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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. − © Editions T .I. J 3 965 − 1 Traitements physico-chimiques des déchets industriels liquides par Valérie LAFOREST HDR, Docteur Chargée de recherche à l’École nationale supérieure des mines de Saint-Étienne Jacques BOURGOIS Docteur ès sciences Professeur à l’École nationale supérieure de mines de Saint-Étienne et Robert HAUSLER Docteur Professeur à l’École des technologies supérieures de Montréal a production de déchets non ultimes, issus, pour l’essentiel du secteur industriel, semble pour l’instant inévitable. Les ﬁlières de traitement des centres spécialisés visent alors différents objectifs : — permettre le recyclage total ou partiel de ces déchets ; — faciliter leur valorisation sous forme de matière ou d’énergie ; — permettre leur retour « écocompatible » dans l’environnement après détoxication ou stabilisation-solidification ; — enfin, les décomposer, plus ou moins complètement, en espèces chimiques plus « inoffensives ». Ces ﬁlières nécessitent la mise en œuvre de techniques très variées qui relèvent de différentes disciplines scientiﬁques : thermique, mécanique, phy- sique, chimie, physico-chimie ou biologie. Le présent dossier est relatif aux techniques chimiques et physico-chimiques. Nous développerons, plus particulièrement ici, le cas des déchets dangereux liquides issus de l’industrie. 1. Considérations préalables..................................................................... J 3 965 - 2 1.1 Objectifs........................................................................................................ — 2 1.2 Gisement des déchets concernés............................................................... — 2 1.3 Choix et mise en œuvre d’un procédé en traitement............................... — 2 2. Traitements chimiques ........................................................................... — 4 2.1 Oxydo-réduction.......................................................................................... — 4 2.2 Mise à pH. Précipitation .............................................................................. — 8 3. Traitements physico-chimiques............................................................ — 9 3.1 Procédés à membrane ................................................................................ — 9 3.2 Utilisation des résines échangeuses d’ions............................................... — 11 3.3 Adsorption.................................................................................................... — 14 3.4 Méthodes électrochimiques........................................................................ — 15 3.5 Extraction par solvant ................................................................................. — 16 3.6 Évaporation sous vide................................................................................. — 17 3.7 Distillation .................................................................................................... — 19 4. Conclusion ................................................................................................. — 19 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. J 3 965 L TRAITEMENTS PHYSICO-CHIMIQUES DES DÉCHETS INDUSTRIELS LIQUIDES _______________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie J 3 965 − 2 est strictement interdite. − © Editions T .I. 1. Considérations préalables 1.1 Objectifs ■ Dans le cas d’une stratégie d’élimination, on cherchera à trans- former un déchet de composition complexe en deux ﬂux séparés : — un effluent dépollué qui pourra être rejeté dans l’environnement ; — une fraction minérale de préférence, très peu soluble, qui pourra être acceptée en centre d’enfouissement technique. ■ Dans le cas d’une stratégie de valorisation, différents objectifs peuvent être visés : — obtenir un produit ayant les mêmes caractéristiques que le produit neuf (régénération) ; — extraire une ou plusieurs matières premières minérales ou organiques ; — aboutir à des matériaux plus complexes mais valorisables. La diversité des techniques chimiques envisageables va de pair avec l’extrême diversité des déchets concernés. Contrairement aux procédés d’élimination, dont le champ d’application est large et la mise en œuvre peu contraignante, les opérations de valorisation sont beaucoup plus sensibles aux variations de composition des déchets et doivent être adaptées au cas par cas. La mise en œuvre de ces traitements relève de stratégies très diverses. On peut les intégrer à une unité de production au sein même de l’établissement industriel. On peut également constituer des centres collectifs de traitement qui reçoivent les déchets d’origines diverses et au sein desquels un ensemble d’opérations complémentaires assure la valorisation ou l’élimination de tout ou partie de ces déchets. Les procédés existants sont souvent très proches, voire iden- tiques, à ceux qui sont généralement décrits dans les ﬁlières de traitements physico-chimique et chimique des eaux usées [1]. S’agissant des déchets industriels, la différence principale tient à la nature du gisement (le plus souvent des « lots » de déchets et non pas des efﬂuents), à sa variabilité de composition et à de plus fortes concentrations en éléments « dangereux » dans les déchets. Il faut enﬁn noter que, dans ce dossier, nous n’aborderons pas : — la conception et le fonctionnement des centres collectifs de traitement des déchets industriels qui font l’objet d’une présen- tation séparée ; — les techniques de