Article

1 - CONTEXTE RÉGLEMENTAIRE ET TECHNOLOGIQUE : OBJECTIFS

  • 1.1 - Composés organiques volatils
  • 1.2 - Techniques de traitement

2 - MONTAGE D’UNE UNITÉ DE TRAITEMENT PAR ADSORPTION-OZONATION

3 - ESSAIS DE PURIFICATION D’AIR CHARGÉ EN COV

4 - CONCLUSION. PERSPECTIVES

5 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : J3945 v1

Traitement des COV par un procédé hybride adsorption-ozonation

Auteur(s) : Marie-Hélène MANÉRO, Pierre MONNEYRON, Nicolas BRODU

Date de publication : 10 sept. 2016

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RÉSUMÉ

Malgré une réelle diminution depuis les années 90, les émissions industrielles de COV restent trop élevées, notamment pour les industries liées à l’utilisation de solvants, dégraissants, conservateurs... La particularité de ces rejets est leur faible concentration dans des débits parfois importants. Cet article a pour vocation de décrire un procédé hybride, combinant deux techniques en un seul et même réacteur : l’adsorption des polluants est effectuée de façon sélective sur un lit de zéolithes et leur oxydation est réalisée en phase adsorbée par l’ozone, à pression et température ambiantes.

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ABSTRACT

VOC Treatment using an hybrid process based on Adsorption-Ozonation

Despite a real decrease since the 1990s, the industrial emission levels of volatile organic compounds remain too high, in particular for industries using solvents, degreasers, preservatives, etc. The specific features of these effluents is their low concentrations in large flows. This article describes the development of a hybrid process using the coupling of two techniques in the same reactor: the selective adsorption of pollutants takes place on a bed of zeolites, and the oxidation of the adsorbed compounds is ensured by ozone at ambient pressure and temperature.

Auteur(s)

  • Marie-Hélène MANÉRO : Docteur-ingénieur, Professeur des universités Laboratoire génie chimique, Toulouse, France

  • Pierre MONNEYRON : Docteur-Ingénieur, Maître de conférences, IM2I, Bordeaux, France

  • Nicolas BRODU : Docteur-Ingénieur Laboratoire GEPEA, Saint-Nazaire, France

INTRODUCTION

Parmi les nombreux polluants identifiés dans les problématiques de pollutions atmosphériques, on trouve les composés organiques volatils (COV). Ce sont des composés qui sont naturellement à l’état gazeux ou qui s’évaporent facilement à température et pression ambiante. Trente-six pour cent des émissions de COV proviennent de l’industrie manufacturière, essentiel-lement du fait de l’utilisation de solvants, dégraissants, conservateurs...

Les nuisances occasionnées par ces émissions peuvent être directes (risques toxicologiques) et indirectes (pollution photochimique). Afin de lutter contre ces pollutions, un certain nombre de protocoles, de directives et de lois ont été mis en place au niveau international, européen et national. Ainsi, les acteurs des différents secteurs industriels concernés ont fait des efforts importants pour diminuer l’utilisation de solvants et pour favoriser les opérations de recyclages des COV. Mais l’approche de type « technologie propre » ne suffit pas toujours et souvent il est nécessaire de capter ces rejets et de les traiter.

Les techniques de traitement classiques disponibles sur le marché sont classées en deux familles :

  • les procédés dits « récupératifs », comprenant les procédés par absorption, adsorption, condensation et les procédés membranaires ;

  • les procédés dits « destructifs », comprenant les oxydations thermiques et catalytiques, les traitements biologiques, les procédés photocatalytiques et l’absorption avec réaction chimique.

Le choix d’un traitement adéquat dépend de nombreux facteurs : le débit et la concentration en COV, la nature des molécules, la complexité du mélange et bien sûr du coût de sa mise en place et de son utilisation. Ces procédés se heurtant souvent à des limitations, technologiques ou économiques, de nouveaux procédés émergent. Ainsi, les procédés d’oxydation avancée (POA) font l’objet de recherches accrues depuis quelques années. Leur but est de créer des espèces oxydantes (oxygène atomique, radicaux hydroxyles...) très réactives et peu sélectives par rapport à la nature des COV. L’ozone peut être une source de ces espèces oxydantes.

