WO1998056464A1 - Procede pour traiter les residus d'epuration des fumees d'incineration d'ordures menageres et/ou de dechets industriels - Google Patents

Procede pour traiter les residus d'epuration des fumees d'incineration d'ordures menageres et/ou de dechets industriels Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a process for treating residues from the purification of smoke from the incineration of household waste and / or industrial waste.
  • Incineration plants generate bottom ash from household waste, on the one hand, and smoke charged with dust and containing harmful gases, on the other hand.
  • the depollution of the fumes is generally carried out using lime: thus, the hydrochloric and sulfurous gases are captured and transformed into chloride and sulphate of lime, while the heavy metals present in the fumes are adsorbed on the surface of the lime particles. All the products obtained after such a lime treatment and at the filter outlet constitute residues currently landfilled, or in storage places in accordance with national, European or international regulations.
  • residues therefore include products from the reaction with lime, adsorbed amphoteric heavy metals, calcium carbonate, lime and products from incineration and captured by lime treatment in the form of inert dust ( silica and alumina for example).
  • inert dust silica and alumina for example.
  • the composition of these residues in these various constituents is obviously a function of the nature of the incinerated garbage and waste, as well as of the type of smoke treatment implemented.
  • one of the aims of the present invention is to provide a process for treating residues from the purification of smoke from the incineration of household and / or industrial waste which makes it possible to extract heavy metals and to recycle at maximum reagents.
  • Another object of the invention is to provide such a process which also makes it possible to separate the different elements present in the residues in order to make the most of them, recycle or eliminate them in compliance with the regulations in force.
  • An additional aim is to provide a process of this type which makes it possible to use carbon dioxide such as that emitted, for example, by incineration plants.
  • Another object of the present invention is to provide such a process which makes it possible to make the best use of the products obtained at a minimum cost.
  • a process for treating the residues from the purification of smoke from the incineration of household and / or industrial waste which is, according to the present invention, characterized by the fact that it comprises the following stages: A - the residues are desalted by washing with sodium carbonate in sufficient quantity or slightly in excess to dissolve all the salts including the sulphates and precipitate the soluble calcium, the pH being greater than 11, then a solid / liquid separation is carried out to obtain a desalted cake;
  • step B this cake from step A is leached with sodium carbonate in an amount necessary or slightly in excess to obtain, by reaction with the lime present in this cake or added if necessary, the alkalinity necessary for solubilization amphoteric metals, the pH being about 14, obtaining by a solid / liquid separation a cake and a supernatant which is neutralized with carbon dioxide and the recovered solution is filtered to obtain, on the one hand, hydroxide sludges metallic and, on the other hand, an aqueous solution of sodium carbonate which can be recycled towards stage B itself and, C - the residues resulting from stage B are neutralized, at a pH of between 6 , 5 and 8.5.
  • a step D is carried out of prewashing the residues with water in order to remove the soluble calcium salts, such as calcium chloride in particular.
  • the solution resulting from stage A is neutralized by blowing carbon dioxide and is collected by liquid / solid separation of metal hydroxide sludges and a neutralized solution.
  • the neutralized solutions are mixed and filtered to obtain a supernatant consisting of brine of calcium chloride and sodium and a precipitate of calcium sulfate or gypsum.
  • a step E of washing the filter cake from step B is carried out in order to eliminate the maximum amount of soda and metals remaining in the interstitial liquid.
  • the washing solution is preferably treated by injecting carbon dioxide up to a pH close to 1 1.
  • the sodium carbonate solution is advantageously recycled towards stage A.
  • stage C of neutralization of the residues resulting from stage B or E it is carried out by injection of carbon dioxide to precipitate the calcium carbonates in order to obtain purified residues.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of the succession of the main steps constituting a process for treating residues from the purification of smoke f 'incineration of household waste and industrial waste according to the present invention
  • - Figure 2 is a schematic diagram showing the succession of steps of an advantageous embodiment of this same process.
  • a process for treating residues from the purification of smoke from the incineration of household and industrial waste according to the present invention comprises at least three steps.
  • the purification residues 1 are desalted by washing with sodium carbonate 2.
  • the quantity of sodium carbonate used is that at least necessary to dissolve all the salts including the sulphates. ie at least the stoichiometric quantity allowing the precipitation of soluble calcium; the pH is therefore higher than 1 1 and preferably above 12.
  • a solid / liquid separation such as filtration, is carried out to obtain, on the one hand, a desalted cake 3 and, on the other hand hand, a solution rich in salts 4.
