Traitement des déchets dangereux (HWT): technologies, méthodes de traitement physique et chimique

Traitement des déchets dangereux (HWT): technologies, méthodes de traitement physique et chimique!

Technologies de traitement des déchets dangereux:

Même après un programme vigoureux de réduction des déchets dangereux, il restera de grandes quantités de déchets dangereux qui devront être traitées et éliminées.

Les technologies de traitement ont été classées en deux catégories: physique, chimique, biologique, thermique ou stabilisation / fixation.

Les processus de traitement physique comprennent la séparation par gravité, les systèmes à changement de phase, tels que l'extraction à l'air et à la vapeur des substances volatiles contenues dans les déchets liquides, ainsi que diverses opérations de filtrage, y compris l'adsorption de carbone.

Le traitement chimique transforme les déchets en substances moins dangereuses en utilisant des techniques telles que la neutralisation du pH, l’oxydation ou la réduction et la précipitation. Le traitement biologique utilise des micro-organismes pour dégrader les composés organiques dans le flux de déchets.

Les processus de destruction thermique comprennent l'incinération, qui devient de plus en plus une option privilégiée pour le traitement des déchets dangereux, et la pyrolyse, qui est la décomposition chimique des déchets, est obtenue en chauffant le matériau en l'absence d'oxygène.

Les techniques de stabilisation impliquent l'élimination de l'excès d'eau d'un déchet et la solidification du reste, soit en le mélangeant avec un agent stabilisant tel que le ciment Portland, soit en le vitrifiant en une substance vitreuse.

La plupart des mesures de traitement comportent des aspects à la fois physiques et chimiques. La technologie de traitement appropriée pour les déchets dangereux dépend de la nature des déchets. Le type de traitement physique à appliquer aux déchets dépend fortement des propriétés physiques du matériau traité, notamment de l'état de la matière, de la solubilité dans l'eau et dans les solvants organiques, de la densité, de la volatilité, du point d'ébullition et du point de fusion.

Méthodes de traitement physique:

Divers procédés de traitement physique adoptés dans l'industrie sont les suivants: adsorption, adsorption de résine, sédimentation, électrodialyse, osmose inverse, extraction au solvant, distillation, évaporation et filtration.

Adsorption:

L'adsorption sur du charbon actif se produit lorsqu'une molécule est amenée à sa surface et y est maintenue par des forces physiques et / ou chimiques. Ce processus est réversible, ce qui permet de régénérer le charbon actif et de le réutiliser par application appropriée de chaleur et de vapeur, ou de solvant.

Les facteurs liés à la capacité d'adsorption sont:

une. Une plus grande surface génère une plus grande capacité d'adsorption [par exemple: le charbon actif a une grande surface (500-1500 m ² / g)]

b. L'adsorptivité augmente à mesure que la solubilité du soluté (dans le solvant) diminue. Ainsi, pour les hydrocarbures, l’adsorption augmente avec le poids moléculaire

c. Pour les solutés avec des groupes ionisables, une adsorption maximale sera atteinte à un pH correspondant à une ionisation minimale.

ré. La capacité d'adsorption diminue avec l'augmentation de la température.

Un autre point à noter est que l'activité biologique a généralement lieu dans un lit de carbone. Si la concentration de l'espèce adsorbée est suffisamment élevée et que le matériau est biodégradable et non toxique pour les bactéries, l'activité biologique peut alors augmenter considérablement la capacité d'élimination effective. L'élimination par adsorption par le charbon actif a été appliquée à des flux de déchets non aqueux tels que la fraction de pétrole, les sirops, les huiles végétales et les préparations pharmaceutiques. L'élimination de la couleur est l'objectif le plus commun dans de tels cas. Les applications actuelles de traitement des déchets sont limitées aux solutions aqueuses.

Adsorption de résine:

Le traitement des déchets par résine implique deux étapes fondamentales:

1. Mettre en contact le flux de déchets liquides avec de la résine et laisser la résine absorber les solutés de la solution; et

2. Ensuite, régénérer les résines en éliminant les produits chimiques adsorbés, simplement en les lavant avec un solvant approprié.

