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Le procédé DAVID

Description technique du
brevet

Applications du brevet

Calculer les quantités de
réactif selon les polluants

Ses principaux avantages

Les techniques
concurrentes

Inconvénients et dangers
des techniques
concurrentes

Origines des pollutions
par l'hydrogène sulfuré

Origines des pollutions
par le dioxyde de soufre

Odeurs et olfaction

Désodorisation industrielle
par l'eau de Javel

Eau de Javel, en user
sans en abuser

Le lisier de porc et le
procédé David

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Le procédé DAVID - Odeurs

Procédé d'épuration d'effluents gazeux ou liquides contenant des dérivés soufrés

Quelles sont les techniques concurrentes de dépollution couramment utilisées ?


Hydrogène sulfuré et/ou mercaptans


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.

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 micro-organismes 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 oxydant des gaz polluants

Rappel de la notion d'oxydation

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

 

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 à trois étages 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, voir 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:

- Éliminer 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.

 

Exemple d'unité de désodorisation en station d'épuration urbaine de traitement des eaux usées.

 

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 -


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).

 


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

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).

Les
méthodes de lavage précitées ont l'inconvénient majeur de générer des produits de substitution
eux-mêmes polluants (certains sels ou des oxydants).


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 pulvérulent

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.

 

 

 

 

 




 

 

 

Quelquefois, les plus petits ressorts font mouvoir les plus grandes machines.
(Jean-Paul Marat)

 

 

 

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