  • the solution rich in salts 4, resulting from stage A, is neutralized by blowing carbon dioxide 8 (stage G): the pH is between 8.5 and 9.5 and preferably between 9 and 9.2.
  • the desalted cake 3 from step A is in a second step or step B leached with sodium carbonate in an amount necessary or slightly in excess to obtain the alkalinity necessary for the solubilization of amphoteric metals such as cadmium ( Cd), lead (PB and zinc (Zn), i.e. a pH at least above 12, or even around 14.
  • Alkalinity is obtained by reaction of sodium carbonate with lime present in the residues and / or added in 5 if necessary.
  • a solid / liquid separation is carried out to obtain, on the one hand, a cake of decontaminated residues 6 and, on the other hand, a supernatant 7 comprising the metals
  • This supernatant 7 is neutralized (step F) with carbon dioxide 8, the pH being between 1 1 and 1 1, 5 and preferably equal to 1 1, and the recovered solution is filtered to obtain, on the one hand , slurries of metal hydroxides 1 1 and, on the other hand, an aqueous solution of sodium carbonate 4 which can be recycled to step B itself.
  • the cake of decontaminated residues 6 from step B is in a third step, or step C, neutralized by injection of carbon dioxide 8 in order to precipitate any residual lime in the form of calcium carbonate, the pH being between 6, 5 and 8.5 and preferably equal to 7.5; then a solid / liquid separation is carried out such as filtration to obtain, on the one hand, purified residues 9 and, on the other hand, a solution of sodium hydrogen carbonate 12.
  • the purified residues 9 collected at the end of step C can be used as an embankment or introduced into an incineration oven to be transformed into bottom ash: they are therefore recovered.
  • this comprises additional steps compared to that described previously with reference to FIG. 1.
  • step A it may be advantageous before step A to subject the purification residues from the incineration fumes to washing with water (step D) optionally supplemented with sodium carbonate such as solution 12 obtained at the end of step C.
  • step D By liquid / solid separation, a cake of dechlorinated residues 1 ′ is obtained on the one hand and a solution of chlorides 13 on the other hand.
  • This solution is neutralized in step G by carbon dioxide injection 8, the pH being between 8.5 and 9.5 and preferably between 9 and 9.2, and sludge from liquid / solid is collected such as filtration, on the one hand 'metal hydroxides 1 1 and, on the other hand, a neutralized solution 14.
  • liquid / solid such as filtration, on the one hand, of metal hydroxide sludges 11 and, on the other hand, a neutralized solution 14.
  • This neutralized solution 14 from step G ' is mixed with that 15 from step G; then a liquid / solid separation is carried out such as filtration to obtain a supernatant 16 consisting of brine of calcium chloride and sodium, and a precipitate of calcium sulfate or gypsum 17.
  • the decontaminated residue cake 6 from step B can be subjected in a step E to washing with a water filter in order to remove the maximum amount of soda and any metals remaining in the interstitial liquid.
  • the washing solution 18 is subsequently treated by injection of carbon dioxide 8 until a pH close to 11 is obtained (step I).
  • the solution thus neutralized 2 therefore comprising sodium carbonate and metals is recycled to step A.
  • the cake of decontaminated residues washed 6 'is then purified in step C.
  • compositions of purified residues obtained from different incineration residues subjected to the process according to the present invention are indicated the compositions of purified residues obtained from different incineration residues subjected to the process according to the present invention and having different compositions.

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Abstract

Il comprend les étapes suivantes: A) on dessale les résidus (1, 1') par un lavage au carbonate de sodium (2) en quantité suffisante ou légèrement en excès pour solubiliser tous les sels y compris les sulfates et précipiter le calcium soluble, le pH étant supérieur à 11, puis on effectue une séparation solide/liquide pour obtenir un gâteau dessalé (3); B) on lixivie ce gâteau (3) issu de l'étape A) par du carbonate de sodium en quantité nécessaire ou légèrement en excès pour obtenir par réaction avec la chaux présente dans ce gâteau ou ajoutée si besoin est, l'alcalinité nécessaire à la solubilisation des métaux amphotères, le pH étant supérieur à 12, obtenant par une séparation solide/liquide un gâteau (6) et un surnageant (7) qui est neutralisée avec du gaz carbonique (8) et on filtre la solution récupérée pour obtenir, d'une part, des boues d'hydroxydes métalliques (11) et, d'autre part, une solution aqueuse de carbonate de sodium (14) que l'on peut recycler vers l'étape B) elle-même et, C) on neutralise, à un pH compris entre 6,5 et 8,5, les résidus (6, 6') issus de l'étape B).

