traitement de l'effluent de désulfuration des fumées des centrales thermiques

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origines et qualités des effluents FGD

Notons qu’une centrale de 750 MW génère typiquement 2,5 M Nm3 · h–1 de fumées dans lesquels il est nécessaire d’éliminer 4 à 5 tonnes de SO2 par heure.

Le procédé le plus classique consiste en un lavage des gaz par voie humide en deux étapes :

  • un refroidissement des fumées vers 50 °C avec un circuit semi-fermé à pH 0,5 dont une partie est purgée vers le traitement des effluents ;
  • un lavage de gaz avec une suspension, soit de CaCO3, soit de Ca(OH)2 et maintenu à pH 4 environ dont une partie est purgée vers le traitement des effluents.

Ces purges doivent afin de les rendre conformes aux récentes normes de rejet. Elles sont donc constituées de saumures acides contenant des suspensions de gypse et, soit du SO2, soit un mélange SO2 + NOx selon les cas. On y retrouve également un grand nombre de métaux dissous à des concentrations néanmoins supérieures aux normes de rejet habituelles (très variables suivant les pays concernés) (tableau 26). Ce traitement est couramment appelé FGD alors qu’il s’agit de fait du traitement des effluents de FGD.

analyse effluents FGDImage sécurisée
Tableau 26. Exemple d’analyse d’effluents de FGD

la station de traitement des effluents

Il faut noter que, parfois, certains industriels envisagent un traitement centralisé sur l’ensemble des effluents de la centrale :

  • les purges des circuits de refroidissement ;
  • les eaux de FGD ;
  • les régénérations des déminéralisations ;
  • les drainages divers.

Ceci est possible mais entraîne la dilution des sulfates et métaux, grossit les équipements nécessaires et surtout les flux de polluants rejetés (en kg par jour du moins), c’est pourquoi il est souvent plus judicieux de traiter les effluents de FGD à part, les débits concernés étant assez faibles, de 10 à 60 m3 · h–1. Le traitement des effluents de FGD (désulphurisation des fumées) sera évoqué plus loin.

Plusieurs cas peuvent se présenter en fonction des garanties demandées et des caractéristiques des effluents (SO2 seul ou SO2 + NOx). Il faut noter qu’une oxydation à l’air n’est jamais nécessaire, elle est déjà effectuée avec le contact oxygène en excès avec l’eau dans les tours de lavage humide.

Les systèmes de traitement des effluents de FGD, qui reçoivent les eaux des purges des laveurs, les eaux des fosses toutes eaux, les eaux des réservoirs de vidange des laveurs ainsi que les boues, recevront la totalité ou une partie du traitement suivant :

  • neutralisation, désaturation du gypse (ajout de chaux et précipitation du gypse) ;
  • coagulation et précipitation des métaux (ajout d’insolubilisant à base de soufre réduit) ;
  • floculation ;
  • clarification en décanteur lamellaire type Densadeg(les équipements de cet appareil doivent être spé­cialement conçus pour éviter tout bouchage) ; et nécessite des matériaux de construction spéciaux
  • traitement des boues (épaississement et déshydratation).

Pour le cas où des NOx seraient présents, il serait alors nécessaire d’adjoindre à cette ligne un traitement biologique de nitrification/dénitrification sur Biofor les traces de métaux et surtout les fluctuations des concentrations en salinité totale (voir pression osmotique) peuvent perturber le processus biologique.

Généralement, le traitement ci-dessus permet, dans tous les cas, de respecter les concentrations de fluor et de métaux. Il convient de mentionner que l’élimination de certains métaux, comme le sélénium (sélénate) et le chrome héxavalent, n’est parfois pas suffisante pour respecter les normes de rejet si l’on utilise uniquement un procédé de précipitation physico-chimique. Dans de tels cas, un traitement biologique peut être efficace. Si des garanties sont exigées concernant des éléments tels que le bore, le bérylium ou encore le vanadium, qui sont toujours délicats à éliminer, une étape supplémentaire (iBIO) au moins est indispensable (résine échangeuse d’ions spécifique par exemple).

Le traitement ci-dessus permet, dans tous les cas, de garantir en sortie les teneurs en métaux et en fluor. En revanche des garanties en SO42– à un niveau nettement inférieur à 2 000 mg · L–1 ne peuvent être tenues (solubilité trop élevée du gypse) et cela pousse à essayer de mélanger les effluents de FGD avec d’autres disponibles sur le site afin de réduire la concentration de sulfate, si besoin.

Enfin, dans les cas où il y a de fortes concentrations en Mg, il faut tenir compte de la précipitation de celui-ci sous forme d’hydroxyde qui diminue fortement les flux d’épaississement et donc les vitesses de décantation.

Le tableau 27 donne les garanties couramment rencontrées ainsi que les résultats obtenus sur une des ins­tallations actuellement en fonctionnement.

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Tableau 27. Exemple de la station de EDF Cordemais où la DCO entrée varie de 200 à 400 mg · L–1 et la sortie entre 90 et 150 mg · L–1

Il faut noter également que, de plus en plus, des garanties sur la DCO du type DCO < 150 mg · L–1 sont demandées. Celles en entrée étant comprises entre 250 et 500, un traitement tertiaire est souvent requis (bio­logique mais seulement pour des salinités faibles ou plutôt en charbon actif vus les faibles débits).

Il faut noter que cette DCO est parfois due en partie aux MES de l’effluent, le simple fait de les éliminer permet alors de tenir moins de 150 mg · L–1 en sortie d’ouvrage.

Il faut noter enfin que, pour le fluor, une garantie < 15 mg · L–1 peut être tenue par co-précipitation du CaF2 avec le gypse, en revanche une garantie < 5 mg · L–1 ne peut être tenue que si F est déjà inférieur à cette valeur dans les eaux brutes. Pour le cas plus courant où le fluor est supérieur, un traitement tertiaire devient nécessaire, à base de sulfate d’aluminium par exemple.

Les normes de rejet des effluents de FGD traités varient d’un pays à l’autre, mais on constate un durcissement presque partout, avec un nombre croissant de métaux et autres paramètres contrôlés. Les normes de rejet deviennent de plus en plus difficiles à respecter, notamment pour certains paramètres, comme le sélénium (le sélénate est particulièrement difficile à éliminer par procédé physico-chimique), le mercure, le bore et l’azote, ou encore la CDO. Les traitements biologiques sont de plus en plus utilisés pour réduire la concentration de différents métaux, tels que le sélénium, le chrome héxavalent et le thallium.

Les résines échangeuses d’ions spécifiques sont également utilisées pour éliminer certains éléments tels que le bore et le mercure. Le renforcement de la réglementation pourrait entraîner, à terme, une modification de la ligne de traitement des effluents de FGD, qui ne comprendrait non seulement un procédé de traitement physico-chimique, mais aussi un procédé de traitement biologique d’évaporation et/ou de cristallisation (zéro rejet liquide, ou ZRL).

Le système iBIO permet d’éliminer le bore et le sélénium au moyen de deux réacteurs anaérobies, d’un clarificateur anaérobie, et d’un filtre à sable anaérobie avec rétrolavage continu.

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Photo 19. Système iBIO destiné à l’élimination du sélénium dans les effluents de FGD : clarificateur et réacteurs anoxiques et anaérobies (2)