L'adsorption d'une molécule non polaire sur une résine hydrophobe (par exemple, une résine à base de styrène divinylbenzène) résulte principalement de l'effet des forces de Vander Waal. Dans d'autres cas, d'autres types d'interactions, tels que l'interaction dipôle-dipôle et la liaison hydrogène, sont importants. Dans quelques cas, un mécanisme d'échange d'ions peut être impliqué. Pour éliminer les déchets de colorants organiques de l'eau, deux résines différentes ont été utilisées: dans ce cas, le flux de déchets est d'abord mis en contact avec un adsorbant polymère normal, puis avec une résine échangeuse d'ions.

Sédimentation:

La sédimentation est un processus physique par lequel les particules en suspension dans un liquide se déposent par gravité.

Les éléments fondamentaux de la plupart des processus de sédimentation sont:

une. Un bassin ou un récipient de taille suffisante pour maintenir le liquide à traiter dans un état de repos relatif pendant une période déterminée

b. Un moyen de diriger le liquide à traiter dans le bassin ci-dessus de manière à favoriser la sédimentation.

c. Un moyen d'éliminer physiquement les particules décantées du liquide.

La sédimentation peut être un procédé discontinu ou continu. Les procédés continus sont de loin les plus courants, en particulier lorsque de grands volumes de liquide doivent être traités. Cette technique a été largement utilisée pour éliminer les métaux lourds des eaux usées de l'industrie du fer et de l'acier; élimination du fluorure des eaux usées de production d'aluminium; et élimination des métaux lourds des eaux usées de la fusion du cuivre et de l'industrie de la finition des métaux, ainsi que des eaux usées provenant de produits chimiques organiques.

Électro-dialyse:

L'électro-dialyse implique la séparation d'un flux aqueux (plus concentré en électrolyte que le flux initial) et d'un flux appauvri. Le succès du procédé dépend de membranes synthétiques spéciales, généralement basées sur des résines échangeuses d’ions, qui ne sont perméables qu’à un seul type d’ions. Les membranes échangeuses de cations ne permettent le passage que des ions positifs, sous l’influence du champ électrique, tandis que les membranes échangeuses d’anions ne permettent le passage que des ions chargés négativement.

L'eau d'alimentation passe à travers des compartiments formés par les espaces entre des membranes alternées perméables aux cations et perméables aux anions et maintenues dans un empilement. À chaque extrémité de la pile se trouve une électrode ayant la même surface que les membranes. Un potentiel continu appliqué à travers la pile provoque la migration des ions positifs et négatifs dans des directions opposées.

Cette technique a été utilisée pour le dessalement afin de produire de l’eau potable à partir d’eau de puits saumâtre. L'électro-dialyse est utilisée dans l'industrie alimentaire pour dessaler le lactosérum. L'industrie chimique utilise cette technique pour enrichir ou épuiser les solutions et pour éliminer les constituants minéraux des flux de produits.

Osmose inverse:

Cette technique la plus largement utilisée consiste en une membrane perméable au solvant mais imperméable à la plupart des espèces dissoutes, organiques et inorganiques, dissoutes. Ces dispositifs utilisent une pression pour forcer l'eau contaminée contre la membrane semi-perméable. La membrane agit en tant que filtre, permettant à l'eau d'être poussée à travers les pores, tout en limitant le passage de molécules plus grosses à éliminer.

Les membranes d'acétate de cellulose ont été utilisées dans le passé, mais de nos jours, les polysulfones et les polyamides sont de plus en plus populaires pour les pH élevés. En raison de la susceptibilité des membranes aux attaques chimiques et à l'encrassement, et du système d'écoulement à l'obstruction et à l'érosion, il est courant de prétraiter l'eau d'alimentation pour éliminer les matières oxydantes. La technique de l'osmose inverse a été largement utilisée pour le dessalement des eaux de mer ou des eaux saumâtres.

Il a également été utilisé avec succès dans le traitement des eaux de rinçage électrolytiques, non seulement pour respecter les normes de rejet des effluents, mais également pour récupérer des solutions concentrées de sels métalliques en vue de leur réutilisation. Il a également été utilisé pour le traitement des déchets provenant des industries de transformation du papier et des aliments.