Description

Procédé pour traiter les résidus d'épuration des fumées d'incinération d'ordures ménagères et/ou de déchets industriels
La présente invention est relative à un procédé pour traiter les résidus d'épuration des fumées d'incinération d'ordures ménagères et/ou de déchets industriels.
Les usines d'incinération génèrent à partir des ordures ménagères des mâchefers, d'une part, et des fumées chargées de poussières et contenant des gaz nocifs, d'autre part. La dépollution des fumées est généralement réalisée grâce à de la chaux : ainsi, les gaz chlorhydrique et sulfureux sont captés et transformés en chlorure et sulfate de chaux, tandis que les métaux lourds présents dans les fumées sont adsorbés à la surface des particules de chaux. L'ensemble des produits obtenus après un tel traitement à la chaux et en sortie de filtre constituent des résidus actuellement mis en décharge, ou en des lieux de stockage conformes aux réglementations nationales, européennes ou internationales.
Ces résidus comprennent donc des produits issus de la réaction avec la chaux, des métaux lourds amphotères adsorbés, du carbonate de calcium, de la chaux et des produits provenant de l'incinération et captés par le traitement à la chaux sous forme de poussières inertes (silice et alumine par exemple). La composition de ces résidus en ces différents constituants est évidemment fonction de la nature des ordures et déchets incinérés, ainsi que du type de traitement des fumées mis en oeuvre.
En ce qui concerne la pollution, on distingue dans ces résidus trois catégories : - les espèces exemptes de produits polluants ;
- les espèces renfermant des produits nocifs ou polluant mais sous forme stable : il n'y a aucun risque pour le milieu externe ; et
- les espèces contenant des éléments nocifs disponibles pour le milieu extérieur : elles représentent environ 2 % en poids des résidus. Ainsi que l'homme du métier l'aura compris, c'est cette dernière catégorie qui est une source potentielle de pollution : elle comprend notamment des métaux lourds accessibles et donc susceptibles de contaminer le milieu extérieur, et est la cause des réglementations actuelles imposant une mise en stockage en des lieux appropriés. Ainsi, un des buts de la présente invention est-il de fournir un procédé pour traiter les résidus d'épuration des fumées d'incinération d'ordures ménagères et/ou de déchets industriels qui permet d'extraire les métaux lourds et de recycler au maximum les réactifs. Un autre but de l'invention est de fournir un tel procédé qui permet aussi de séparer les différents éléments présents dans les résidus afin de les valoriser au mieux, les recycler ou les éliminer dans le respect des réglementations en vigueur.
Un but supplémentaire est de fournir un procédé de ce type qui permet d'utiliser du gaz carbonique tel que celui émis, par exemple, par des usines d'incinération.
Un autre but de la présente invention est de fournir un tel procédé qui permet de valoriser au mieux les produits obtenus pour un coût minimum.
Ces buts, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints par un procédé pour traiter les résidus d'épuration des fumées d'incinération d'ordures ménagères et/ou de déchets industriels, qui est, selon la présente invention, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes : A - on dessale les résidus par un lavage au carbonate de sodium en quantité suffisante ou légèrement en excès pour solubiliser tous les sels y compris les sulfates et précipiter le calcium soluble, le pH étant supérieur à 11 , puis on effectue une séparation solide/liquide pour obtenir un gâteau dessalé ;
B - on lixivie ce gâteau issu de l'étape A par du carbonate de sodium en quantité nécessaire ou légèrement en excès pour obtenir par réaction avec la chaux présente dans ce gâteau ou ajoutée si besoin est, l'alcalinité nécessaire à la solubilisa- tion des métaux amphotères, le pH étant d'environ 14, obtenant par une séparation solide/liquide un gâteau et un surnageant qui est neutralisé avec du gaz carbonique et on filtre la solution récupérée pour obtenir, d'une part, des boues d'hydroxydes métalliques et, d'autre part, une solution aqueuse de carbonate de sodium que l'on peut recycler vers l'étape B elle-même et, C - on neutralise les résidus issus de l'étape B, à un pH compris entre 6,5 et 8,5. Avantageusement, avant l'étape A, on réalise une étape D de prélavage à l'eau des résidus pour éliminer les sels de calcium solubles, tel que le chlorure de calcium en particulier.
