Etude de deux procédés innovants pour le traitement d’effluents gazeux industriels faiblement pollués par des Composés Organiques Volatils

摘要

Depuis plusieurs années, la pollution atmosphérique, et plus particulièrement les rejets de Composés Organiques Volatils (COV), sont pointés du doigt à cause de leur effet néfaste sur l’Homme et son environnement. Actuellement, le marché des technologies disponibles pour le traitement des effluents gazeux contenant des COV est encore dominé par les techniques d’incinération. Toutefois, dans le cas de forts débits gazeux (103 à 250.103 Nm3.h-1) faiblement pollués (0,1 à 10 g.Nm-3), le coût de traitement par unité de volume d’effluent de ces techniques devient prohibitif et ne permet pas d’envisager leur mise en place. Une des technologies les plus adaptées semble alors être le traitement biologique. Dans ce contexte, l’utilisation d’un contacteur gaz-liquide à haute efficacité, l’aéro-éjecteur, et d’un réacteur biologique permettrait de satisfaire les critères de compacité et d’efficacité requis. Cette association a été envisagée et ses performances étudiées lors de précédents travaux.udCe travail de recherche propose, après une présentation dans une première partie du contexte et des technologies disponibles pour le traitement des COV gazeux, de compléter l’analyse des performances de transfert de l’aéro-éjecteur précédemment effectuée. En effet, les performances de ce contacteur avait été déterminées pour des molécules modèles telles que l’éthanol, l’acétate de butyle, la méthyl éthyl cétone, le disulfure de diméthyle et l’oxygène. En s’appuyant sur d’autres polluants, les outils de dimensionnement se trouvent enrichis de nouveaux résultats permettant une meilleure prise en compte des propriétés physico-chimiques des polluants. La troisième partie est consacrée à l’étude des performances d’épuration du procédé couplant l’aéro-éjecteur et le réacteur biologique. Il s’agit ici d’identifier et de lever les limitations observées lors de la précédente étude. Ce chapitre débute donc sur un rappel des principaux résultats obtenus en insistant sur les principales questions posées. Une réponse est ensuite proposée pour chaque question. Cette réponse comprend une présentation des différentes méthodologies utilisées ainsi que les résultats obtenus. Les suggestions offertes pour améliorer les performances d’épuration de ce procédé hybride concluent ce chapitre. Enfin, le quatrième et dernier chapitre est consacré au développement d’un procédé mécanique de concentration des COV en phase gazeuse. Cette partie comprend une étude de faisabilité des différentes étapes du procédé, réalisée au laboratoire, et les solutions technologiques retenues pour la réalisation d’un pilote semi-industriel. Les résultats obtenus lors d’essais du pilote en site industriel nous permettent d’envisager les potentialités et les limitations de cette technologie en tant que pré-traitement de forts débits d’effluent gazeux faiblement pollués par des COV.------------------------------------------------------------------------------------------------ Among all kinds of atmospheric pollution, due to their negative impacts on the humans and the environment, VOCs have raised a lot of interest recently. For high flow rates of low polluted gaseous effluents, one of the most suitable technologies seems to be biological treatment. However, industrial applications are limited because of impracticalities including short useful life or large plant size. Thus, mass transfer is usually considered as the limiting step. In this situation, the use of the aero-ejector, an in-house developed gas-liquid contactor exhibiting high transfer efficiency, would be a solution for decreasing plant dimensions. In this context, two different processes were designed at the Laboratory of Biotechnology and Bioprocesses (INSA of Toulouse). The first one is a degradation process associating the aero-ejector with a biological reactor. The second process is a not a degradation one since its aim is to concentrate gaseous VOC. It is based on the association of an absorption step followed with a desorption one.udThe first section presents VOC treatment context, including existing technologies and their limitations. Descriptions of their application fields and costs allow comparison of these technologies. The performances of the degradation process were previously investigated (Daubert-Deleris, 2001). Three model molecules were used (ethanol, methyl ethyl ketone and butyl acetate) to evaluate the absorption characteristics of the aero-ejector and to analyse the feasibility of the whole process. The second section deals with the study of the aero-ejector transfer performances for a wide variety of pollutants. This allows to determinate sizing criteria which will take in account the pollutants physical properties. Limitations of the process are also investigated, in the third section, including the study of microbial populations’ evolution using a quantitative ecology method (FISH). Finally, in the fourth section, the VOC concentration process is presented. In a first part, the study of the process feasibility is discussed. Thus, performances are determinated in industrial context with the installation of a pilot at the site of “Plantes & Industries” (Gaillac, 81). Then, a cost analysis was performed thanks to these results.