculation circuit of the absorbent liquids,
  • the cyclonic separator is preceded by a coalescer whose role is to separate the oily and aqueous phases.
  • the flow velocity of the fluid in the coalescer is then advantageously between 15 and 20 m / h.
  • the height of the coalescer is at most equal to 300 mm.
  • the gas stream from the cyclonic separator is treated according to known destruction or recovery techniques for subsequent recovery of volatile compounds collected.
  • the gas stream produced is evacuated and recovered in water treatment plants, sludge, waste.
  • the process according to the invention simultaneously uses two liquids, one is aqueous, the other is an oil, as absorbents in the treatment of polluted gases or odors from the water treatment industries: urban wastewater treatment plants , sludge and waste treatment facilities.
  • the use of these two liquids does not include either the implementation of a specific mixing action, the addition of chemical compounds to stabilize the absorbent fluid, or the addition of compounds to separate the phases.
  • the inventors have found that the simultaneous use of two immiscible absorbent liquids such as water and oil, used as unstabilized absorbent fluid, makes it possible to appreciably increase the VOC elimination efficiencies. , in particular non-VOCs methanic compared to a conventional aqueous liquid absorbent.
  • absorption of inorganic compounds such as hydrogen sulfide or ammonia also occurs.
  • the reduced viscosity of the fluid requires less energy for its implementation than for an oil-type absorbent.
  • oil consumption is minimized compared to processes operating with only oil as an absorbent.
  • the droplets produced are smaller and the interfacial exchange area offered for mass transfer is thus increased.
  • the surface of the drops is covered with oil in a ratio greater than the ratio of the volumes of the oily and aqueous phases involved when using a low level of oil.
  • the mixed fluid offers a wider VOC absorption spectrum than in the case of each aqueous or oily liquid alone. It allows the simultaneous absorption of volatile compounds of a lipophilic and hydrophilic nature.
  • the choice of an oil meeting the specific criteria previously stated and allowing efficient absorption of the targeted hydrophobic pollutants makes it possible to achieve high treatment efficiencies for advantageous economic operating conditions.
  • a first solution consists in simply renewing one or other of the liquids in whole or in part, discontinuously or continuously.
  • the renewal of the two liquids can be carried out alternately thanks to the natural separation which takes place in the holding tank without the addition of surfactant, and without adjusting the pH. It can also be performed at an adjustable frequency according to the quality of the gas to be treated.
  • the installation of two absorbent fluid circuits still allows greater flexibility in the operation of the process.
  • the used oil is evacuated, regenerated and recycled in the process or recovered or incinerated.
  • the latter solution finds its economic application in the treatment of large flows of slightly polluted gas such as those from urban wastewater treatment plants. Indeed in this case the regeneration cost by conventional methods (mechanical or thermal) becomes prohibitive.
  • a second solution is to implement a regeneration of the absorbent fluid in an integrated physical process operating continuously or discontinuously.
  • This process involves a cyclonic separation of the gas and the liquid to be deconcentrated in volatile compounds with possibly upstream coalescer in the case where the regeneration system is supplied with fluid absorbent composed of the two aqueous and oily liquid phases.
  • This solution reduces consumption and reduces the risk of exceeding the volatile concentration limits at discharge.
  • the inventors have surprisingly discovered that the passage of the absorbent fluid loaded with volatile compounds produces the desorption of the latter under the effect of the depression created in the heart of the cyclone resulting from the speed of the liquid fluid.
  • the regenerated mixed or aqueous or oily absorbent fluid is evacuated while the very small gas flow produced at the vent is directed to a subsequent destruction or recovery treatment according to the techniques known from the state of the art such as the chemical oxidation, condensation.
  • This application of the cyclone differs from its known applications that are the separation of particles and air, the separation of two liquids.
  • a fine separation of the oil and water can be carried out using a coalescer, in particular according to the French Certificate of Addition No. 2 190 741 filed June 30, 1972 under n ° 72 23768 and published on 1 February 1974 that directly address the so-called primary emulsions.
