Flux de matière générés par l’incinération

neutralisation des gaz. Quatre procédés principaux de neutralisation sont utilisés (LE GOUX

et LE DOUCE, 1995) :

- Le procédé sec : il consiste à injecter dans les fumées de la chaux pulvérulente ou du bicarbonate de sodium (procédé NEUTREC de SOLVAY) qui réagissent avec HCl, HF et SO₂ pour former des résidus solides captés ensuite dans le dépoussiéreur.

- Le procédé semi-humide : il consiste à pulvériser à l’intérieur d’un réacteur une solution de lait de chaux, celle-ci réagissant avec les différents polluants acides contenus dans le gaz. Les gouttelettes de lait de chaux jouent dans un premier temps le rôle d’absorbant liquide. Elles sont ensuite séchées par les fumées chaudes et transformées en particules sur lesquelles les polluants gazeux viennent s’adsorber. La réaction de neutralisation des gaz acides s’effectue donc soit en phase liquide soit à la surface des particules de chaux. Par exemple, la réaction de neutralisation du chlorure d’hydrogène par la chaux conduit à la formation d’un sel hydraté :

2 2 2 2 2

1 1

( ) ( )

2 2

Ca OH +HCl CaCl Ca OH H O+ H O

- Le procédé humide : il vise à capturer les polluants en favorisant le contact intime entre les fumées et une solution de lavage. Les laveurs sont des contacteurs gaz-liquide à contre-courant munis de garnissage et/ou de plateaux perforés. Ce procédé génère une grande quantité d’eau qu’il faut traiter (les produits de neutralisation étant évacués avec les eaux de lavage).

- Le procédé humide sans effluents liquides ou procédé mixte permet de ne plus engendrer d’effluents liquides : ces effluents, après avoir été neutralisés, sont réinjectés en tête du traitement des fumées pour être évaporés dans une tour raccordée directement à la sortie de la chaudière. Les sels cristallins qui se forment sont alors récupérés en aval du procédé de neutralisation par voie humide en même temps que les poussières.

Pour faire face aux nouvelles réglementations, la mise en place d’une épuration supplémentaire des gaz s’impose souvent. Elle concerne la réduction des NO_x (dénox) par ajout d’ammoniaque ou d’urée et le piégeage des métaux lourds sur du charbon actif. Notons qu’il est possible de combiner la réduction des NO_x avec celle des dioxines et furanes par la mise en place, en aval, d’un procédé de traitement par voie catalytique (SCR).

Les cendres collectées sous la chaudière, les poussières récupérées sous les filtres et les résidus d’épuration des gaz constituent les Résidus d’Epuration des Fumées d’Incinération d’Ordures Ménagères ou REFIOM.

1.2.5. Flux de matière générés par l’incinération

Contexte de l’étude 17 300 kg de mâchefers et de 25 à 50 kg de REFIOM selon le procédé d’épuration des gaz utilisé.

Les mâchefers, majoritairement composés de SiO₂ (25 à 50 %), d’Al₂O₃ (11 à 27 %) et de CaO (10 à 15 %) et dans une moindre mesure de Fe₂O₃ (2 à 10 %), MgO (2 à 5 %), Na₂O (2 à 4 %), K₂O (1 à 4 %) et P₂O₅ (1 à 6 %), ont un caractère basique (LE GOUX et LE DOUCE, 1995). Ils subissent des tests de lixiviation permettant de les classer en catégorie V (mâchefers valorisables immédiatement essentiellement en technique routière), M (mâchefers valorisables après stockage temporaire en centre de maturation et après de nouveaux tests de lixiviation) ou S (stockage définitif en décharge de classe II).

Les REFIOM présentent un fort potentiel polluant, dû notamment à la présence, souvent sous la forme de sels solubles, de métaux lourds fortement lixiviables et en concentration importante. Ils subissent des traitements physico-chimiques ou thermiques visant à les stabiliser (enrobage dans du ciment, du bitume ou vitrification), puis sont généralement stockés dans des décharges de classe I.

70 % de la masse initiale du déchet se retrouve sous forme gazeuse, essentiellement CO₂ et H₂O, espèces qui représentent les produits finaux des réactions de combustion. Le tableau Tab. 1-2 donne les compositions moyennes des fumées d’incinération et leurs teneurs en polluants en sortie de chaudière, avant tout système de dépollution.

Composés Concentration volumique %

N₂ 65 à 70 O₂ 7 à 13 CO₂ 6 à 12 H₂O 10 à 16 Polluants mg Nm-3 CO 40 à 100 Poussières, suies 1500 à 7000 HCl 800 à 2000 HF 0,5 à 2 SO_x 20 à 200 NO_x 150 à 500 Organochlorés 0,0001 Métaux lourds 5 à 10

Tab. 1-2 : Composition des fumées d’incinération d’ordures ménagères en sortie de chaudière (LE GOUX et LE DOUCE, 1995)

La réglementation française relative aux rejets atmosphériques des installations d’incinération et de co-incinération de déchets non dangereux et aux installations incinérant des déchets

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18

d’activités de soins à risques infectieux (Arrêté ministériel du 20 septembre 2002) impose les valeurs limites d’émission rapportées dans le tableau Tab. 1-3.

