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. |
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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.
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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 -
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| 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 -
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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. |
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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.
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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.
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Captage du SO2 par la soude |
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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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