stabilisation-solidification des déchets. Ces techniques, issues pour l’essentiel du savoir-faire acquis en matière de déchets nucléaires, connaissent un fort développement et ne se limitent pas au seul aspect chimique et physico-chimique, puisqu’elles englobent les traitements thermiques (vitrification) ou l’enrobage (matières plastiques et bitumes). Elles feront, elles aussi, l’objet d’une présentation spécifique. Notons enﬁn que, si les principes chimiques ou physico-chimiques mis en œuvre couvrent très largement le champ des connaissances actuelles dans ces disciplines, les procédés industriels sont en constante évolution. Ces évolutions concernent principalement les matériaux comme les membranes, les résines ou les réactifs, ainsi que les assemblages de procédés intégrés à une chaîne de traitement. Ce constat nous a incité à privilégier l’exposé des principes au détriment, parfois, de la description exhaustive des procédés existants. 1.2 Gisement des déchets concernés Les traitements chimiques et physico-chimiques concernent une grande variété de déchets, pour l’essentiel issus du secteur industriel. Ces déchets sont le plus souvent liquides, boueux ou pâteux : — bains de traitement de surface ; — solvants « usés » ; — effluents de procédés de l’industrie de synthèse ; — boues de traitement physico-chimique des effluents indus- triels ; — fluides de coupe, etc. Différents déchets solides sont également concernés comme les résines échangeuses d’ions, les charbons actifs, les piles et accumulateurs, les sous-produits de l’épuration des fumées d’inci- nération, etc. 1.3 Choix et mise en œuvre d’un procédé de traitement Le choix d’un procédé de traitement chimique ou physico- chimique répond à une démarche rationnelle dont les principales étapes sont décrites ﬁgure 1. Ce choix passe, au préalable, par la détermination des objectifs applicables au déchet : valorisation ou élimination. Après avoir déterminé les contraintes liées au milieu récepteur et les caractéristiques du déchet étudié, le choix du ou des procédés se fera après une étude technico-économique et cindynique. Nota : cindynique : science très récente qui étudie les catastrophes. Les traitements physico-chimiques trouvent leur application aussi bien au sein de l’entreprise productrice du déchet que dans des centres collectifs. Dans le cas de l’élimination en centre collectif, des chaînes polyvalentes sont prévues pour pouvoir s’adapter à des déchets de nature et de composition variées. Les désignations des ﬁlières correspondantes sont données dans le tableau 1. Ces huit ﬁlières concernent trois grandes catégories de traitement : — le traitement de mélanges aqueux contenant des composés minéraux toxiques ; — le traitement des boues et solides minéraux permettant leur admission en centre de stockage ; — le traitement des mélanges eau/hydrocarbures. Passons en revue ces huit ﬁlières. (0) ■ La déchromatation (ﬁlière 01) consiste en la réduction du chrome hexavalent très toxique en chrome trivalent peu toxique et peu soluble. Les déchets concernés sont des déchets exempts de cyanures dont le taux de chrome VI dépasse la limite de rejet auto- risée. Les solutions contenant des cyanures et du chrome VI devront subir une décyanuration (ﬁlière 02) avant la déchromatation. ■ La décyanuration (ﬁlière 02) permet d’oxyder les cyanures très toxiques en cyanates, voire en azote. ■ La neutralisation ou mise à pH avant rejet des efﬂuents (ﬁlière 04) consiste à ajuster le pH des solutions à traiter dans une gamme de 6,5 à 9, en ajoutant un acide minéral ou une base minérale suivant que le mélange initial est alcalin ou acide. ■ Les résines échangeuses d’ions constituées de polymères greffés ont la propriété de pouvoir ﬁxer spéciﬁquement les ions pour lesquels elles ont une afﬁnité particulière. Il existe deux types d’échangeurs d’ions : les échangeurs d’anions et les échangeurs de cations. Une fois saturées, ces résines doivent être régénérées par élution (ﬁlière 06) ; les éluats produits sont ensuite traités par les ﬁlières physico-chimiques de détoxication habituelles (ﬁlières 01, 02, 04). ■ La déshydratation (ﬁlière 07), obligatoire lorsque la siccité des déchets industriels est inférieure à 35 %, suit une étape de ﬂocu- lation et de décantation faisant partie de la ﬁlière. Elle s’effectue par Exemple : pour un déchet aqueux ; la fraction organique étant oxydée, il est possible de séparer la fraction minérale sous forme d’un solide concentré et de le stabiliser avec un liant hydraulique avant de l’entreposer dans un centre d’enfouissement technique de classe I. Tous ces traitements font appel à des réactions chimiques d’oxydation, de réduction, de précipitation, de neutralisation et de stabilisation chimique. ______________________________________________________________________ TRAITEMENTS PHYSICO-CHIMIQUES DES DÉCHETS INDUSTRIELS LIQUIDES Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. − © Editions T .I. J 3 965 − 3 ﬁltration (ﬁltre-presse, ﬁltre continu, ﬁltre à bande) ou par centri- fugation. Les boues produites sont admissibles en centre de stockage après stabilisation éventuelle (ﬁlière 08). ■ La stabilisation/solidiﬁcation (ﬁlière 08) permet de répondre aux normes sur la lixiviation des déchets entrant en centre de stockage. Le procédé consiste en un mélange intime des déchets, après broyage éventuel, avec un liant hydraulique ou organique. ■ Les émulsions eau/huile doivent être « cassées » avant traite- ment. Ce cassage (ﬁlière 10) uploads/Industriel/ traitement-physico-chimique-des-dechets-industriels-liquides.pdf