  • the flow rate in the coalescer is between 15 and 20 m / h.
  • the conventional height of the coalesceurs is between 250 mm and 350 mm, preferably close to 300 mm. For this second solution, the oil volumes used are reduced.
  • the invention also relates to an installation for eliminating volatile organic compounds (VOC) in particular in the air emitted by sewage or wastewater treatment plants, and / or sludge treatment plants resulting from the purification, and / or urban or industrial waste treatment workshops, implementing a process as defined above, characterized in that two immiscible washing liquors, one of which is aqueous, and the other, are used simultaneously.
  • VOC volatile organic compounds
  • other oily, unmixed, not supplemented with surfactant compound and supplying in closed circuit from a single tank a spray reactor containing or not a lining and wherein the gas to be cleaned circulates against the current.
  • the spray reactor is provided with dispersion nozzles chosen to give droplets of reduced diameter, less than 2 mm.
  • the installation may comprise a tank designed to contain the two washing liquids, aqueous solution in the low zone and oil in the upper zone, without addition of surfactant or mixture.
  • the aspiration of the oil is carried out by a pump collecting in the upper zone of the tank, while the aspiration of the aqueous phase is carried out by a pump in the lower part of the tank.
  • the two flow controlled fluids feed the dispersion nozzles via two separate lines or a common line.
  • the installation may comprise a regeneration circuit placed in bypass of the feed tank.
  • the latter is fed by a pipe that can be connected to the two-level reactor feed tank for the withdrawal of a liquid or the other by a pump connected to a coalescer, which is connected by a pipe, to the upper part of a hydrocyclone and through a pipe back to the liquid retention tank.
  • a pipeline between the hydrocyclone and the holding tank allows the return of the desorbed liquid.
  • the invention consists, apart from the arrangements described above, in a certain number of other arrangements which will be more explicitly discussed hereinafter with respect to an embodiment of the invention which is described with reference to FIG. appended drawing, but which is in no way limiting.
  • the single Figure is a diagram of an installation implementing the method of the invention.
  • an installation can be seen for treating, according to the method of the invention, air polluted with VOC arriving via a pipe 1.
  • the air polluted with VOC is emitted by a purification plant (Not shown) urban or industrial wastewater, or by a sludge treatment plant of such a station (not shown).
  • This polluted air has generally been subjected to an acidic and oxydo-basic washing before arriving, through the pipe 1, in the lower part of a column or spray tower.
  • the tower is devoid of any interior packing and comprises, at the top, a purified air outlet 2 of the volatile compounds connected to a coalescer (not shown) and spray nozzles 3.
  • the nozzles 3 are chosen to give droplets of reduced diameter, less than 2 mm.
  • a tank 4, or retention tank, schematically represented, is provided to contain the two washing liquids, aqueous solution in the low zone and oil in the high zone, without addition of surfactant or mixed.
  • the aspiration of the oil is carried out by the pump 5 collecting in the upper part of the basin.
  • the aspiration of the aqueous phase is carried out by the pump 6 in the lower part of the basin.
  • the two fluids regulated in flow by the flow meters 7 and 8 feed the dispersion nozzles 3 via two separate pipes 9a and 9b.
  • a pipe 10 is connected to the bottom of the tank 4 at two levels for sampling a liquid and / or the other by a pump 11.
  • the output of the pump 11 is connected by a pipe 12 to the coalescer 13.
  • the coalescer 13 is connected, at the top, by a pipe 15 to the upper part of a hydrocyclone 16, and by a pipe 14 to the upper part of the holding tank 4.
  • the starting point of the pipe 14 on the Coalescer 13 is lower than the starting point of line 15.
  • the hydrocyclone 16 is supplied at the top by the line 15 coming from the coalescer.
  • the hydrocyclone reminder returns via line 17 in the upper part of the holding tank 4.
  • the overflow of the hydrocyclone is connected via line 18 to a condenser 20 which makes it possible to recover at its outlet 21 the condensed VOCs in liquid form.
  • An outlet 22 serves to purge the used liquid.