Extraction par solvant:

L'extraction par solvant consiste à séparer les constituants d'une solution liquide par contact avec un autre liquide non miscible. Si les substances composant la solution d'origine se répartissent différemment entre les deux phases liquides, il en résultera un certain degré de séparation, qui peut être renforcée par l'utilisation de contacts multiples. La principale application de l’extraction par solvant au traitement des déchets a été l’élimination du phénol de l’eau sous-produite issue de la cokéfaction du charbon, du raffinage du pétrole et de la synthèse chimique faisant intervenir du phénol.

L’utilisation des fluides supercritiques (SCF), le plus souvent du C0 _2, comme solvant d’extraction, a été l’une des approches les plus prometteuses en matière d’extraction par solvant. Les SCF sont des fluides existant à ou au-dessus de la température la plus basse à laquelle de la condensation peut se produire. Au-dessus de la température critique, certains fluides présentent des caractéristiques qui améliorent leurs propriétés de solvant.

Les matières organiques, qui ne sont que légèrement solubles dans des solvants particuliers à la température ambiante, deviennent totalement miscibles avec le solvant dans des conditions supercritiques. Les excellentes propriétés des solvants résultent de la capacité de transfert de masse rapide et de la très faible densité qui caractérise un SCF. Les principaux avantages des SCF sont des temps de séjour courts, sans formation de char.

Parmi les applications importantes de ces SCF, citons l'extraction des pesticides halogénés dans les sols, l'extraction des huiles d'émulsions utilisées dans le traitement de l'aluminium et de l'acier et la régénération du charbon actif épuisé. L'éthane supercritique a été utilisé pour purifier les huiles usées contaminées par des PCB, des métaux et de l'eau.

Distillation:

La distillation coûte cher et consomme beaucoup d'énergie et ne peut probablement être justifiée que dans les cas où la récupération de produit de valeur est possible (par exemple, récupération de solvant). Cette technique n'a qu'une application limitée dans le traitement des déchets dangereux aqueux dilués.

Évaporation:

Le procédé d'évaporation est utilisé pour le traitement de déchets dangereux tels que les liquides et les boues radioactifs et la concentration de déchets de placage et de solvants de peinture parmi de nombreuses autres applications. Il est capable de manipuler des liquides, des boues et parfois des boues, organiques et inorganiques, contenant des solides en suspension ou dissous ou des liquides dissous, dans lesquels l'un des composants est essentiellement non volatil. Il peut être utilisé pour réduire le volume des déchets avant l'élimination des déchets ou leur incinération.

Les principaux inconvénients de l'évaporation sont des coûts d'investissement et d'exploitation élevés et des besoins énergétiques élevés. Ce processus est plus adaptable aux eaux usées fortement concentrées en polluants.

Filtration:

La filtration est un processus économique bien développé utilisé dans le traitement à grande échelle de nombreuses eaux usées industrielles et de boues de déchets. Les besoins en énergie sont relativement faibles et les paramètres opérationnels bien définis. Cependant, il ne s’agit pas d’un processus de traitement primaire et est souvent utilisé conjointement avec la précipitation, la floculation et la sédimentation pour éliminer ces solides.

Floculation:

Les différents phénomènes qui se produisent lors de la floculation peuvent être regroupés en deux mécanismes séquentiels. Déstabilisation induite chimiquement des forces répulsives liées à la surface, permettant ainsi aux particules de se lier lorsqu'elles se touchent, pontage chimique et enchevêtrement physique entre les particules non répulsives, permettant la formation de grosses particules.

Les produits chimiques utilisés pour la floculation comprennent l’alun, la chaux, le chlorure ferrique, le sulfate ferreux et les poly électrolytes. Les poly électrolytes sont constitués de polymères hydrosolubles à longue chaîne tels que les polyacrylamides. Ils sont utilisés soit conjointement avec des floculants inorganiques, soit comme agent de floculation primaire. Les floculants inorganiques tels que l’alun, lorsqu’ils se mélangent à l’eau, le pH légèrement supérieur de l’eau les amène à s’hydrolyser pour former des précipités gélatineux d’hydroxyde d’aluminium.

