| QUELLES
SONT LES TECHNIQUES COURANTES DE DEPOLLUTION UTILISEES A CE JOUR ? |
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HYDROGENE
SULFURE ET / OU ALCOYL-MERCAPTANS
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Les solutions actuellement
adoptées dans l'industrie se rangent dans les catégories suivantes: |
L'incinération
des gaz polluants |
| La
combustion de mercaptans ou d' H2S ne permet pas toujours de très bons résultats
tant en Papeteries, avec le procédé de chaudière de régénération de la liqueur
noire "basse odeur", qu'en Pétrochimie dans la combustion par torchère qui nécessite
un système de neutralisation par précipitation au chélate de fer. Par ailleurs,
cette solution présente de nombreux inconvénients: |
a - Production de gaz sulfureux.
b - Coût énergétique très élevé.
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| L'adsorption
des mercaptans ou de l' H2S |
L'opération
consiste à transférer le composé à éliminer de la phase gazeuse vers une phase
solide. Le matériau le plus couramment utilisé est le charbon actif qui se présente
sous différentes formes: grains, tissus... etc. Afin d'accroître les performances,
le charbon est parfois imprégné d'aldéhyde notamment.
Dans le traitement des
odeurs de mercaptans ou d' H2S ce procédé ne présente pas d'intérêt économique
(le charbon saturé est remplacé par du neuf) et s'avère dangereux (forts échauffements
et risques d'incendie) lors de l'adsorption. |
La biodésodorisation |
La
bio-épuration de gaz tels mercaptans et H2S implique la mise en relation biomasse/substrat;
on peut réaliser ce contact de plusieurs manières qui conduiront soit à un bio-lavage
soit à une bio-filtration.
Dans le cas du bio-lavage, les composés sont extraits
avec de l'eau qui les transporte jusqu'aux microorganismes épurateurs. Les micro-organismes
peuvent aussi être présents dans l'eau de lavage.
Dans le cas de la bio-filtration,
les micro-organismes sont présents sur le matériau qui est traversé par le gaz
a épurer .
Dans ces procédés l'épuration conduit à des co-produits de métabolisation
voire à une production de biomasse.
Les installations de bio-épuration occupent
une place au sol considérable sur le site d'utilisation et il faut souligner une
maintenance complexe.
Il faut rappeler la méthode de "masquage des odeurs"
qui est une méthode ancienne et inefficace à quelque distance du lieu d'émission.
Une autre méthode consiste en une complexation de dérivés soufrés par des
composés aminés notamment des amino-alcools mais nécessite par la suite la relibération
des dérivés soufrés piégés. |
Le
lavage des gaz polluants |
| La
méthode générale utilise le lavage du flux gazeux par une solution aqueuse par
transfert des composés à éliminer de la phase gazeuse vers la phase liquide. Cette
technique s'accompagne souvent d'une réaction chimique. |
-
Si le composé transféré ne subit aucune modification, seule l'absorption physique
intervient.
- Si en phase liquide, pour améliorer la "solubilité apparente"
du produit a éliminer, on joue sur le pH pour favoriser sa dissociation, le procédé
est un transfert de masse accompagné d'une réaction chimique instantanée. |
Le
terme de lavage acido-basique désigne cette opération. L'emploi d'un oxydant est
susceptible à son tour d'augmenter l'efficacité d'un lavage aqueux. La destruction
par oxydation améliore le transfert.
L'oxydation se superpose ou suit le
lavage acido-basique. L'opération est alors soit un lavage oxydant, soit un lavage
acido-basique suivi d'une oxydation.
Le captage des gaz à épurer est couramment
effectué sur des tours de lavages simples ou en série. Le transfert de masse avec
réaction chimique, suivant l'importance de l'effluent, est effectué sur des colonnes
à garnissage, à bulles ou à plateaux; voire en cuves agitées. L'adjonction d'un
oxydant dans la solution aqueuse de lavage (chlore, eau oxygénée, ozone) ou l'oxydation
de cette dernière après le lavage ont un double objectif: |
-
Eliminer le polluant en accélérant le transfert de masse notamment pour les mercaptans
peu dissociés au pH de travail.
- Oxyder le produit absorbé afin de régénérer
en continu la solution de lavage. |
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RAPPEL
DE LA NOTION D'OXYDATION
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| On
considère qu'un élément ou un ion a subi une oxydation s'il devient porteur d'une
charge électronique positive par perte d'un ou de plusieurs électrons. |
Par
exemple: Fe++ Oxydation ----> Fe++ + e - |
| Inversement
un élément ou un ion a subi une réduction s'il acquiert une charge négative par
acquisition d'un ou de plusieurs électrons. |
Par
exemple: Cl2 + 2 e- ----> 2 Cl - | Le
potentiel oxydant d'un milieu réactif est mesuré en unités électriques (ampérométrique
ou potentiomètrique). La perte d'un ou plusieurs électrons appelle une réaction
d'équilibre avec des composés électro-négatifs afin de tendre vers l'état d'oxydation
zéro.
L'oxygène, du fait de sa grande mobilité en milieu conducteur est l'oxydant
type. Il provient de composés peu stables, libérant tout ou partie de leur oxygène
pour assurer la formation d'acides, d'oxydes, ou de sels stables par rupture des
liaisons intermoléculaires. | | Par
exemple: Na-O-Cl
+ H-OH <----> HOCl + NaOH
HOCl <--------------> HCl + O - (O naissant)
HCl + NaOH --> NaCl + H2O |
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1. Le chlore et
ses dérivés |
Le
chlore est employé soit sous forme de chlore gazeux ou naissant, soit sous forme
d'hypochlorite ou de chlorite de sodium. On aboutit soit à la formation d'acide
hypochloreux: HClO, soit à la formation de bioxyde de chlore: ClO2.