De préférence, la solution issue de l'étape A est neutralisée par insufflation de gaz carbonique et on recueille par séparation liquide/solide des boues d'hydroxydes métalliques et une solution neutralisée. On fait de même avec boues d'hydroxydes métalliques et une solution neutralisée. On fait de même avec la solution de l'étape D. Les solutions neutralisées sont mélangées et filtrées pour obtenir un surnageant constitué par une saumure de chlorure de calcium et de sodium et un précipité de sulfate de calcium ou gypse. Avantageusement, entre les étapes B et C, on réalise une étape E de lavage du gâteau de filtration issu de l'étape B afin d'éliminer le maximum de soude et de métaux restant dans le liquide interstitiel. La solution de lavage est de préférence traitée par injection de gaz carbonique jusqu'à un pH voisin de 1 1. La solution du carbonate de sodium est avantageusement recyclée vers l'étape A. Quant à l'étape C de neutralisation des résidus issus de l'étape B ou E, elle est réalisée par injection de gaz carbonique pour précipiter les carbonates de calcium afin d'obtenir des résidus épurés.
La description qui va suivre et qui ne présente aucun caractère limitatif doit être lue en regard des figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est un diagramme schématique de la succession des étapes principales constituant un procédé pour traiter des résidus d'épuration des fumées d'incinération d'ordure ménagère et de déchets industriels selon la présente invention ; et, - la figure 2 est un diagramme schématique représentant la succession d'étapes d'un mode de réalisation avantageux de ce même procédé.
Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 1 , un procédé pour traiter des résidus d'épuration de fumées d'incinération d'ordures ménagères et de déchets industriels comprend selon la présente invention au moins trois étapes.
Dans une première étape ou étape A, les résidus d'épuration 1 sont dessalés par un lavage au carbonate de sodium 2. La quantité de carbonate de sodium utilisée est celle au moins nécessaire pour solubiliser tous les sels y compris les sulfates, c'est-à-dire au minimum la quantité stoechiométrique permettant la précipitation du calcium soluble ; le pH est par conséquent supérieur à 1 1 et de préférence à 12. Puis, on effectue une séparation solide/liquide, telle qu'une filtra- tion, pour obtenir, d'une part, un gâteau dessalé 3 et, d'autre part, une solution riche en sels 4.
La solution riche en sels 4, issue de l'étape A, est neutralisée par insufflation de gaz carbonique 8 (étape G) : le pH est compris entre 8,5 et 9,5 et de préférence entre 9 et 9,2. On recueille par séparation solide/liquide telle qu'une Le gâteau dessalé 3 issu de l'étape A est dans une deuxième étape ou étape B lixivié par du carbonate de sodium en quantité nécessaire ou légèrement en excès pour obtenir l'alcalinité nécessaire à la solubilisation des métaux amphotè- res tels que le cadmium (Cd), le plomb (PB et le zinc (Zn), c'est-à-dire un pH au moins supérieur à 12, voire même d'environ 14. L'alcalinité est obtenue par réaction du carbonate de sodium avec la chaux présente dans les résidus et/ou ajoutée en 5 si besoin est. Puis, on effectue une séparation solide/liquide pour obtenir, d'une part, un gâteau de résidus décontaminés 6 et, d'autre part, un surnageant 7 comprenant les métaux amphotères. Ce surnageant 7 est neutralisé (étape F) avec du gaz carbonique 8, le pH étant compris entre 1 1 et 1 1 ,5 et de préférence égal à 1 1 , et on filtre la solution récupérée pour obtenir, d'une part, des boues d'hydroxydes métalliques 1 1 et, d'autre part, une solution aqueuse de carbonate de sodium 4 que l'on peut recycler vers l'étape B elle-même. Le gâteau de résidus décontaminés 6 issu de l'étape B est dans une troisième étape, ou étape C, neutralisé par injection de gaz carbonique 8 afin de précipiter la chaux résiduelle éventuelle sous forme de carbonate de calcium, le pH étant compris entre 6,5 et 8,5 et de préférence égal à 7,5 ; puis on effectue une séparation solide/liquide telle qu'une filtration pour obtenir, d'une part, des résidus épurés 9 et, d'autre part, une solution d'hydrogéno-carbonate de sodium 12.
Les résidus épurés 9 recueillis à l'issu de l'étape C peuvent être utilisés en remblai ou introduits dans un four d'incinération pour être transformés en mâchefers : ils sont donc valorisâmes.
Selon le mode de réalisation avantageux du procédé représenté sur la figure 2, celui-ci comprend des étapes supplémentaires par rapport à celui décrit précédemment en référence à la figure 1.