En partie à cause de leur grande surface, ils sont capables d’enchevêtrer de petites particules et de créer ainsi de plus grosses particules. Une fois que les particules en suspension ont été floculées en particules plus grosses, elles peuvent généralement être éliminées du liquide par sédimentation, à condition qu'il existe une différence de densité suffisante entre la matière en suspension et le liquide.

Méthodes de traitement chimique:

Le traitement chimique des déchets nous aidera à transformer les déchets hautement dangereux en une nature moins dangereuse. Le traitement chimique nous aide également à récupérer les précieux sous-produits des déchets dangereux, réduisant ainsi les coûts globaux d'élimination des déchets. Ainsi, les options de traitement chimique doivent être adoptées avant l'examen des options de décharge.

Les différents procédés de traitement chimique adoptés dans les industries de gestion des déchets dangereux sont les suivants: solubilité, neutralisation, précipitation, coagulation et floculation, oxydation et réduction, méthode d'échange d'ions

Solubilité:

Les déchets dangereux peuvent être organiques et inorganiques, contenant divers éléments chimiques et présentant diverses configurations structurelles. L'eau, appelée solvant universel, dissoudra beaucoup de ces substances, alors que d'autres n'auront qu'une solubilité limitée dans l'eau. La solubilité de divers sels inorganiques et organiques est utilisée comme moyen de traitement des déchets dangereux lorsque des installations de traitement des eaux usées sont disponibles et que les options de remblayage sont limitées.

Neutralisation:

La neutralisation des acides et des flux de déchets alcalins est un exemple de l’utilisation du traitement chimique pour atténuer les déchets qualifiés de corrosifs. La neutralisation d'un acide ou d'une base est facilement déterminée en mesurant son pH. Les réactions à base d'acide sont le processus chimique le plus utilisé dans le traitement des déchets dangereux. La neutralisation avant la mise en décharge sera nécessaire pour éviter les réactions croisées lors de la mise en décharge. Comme le processus de neutralisation est de nature exothermique, en l’absence de pré-neutralisation, la température des couches d’enfouissement augmente, ce qui entraîne des dommages aux revêtements internes.

Précipitation:

Des métaux lourds souvent indésirables sont présents dans les déchets liquides et solides qui se présentent sous forme de suspension. Précipitation simple. La méthode habituelle d'élimination des métaux lourds organiques est la précipitation chimique. Les métaux précipitent à des pH variables en fonction de l'ion métallique, ce qui entraîne la formation d'un sel insoluble. Par conséquent, la neutralisation d'un flux de déchets acide peut provoquer la précipitation de métaux lourds. Les hydroxydes de métaux lourds étant généralement insolubles, on utilise couramment de la chaux ou des produits caustiques pour les précipiter.

Coagulation et floculation:

L'ajout de coagulants améliore considérablement les précipitations. Le co-agulant le plus couramment utilisé est l'alun. De nombreux poly électrolytes sont utilisés comme coagulants. Ces coagulants neutralisent la charge des colloïdes en suspension, leur permettant ainsi de s’installer rapidement.

Oxydation et Réduction:

Les processus chimiques d'oxydation et de réduction peuvent être utilisés pour convertir des polluants toxiques en substances inoffensives ou moins toxiques. Les déchets de métaux lourds sont soumis à un processus de réduction pour précipiter des composés de métaux lourds plus sûrs. Exemple: le chrome hexavalent est précipité en hydroxyde chromique trivalent. De même, la chloration alcaline du cyanure neutralise les déchets de cyanure hautement toxiques.

Méthodes d'échange d'ions:

L'échange d'ions est un échange d'ions réversible entre les phases liquide et solide. Les ions maintenus par des forces électrostatiques sur des groupes fonctionnels chargés à la surface d'un solide insoluble sont remplacés par des ions de charge similaire dans une solution. L'échange d'ions est une élimination stœchiométrique, réversible et sélective des espèces ioniques dissoutes.