Polluant ^{Concentration moyenne} journalière

Concentration moyenne sur une ½ heure

CO 50 100

Poussières 10 30

Carbone organique Total

(COT) ^{10 20} HCl 10 60 HF 1 4 SO₂ 50 200 NO + NO₂ (installation > 6 th-1) ²⁰⁰ NO + NO₂ (installation < 6 th-1) ⁴⁰⁰ Valeurs limites Cd + Tl 0,05 Hg 0,05

Total autres ML (Sb, As, Pb,

Cr, Cu, Mn, Ni, V) ^0,5 Dioxine et Furane en TEQ 0,1 ng Nm-3

Tab. 1-3 : Valeurs limites d’émission relatives aux UIOM (concentrations exprimées en mg Nm3 et rapportées au Nm3 de gaz sec à 11 % d’O₂ ou 9 % de CO₂)

Ce nouvel arrêté impose donc une limite pour les rejets NO_x, ce qui n’était pas le cas en France jusqu’à présent. La situation concernant les dioxines et furanes est la même. La législation française s’est alignée sur les directives européennes qui fixaient ces rejets à une valeur limite de 0,1 ng Nm-3 (équivalent toxique par rapport à la dioxine dite “dioxine de Seveso”).

La formation de CO est classiquement liée au fonctionnement du four de combustion en défaut d’air c’est-à-dire à de mauvaises conditions opératoires ou à un régime de fonctionnement transitoire (mise en marche, arrêt d’un four). La concentration en CO peut être réduite par augmentation des débits en air primaire ou secondaire. Cependant, cet ajout d’air ne doit pas provoquer une chute importante de la température, le résultat obtenu serait alors contraire à celui escompté du fait d’une combustion froide. Pour minimiser au mieux la formation de CO, il est nécessaire d’asservir l’excès d’air et la température de combustion, et

Contexte de l’étude 19 d’assurer un bon mélange des OM sur la grille afin d’éviter les hétérogénéités de combustion. Les émissions de HCl proviennent, pour partie, du chlore organique (notamment du PVC = [CH₂CHCl]_n) et pour partie du chlore minéral (NaCl, KCl…) présent dans la partie putrescible des ordures ménagères (WANG et coll., 1999). On estime en général qu’une tonne d’OM contient 7 à 12 kg de chlore. La majeure partie est émise sous forme d’HCl (70 %), mais une quantité non négligeable reste dans les mâchefers (10 %) et les cendres (20 %). Les SO_x, famille de polluants regroupant SO₂ et SO₃, sont le plus souvent des produits de l’incinération de plâtre et de panneaux muraux. Dans l’atmosphère, SO₂ peut s’oxyder en acide sulfurique sous l’effet du rayonnement UV et contribuer au phénomène de pluies acides. Les NO_x se forment par oxydation de l’azote de l’air et de l’azote présent dans les déchets. Cette famille comprend NO (majoritaire), NO₂ et le protoxyde d’azote N₂O. Ce dernier est aujourd’hui très surveillé car, d’une part, il contribue à l’effet de serre et, d’autre part, il catalyse la destruction de l’ozone stratosphérique. Les NO_x sont en outre, comme les SO_x, en grande partie responsables de l’acidification des pluies.

Les PolyChloro-DibenzoDioxines (PCDD) et les PolyChloro-DibenzoFuranes (PCDF) sont deux familles regroupant 210 congénères faisant l’objet d’une attention particulière en raison de la grande toxicité de 17 d’entre eux (dibenzo-dioxine et dibenzo-furane chlorés en position 2, 3, 7, 8). Ces composés se forment, après la combustion, à des températures de l’ordre de 250 à 400°C, par recombinaison à partir des imbrûlés présents dans les cendres volantes (HUANG et BUEKENS, 1995). Les PCDD/PCDF se décomposent rapidement (1 s) à des températures proches de 700°C. Les systèmes de déchloruration permettent de capter 60 à 90 % des PCDD/F formés. Ceux restants peuvent être adsorbés sur du charbon actif. Notons qu’il est possible de conjuguer la réduction des NO_x avec la destruction des PCDD/F. Ainsi, par la voie catalytique (SCR) la destruction des dioxines s’effectue entre 270 et 350°C, par la voie non catalytique (SNCR), l’ammoniaque injectée au niveau de la chaudière permettrait de limiter la formation de leur précurseurs (LE GOUX et LE DOUCE, 1995).

Les métaux lourds contenus dans les OM se retrouvent majoritairement dans les mâchefers, mais des quantités importantes d’oxydes, de chlorures métalliques et de métaux volatils sont évacuées dans les fumées. L’étude de ces polluants fait l’objet de la partie suivante.

1.3 - Métaux lourds et incinération : mécanismes de

transformation et répartition dans les différents résidus

Contrairement à la partie organique des déchets ménagers, les métaux lourds contenus dans les OM ne sont pas détruits au cours de l’incinération. Ils se concentrent dans les résidus (mâchefers et REFIOM) après avoir subi différentes transformations physico-chimiques. Les métaux les plus volatils peuvent se vaporiser dans les conditions de température rencontrées

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dans un incinérateur (BARTON et coll., 1988). Lors du refroidissement des fumées, les vapeurs peuvent se condenser de façon homogène pour former des aérosols ou de façon hétérogène à la surface des cendres volantes. Une fraction de ces particules peut échapper aux différents systèmes d’épuration des gaz, dont les rendements de capture diminuent fortement avec la taille des particules, et être émise à l’atmosphère, présentant alors un risque en terme de santé publique. Les métaux toxiques les plus couramment rencontrés sont le plomb, le zinc, le cadmium, l’étain, le mercure.