  • a purge pipe 19, provided with a valve 23, is connected to the tank or retention basin 4 at a variable level and goes to the sewer.
  • an injection of reagents into the aqueous phase is carried out in the pipe downstream of the pump 6.
  • the coalescer is fed simultaneously from the two sampling levels and the pipe 12 is directly connected to the inlet of the hydrocyclone.
  • the pipes 9a and 9b meet in a common pipe which feeds the dispersion nozzles 3.
  • a lining is placed in the reactor over part of the height.
  • the reactor comprises a venturi at the bottom.
  • the pump 11 is connected to the pipe 19 downstream of the valve 23.
  • the member 20 is an oxidation or absorption reactor.
  • an injection of reagents is carried out in the pipe 15 upstream of the hydrocyclone.
  • the hydrocyclone 16 is directly supplied by the pipe 12 and the installation does not comprise a coalescer 13.
  • the installation does not include the regeneration circuit including the members 13, 16 and 20.
  • the polluted air is cooled upstream of the pipe 1.
  • the condensates collected are treated.
  • the liquid contained in the hydrocyclone is heated upstream of the hydrocyclone or in the hydrocyclone.
  • the polluted air is used to heat the liquid upstream of the hydrocyclone or in the hydrocyclone by integrating in particular a heat exchanger system.
  • the installation makes it possible, for example, to apply the procedures described above to the two following cases.
  • the spent absorbent fluid is discharged through the discharge 19 and incinerated or possibly returned to the treatment plant when 'he is saturated in
  • the emulsion is separated for example by the use of a coalescer 13 consisting of a bed of oleophilic resin beads.
  • the air to be treated is prepared by injecting air into a desorption column filled with compound in liquid form.
  • the gas flow is set at 2 m 3 / h, a speed of 0.14 m / s. It is injected against the current of the liquid.
  • the air temperature varies between 27 and 30 ° C.
  • the purification efficiency is measured after 30 minutes of operation.

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Abstract

Procédé pour éliminer des composés volatils, en particulier organiques (COV), dans l'air (1) 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 (9a) et l'autre une huile (9b), non mélangés, non additionnés de composé tensio-actif et contenus dans une cuve unique (4); on transfère les deux liquides en tête d'un réacteur a pulvérisation contenant ou non un garnissage; on pulvérise les deux liquides en gouttelettes de diamètre réduit (3); on fait circuler à contre-courant des fluides pulvérisés l'air chargé en composés volatile à absorber; on recircule Ie fluide absorbant, et on gère Ie 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 des composés volatils, en particulier organiques (COV), dans l'air selon lequel :
- on utilise simultanément deux liquides de lavage non miscibles dont l'un est aqueux et l'autre une huile, 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,
- 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.
Un procédé de ce genre est connu, notamment d'après EP 0073171 qui concerne surtout le secteur de la production chimique.
L'invention vise un procédé bien adapté 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...)
- des plastifiants (phtalates)
- des composés azotés (aminés, 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 (aminés), 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, Régional Office for Europe Copenhagen, Air Quality Guidelines for Europe, WHO Régional Publications, European Séries, No. 91 , 2nd édition (2000) - 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 Gôteborg 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, aminés.
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 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 - Origine, Législation, 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, G 1835 (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 concernent l'élimination des composés H2S, SO2, 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 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 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 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 aminés,
- 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.
Il 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. Il 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 selon lequel :
- on utilise simultanément deux liquides de lavage non miscibles dont l'un est aqueux et l'autre une huile, 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,
- 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, est caractérisé en ce que :
- l'air traité est 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, - les deux liquides de lavage sont non mélangés, non additionnés de composé tensio-actif, et sont pulvérisés en gouttelettes de diamètre réduit,
- et l'huile répond aux critères suivants :
- non miscible à l'eau, - faible teneur en COV,
- à tension de vapeur faible,
- non toxique,
- bonne stabilité chimique,
- de viscosité faible, - bonne inertie vis-à-vis des composés absorbés,
- bonne stabilité thermique dans le domaine de fonctionnement.