Ainsi, il peut être avantageux avant l'étape A de soumettre les résidus d'épuration des fumées d'incinération à un lavage à l'eau (étape D) éventuellement additionné de carbonate de sodium telle que la solution 12 obtenue à l'issue de l'étape C. Par séparation liquide/solide on obtient, d'une part, un gâteau de résidus déchlorurés 1 ' et, d'autre part, une solution de chlorures 13. On neutralise, dans une étape G, cette solution par injection de gaz carbonique 8, le pH étant compris entre 8,5 et 9,5 et de préférence entre 9 et 9,2, et on recueille par séparation liquide/solide telle qu'une filtration, d'une part, des boues d'hydroxydes métalliques 1 1 et, d'autre part, une solution neutralisée 14. liquide/solide telle qu'une filtration, d'une part, des boues d'hydroxydes métalliques 11 et, d'autre part, une solution neutralisée 14.
Cette solution neutralisée 14 issue de l'étape G' est mélangée à celle 15 issue de l'étape G ; puis on effectue une séparation liquide/solide telle qu'une filtration pour obtenir un surnageant 16 constitué par une saumure de chlorure de calcium et de sodium, et un précipité de sulfate de calcium ou gypse 17.
Le gâteau de résidus décontaminés 6 issu de l'étape B peut être soumis dans une étape E à un lavage sur filtre à l'eau afin d'éliminer le maximum de soude et d'éventuels métaux restant dans le liquide interstitiel. La solution de lavage 18 est par la suite traitée par injection de gaz carbonique 8 jusqu'à obtenir un pH voisin de 1 1 (étape I). La solution ainsi neutralisée 2 comprenant donc du carbonate de sodium et des métaux est recyclée vers l'étape A. Le gâteau de résidus décontaminés lavé 6' est ensuite épuré à l'étape C.
Dans le tableau ci-après sont indiquées les compositions de résidus épurés obtenues à partir de différents résidus d'incinération soumis au procédé selon la présente invention et ayant différentes compositions.
TABLEAU
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On notera que dans les résidus traités, la proportion en métaux lourds est inférieure aux tolérances actuelles.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour traiter les résidus d'épuration des fumées d'incinération d'ordures ménagères et/ou de déchets industriels, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes :
A - on dessale les résidus (1 ,1 ') par un lavage au carbonate de sodium (2) en quantité suffisante ou légèrement en excès pour solubiliser tous les sels y compris les sulfates et précipiter le calcium soluble, le pH étant supérieur à 1 1 , puis on effectue une séparation solide/liquide pour obtenir un gâteau dessalé
(3) ; B - on lixivie ce gâteau (3) issu de l'étape A par du carbonate de sodium en quantité nécessaire ou légèrement en excès pour obtenir par réaction avec la chaux présente dans ce gâteau ou ajoutée si besoin est, l'alcalinité nécessaire à la solubilisation des métaux amphotères, le pH étant supérieur à 12, obtenant par une séparation solide/liquide un gâteau (6) et un surnageant (7) qui est neutralisé avec du gaz carbonique (8) et on filtre la solution récupérée pour obtenir, d'une part, des boues d'hydroxydes métalliques (11) et, d'autre part, une solution aqueuse de carbonate de sodium (14) que l'on peut recycler vers l'étape B elle-même et,
C - on neutralise à un pH compris entre 6,5 et 8,5 les résidus (6, 6') issus de l'étape B.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par le fait qu'avant l'étape A, on réalise une étape D de prélavage à l'eau des résidus pour éliminer les sels de calcium solubles, tel que le chlorure de calcium en particulier.
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que la solution issue de l'étape A est neutralisée par insufflation de gaz carbonique (8) et qu'on recueille par séparation liquide/solide des boues d'hydroxydes métalliques (1 1 ) et une solution neutralisée (15).
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la solution issue de l'étape D est neutralisée par insufflation de gaz carbonique (8) et qu'on recueille par séparation liquide/solide des boues et d'hydroxydes métalliques (1 1) et une solution neutralisée (14).
5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les solu- tions neutralisées (14, 15) sont mélangées et filtrées pour obtenir un surnageant constitué par une saumure de chlorure de calcium et de sodium (16) et un précipité de sulfate de calcium ou gypse (17).
6. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par le fait qu'entre les étapes B et C, on réalise une étape E de lavage du gâteau (6) de filtration issu de l'étape B afin d'éliminer le maximum de soude et de métaux restant dans le liquide interstitiel et on recueille la solution de lavage (18).
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les solu- tions neutralisées sont traitées par injection de gaz carbonique jusqu'à un pH voisin de 1 1 , afin d'obtenir une solution de carbonate de sodium.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la solution carbonate de sodium est recyclée vers l'étape A.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les résidus (6, 6') issus des étapes B ou E sont neutralisés par injection de gaz carbonique (8) pour précipiter les carbonates de calcium (10) afin d'obtenir des résidus épurés (9).
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