Il est
à noter que le chlorite de sodium peut générer, selon le pH de travail, des émanations
gazeuses très irritantes et suffocantes de bioxyde de chlore présentant, en outre,
des dangers d'incendies.
Le chlore naissant est aussi formé par électro-chloration
d'une solution d'hypochlorite ou de saumure de sodium. Les réactions qui sont
citées dans la littérature transforment l' H2S soit en soufre colloïdal, soit
en sulfates: |
HS- + ClO - ------> S + OH - + Cl -
S2- + 4 ClO - ----> SO42- + 4 Cl -
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Pour arriver au stade de sulfate, la consommation théorique de chlore est de 4
moles de Cl2 par mole d' H2S. En pratique pour obtenir un rendement d'élimination
supérieur à 99,8% et une transformation quasi-totale en sulfate, la consommation
de chlore est de 5,2 moles par mole d' H2S détruit et une consommation de soude
d'environ 5 moles/mole.
L'action du chlore sur le méthylmercaptan est plus
complexe. Le premier produit d'oxydation est le diméthyl-disulfure
(CH3-S-S-CH3),
lui-même très malodorant qui doit subir une oxydation ultime jusqu'à l'acide méthyl-sulfonique
(CH3-SO3H). Pour éliminer ce type de composé soufré, l'emploi d'un excès
d'oxydant est nécessaire. Les rendements d'élimination sont de l'ordre de 85 à
95% seulement même en utilisant un excès de chlore à pH > 10. Les consommations
de chlore et de soude sont élevées (respectivement 8,5 et 7,6 moles/mole de CH3SH
éliminé).
Exemple
d'unité de désodorisation en station d'épuration urbaine
de traitement des eaux usées. |
2.
L'ozone |
Oxydant
très puissant, toujours produit in situ, dilué dans un gaz contenant de l'oxygène
(air ou oxygène pur). Lors de son emploi par lavage et oxydation, il est nécessaire
de le transférer à la phase liquide, soit par un hydro-injecteur dans le liquide
avant l'opération de lavage, soit dans une deuxième étape où il viendra oxyder
le mercaptan ou l'H2S absorbé.
En milieu aqueux H2S est oxydé par l'ozone
principalement sous forme de sulfate. Le pH se situe entre 9 et 11, les consommations
d'ozone varient entre 0,8 et 3 moles d'oxydant par mole d' H2S. (effets d'auto
décomposition et d'inhibiteurs de radicaux libres).
Pour les mercaptans on
devra augmenter au maximum le pH (ionisation maximale) et tenir compte des effets
de sel. |
3.
L'eau oxygénée |
L'action
de l'eau oxygénée sur les mercaptans et l'hydrogène sulfuré a fait l'objet de
nombreuses publications. Une étude effectuée en 1990, montre une consommation
globale de 12 moles d'H2O2 par mole d' H2S détruit, alors que la consommation
théorique n'est que de 4 moles/mole et qu'en laboratoire, compte tenu d'espèces
intermédiaires moins oxydées formées, on ne consomme instantanément que 2 moles/mole.
L'utilisation d'eau oxygénée pour épurer un milieu contenant de l' H2S entraîne
souvent la formation d'odeurs alliacées. |
4. Le chélate
ferrique |
| Les
procédés qui mettent en oeuvre un chélate ferrique permettent d'obtenir directement
du soufre élémentaire à partir de gaz acides, de telle sorte qu'il n'y a pas de
pollution secondaire, éliminent de façon satisfaisante l'odeur de l'hydrogène
sulfuré mais peuvent exiger des conditions contraignantes (pressions supérieures
à l'atmosphérique, températures élevées). |
CONCLUSIONS
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L'obtention
de rendements élevés exige des hauteurs de garnissage de colonne importantes.
La pratique courante met souvent en jeu l'utilisation de laveurs en série. Le
traitement d'un mélange de polluants se fait en 2 ou 3 étages en série. Le plus
souvent un étage de traitement acide pour l'élimination des composés azotés, suivi
d'un étage de traitement basique oxydant ou de traitement oxydant suivi d'un traitement
basique.
L'avantage principal du lavage réside dans son aptitude à atteindre
des hauts rendements après optimisation des procédés spécifiques mais l'inconvénient
majeur vient de la création d'une pollution liquide (fabrication importante de
sels et présence d'oxydants dans les rejets). |
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Les méthodes de lavage précitées ont l'inconvénient majeur de générer des produits
de substitution eux-mêmes polluants (certains sels ou des oxydants).
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DIOXYDE
DE SOUFRE (SO2) |
Les solutions actuellement
adoptées dans l'industrie se rangent dans les catégories suivantes: |
Traitement par action à la source |
a-
Par modification des procédés utilisés, notamment incinération (catalyse humide
sur charbon actif, traitement du combustible).
b- Par injection de désulfurant
dans le foyer.
c- Par traitement des fumées:
- - lavage
des gaz à la chaux hydratée,
- -
procédé semi-sec (atomisation d'un lait de chaux),
- -
procédé sec (injection de chaux pulvérulente).
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| En
pétrochimie divers procédés sont à ce jour utilisés parmi lesquels :
- Procédé Scott
pour unité de traitement des gaz de queue des unités Claus.
- Procédé Clauspol.
- Procédé Sulfacide (catalyse humide sur charbon actif).
En chimie la méthode la plus courante consiste à capter le SO2 sur de la soude.
La solution de sulfite de sodium obtenue est souvent rejetée tel quel ou oxydée
avant rejet. |
Captage du SO2 par la soude |
| Les
méthodes d'épurations de SO2 ont, en particulier, l'inconvénient majeur d'entraîner
la formation de produits pouvant conduire à une acidification néfaste de l'environnement. |
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