De préférence, l'huile est 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, cette huile étant d'origine animale, végétale, minérale ou synthétique.
Avantageusement, la tension de vapeur de l'huile est inférieure à 40 mPa à 25°C, et sa viscosité est préférence inférieure à 0,06 Pa.s. 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 1000C. 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.
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 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 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 en œuvre 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 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 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 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 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 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 œuvre 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 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 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 œuvre que pour un absorbant de type huile. De plus, la consommation d'huile est minimisée par 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 d'un faible taux d'huile. Il 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 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 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 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.
Une seconde solution consiste à mettre en œuvre 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 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 de ces derniers sous l'effet de la dépression créée dans le cœur 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 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 le Certificat d'addition français n° 2 190 741 déposé le 30 juin 1972 sous n° 72 23768 et publié le 1er 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 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 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 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. 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 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 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.
L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci- dessus, en un certain nombre d'autres dispositions 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.
La Figure unique est un schéma d'une installation mettant en œuvre 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 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 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.
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 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.
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 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.
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 œuvre de l'invention.
L'installation permet par exemple d'appliquer les 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 est mise en place en continu.
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
I. Protocole opératoire 1ère 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 LVh 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.
1ere série : Mise en évidence de l'amélioration du taux d'absorption des composés hydrophobes
Figure imgf000018_0001
2ème série : Effet de la nature de l'huile sur l'absorption du toluène (concentration du gaz à traiter 0,35 g/m3)
Figure imgf000018_0002
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 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 200C rejeté par un atelier de séchage de boues avec une installation :
• De dimensions utiles : 0,9 m de diamètre, 4,1 m de hauteur
• 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 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
La comparaison de ces résultats démontre l'intérêt technique du nouveau procédé. L'introduction des deux liquides simultanément produit une réduction de la taille des gouttes, ce qui augmente l'aire interfaciale d'échange. Une réelle synergie entre les deux liquides apparaît puisque l'aire interfaciale est composée d'une surface d'huile supérieure au rapport volumique des deux liquides : autrement dit, l'eau se comporte comme un support de l'huile.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour éliminer des composés volatils, en particulier organiques (COV), dans l'air selon lequel : - on utilise simultanément deux liquides de lavage non miscibles dont l'un est aqueux et l'autre une huile, 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, - 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, caractérisé en ce que : - l'air traité est 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 - les deux liquides de lavage sont non mélangés, non additionnés de composé tensio-actif, et sont pulvérisés en gouttelettes de diamètre réduit, - et l'huile répond aux critères suivants :
- non miscible à l'eau,
- faible teneur en COV,
- à tension de vapeur faible,
- non toxique, - bonne stabilité chimique,
- de viscosité faible,
- bonne inertie vis-à-vis des composés absorbés,
- bonne stabilité thermique dans le domaine de fonctionnement.
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 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 la tension de vapeur de l'huile est inférieure à 40 mPa à 25°C, et sa viscosité est préférence inférieure à 0,06 Pa. s.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'huile appartient aux 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 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 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 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.
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.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on met en œuvre deux circuits de fluide absorbant indépendants pour permettre un renouvellement en alternance de la charge en chaque liquide.
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.
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 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 1000C et que sa pression en entrée du réacteur se situe entre 105 et 5.105 Pa.
20. Installation pour éliminer des composés volatils, en particulier organiques (COV), dans l'air mettant en oeuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle : - on utilise simultanément deux liquides de lavage non miscibles dont l'un est aqueux et l'autre une huile, 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, - 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, caractérisée en ce que : - l'air traité est 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
- les deux liquides de lavage sont non mélangés, non additionnés de composé tensio-actif, et sont pulvérisés en gouttelettes de diamètre réduit, - et l'huile répond aux critères suivants :
- non miscible à l'eau,
- faible teneur en COV,
- à tension de vapeur faible,
- non toxique, - bonne stabilité chimique,
- de viscosité faible,
- bonne inertie vis-à-vis des composés absorbés,
- bonne stabilité thermique dans le domaine de fonctionnement.
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 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 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 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).
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