Le procédé développé ici est un procédé hybride, associant le couplage de deux techniques – l’adsorption sur zéolithes et l’oxydation par ozone – en un seul et même réacteur, à pression et température ambiantes. Le choix de l’adsorbant s’est porté sur des zéolithes du fait de leur stabilité chimique et thermique. Plus précisément, des zéolithes hydrophobes ont été choisies afin de s’affranchir des problèmes d’humidité des effluents à traiter. Lors de la phase d’adsorption, les COV sont piégés en continu dans la matrice poreuse constituée par des zéolithes. Un courant d’air ozoné est envoyé séquentiellement dans le réacteur pour oxyder les COV adsorbés et régénérer le matériau. L’oxydation étant réalisée à température ambiante, la formation de sous-produits toxiques tels que les oxydes d’azote et les dioxines peut être évitée. Tous les types de composés organiques volatils peuvent a priori être traités par ce procédé. Les secteurs d’activité concernés sont donc tous les secteurs utilisateurs de COV avec des émissions plus ou moins diffuses : application de peintures ou revêtements, colles, adhésifs, imprimeries, utilisateurs de pompes à vide à anneau liquide, évents, pertes...

Le procédé devrait être relativement compact et pourrait donc s’adapter dans les ateliers où la surface au sol est limitée. Enfin, sa simplicité et son automatisation potentielle constituent des critères intéressants pour une mise en place industrielle.

Cet article rappelle dans un premier temps la problématique des COV, le contexte réglementaire international, les directives en cours en France et l’état de l’art technologique actuel. Dans un deuxième temps, le procédé de traitement est développé : son principe théorique et technique et les différents solides testés. Enfin, les résultats des essais en laboratoire sont détaillés : les interactions entre l’oxydant et les différentes matrices poreuses, la sélectivité du traitement et le fonctionnement en séquences adsorption puis ozonation. Une estimation du coût de traitement est finalement présentée.

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KEYWORDS

industrial emissions   |   zeolite   |   atmospheric pollution   |   air purification

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-j3945


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - LE CLOIREC (P.) -   Les composés organiques volatils (COV) dans l’environnement.  -  Tec. & Doc. Lavoisier (1998).

  • (2) - RUTHVEN (D.M.) -   Principles of adsorption and adsorption processes.  -  Wiley, New York (1984).

  • (3) - DELAGE (F.) -   Échauffement des lits de charbon actif lors de l’adsorption de composés organiques volatils : étude expérimentale et modélisation.  -  Thèse de doctorat de l’université de Poitiers (2000).

  • (4) - BRECK (D.W.) -   Zeolite molecular sieves.  -  Wiley Interscience, New York (1974).

  • (5) - ALEJANDRO (S.), VALDES (H.), MANERO (M.H.), ZAROR (C.A.) -   BTX Abatement using chilean natural zeolite : the role of Brønsted acid sites.  -  Water science and technology, 66(8), p. 1759-1765 (2012).

  • (6) - BRODU (N.),...

1 Sites Internet

The atlas of zeolites http://www.iza-structure.org/databases/

ZEOMICS : Zeolites and Microporous Structures Characterization http://helios.princeton.edu/zeomics/

HAUT DE PAGE

2 Réglementation

Accord international sur les modalités d’application du protocole de Kyoto, accord de Marrakech http://www.effet-de-serre.gouv.fr

Amendement au protocole de 1999 relatif à la réduction de l’acidification, de l’eutrophisation et de l’ozone troposphérique – 2013/0448 (NLE)

Arrêté du 8 juillet 2003 portant approbation du programme national de réduction des émissions de polluants atmosphériques (SO2  , NOx  , COV, et NH3) (JO n° 252 du 30 octobre 2003) http://www.legifrance.gouv.fr/

Arrêté du 29 mai 2000 portant modification de l’arrêté du 2 février 1998 (JO du 3...

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