Traitement des Déchets Solides - Support de Cours - PDF

Département Génie des Procédés Filière : Génie Énergétique et Environnement Troisième Année du cycle Ingénieur TRAITEMENT DES DÉCHETS SOLIDES Support de cours Réalisé par : Pr. M.A. ABOULHASSAN SOMMAIRE CH1 : APPROCHE SYSTÉMIQUE DES DÉCHETS 1. D...

Département Génie des Procédés Filière : Génie Énergétique et Environnement Troisième Année du cycle Ingénieur TRAITEMENT DES DÉCHETS SOLIDES Support de cours Réalisé par : Pr. M.A. ABOULHASSAN SOMMAIRE CH1 : APPROCHE SYSTÉMIQUE DES DÉCHETS 1. Définitions 2. Système déchets 3. Classification des déchets solides 4. Nomenclature des déchets 5. Les stratégies de gestion des déchets 6. Filières de traitement des déchets CH2 : VALORISATION ET RECYCLAGE DES DECHETS 1. Collecte et tri des déchets 2. Méthodes de valorisation 3. Recyclage physico-mécanique 4. Valorisation en matières premières pour la chimie 5. Valorisation énergétique 6. Biodégradation et photodégradation 7. Écobilans CH3 : STABILISATION-SOLIDIFICATION DES DÉCHETS INDUSTRIELS 1. Objectifs des procédés 2. Stabilisation à base de liants hydrauliques 3. Vitrification CH4 : CENTRES DE STOCKAGE DES DECHETS I. Conception des centres de stockage 1. Choix des sites et implantations 2. Ingénierie du stockage II. Exploitation des centres de stockage 1. Admission des déchets 2. Collecte et traitement des lixiviats 3. Collecte et traitement du biogaz 4. Surveillance et contrôle  CH1 : APPROCHE SYSTÉMIQUE DES DÉCHETS 1. Définitions 1 - Déchets : tous résidus résultant d'un processus d'extraction, exploitation, transformation, production, consommation, utilisation, contrôle ou filtration, et d'une manière générale, tout objet et matière abandonnés ou que le détenteur doit éliminer pour ne pas porter atteinte à la santé, à la salubrité publique et à l’environnement ; 2 - Déchets ménagers : tout déchet issu des activités des ménages ; 3 - Déchets assimilés aux déchets ménagers : tout déchet provenant des activités économiques, commerciales ou artisanales et qui par leur nature, leur composition et leurs caractéristiques, sont similaires aux déchets ménagers ; 4 - Déchets industriels : tout déchet résultant d'une activité industrielle, agro-industrielle, artisanale ou d'une activité similaire ; 5 - Déchets médicaux et pharmaceutiques : tout déchet issu des activités de diagnostic, de suivi et de traitement préventif, palliatif ou curatif dans les domaines de la médecine humaine ou vétérinaire et tous les déchets résultant des activités des hôpitaux publics, des cliniques, des établissements de la recherche scientifique, des laboratoires d'analyses opérant dans ces domaines et de tous établissements similaires ; 6 - Déchets dangereux : toutes formes de déchets qui, par leur nature dangereuse, toxique, réactive, explosive, inflammable, biologique ou bactérienne, constituent un danger pour l'équilibre écologique tel que fixé par les normes internationales dans ce domaine ou contenu dans des annexes complémentaires ; 7 - Déchets inertes : tout déchet qui ne produit pas de réaction physique ou chimique tels les déchets provenant de l'exploitation des carrières, des mines, des travaux de démolition, de construction ou de rénovation et qui ne sont pas constitués ou contaminés par des substances dangereuses ou par d'autres éléments générateurs de nuisances ; 8 - Déchets agricoles : tout déchet organique généré directement par des activités agricoles ou par des activités d'élevage ou de jardinage ; 9 - Déchets ultimes : tout résidu résultant de déchets traités ou ceux qui ne sont pas traités selon les conditions techniques et économiques actuelles ; 10 - Déchets biodégradables : tout déchet pouvant subir une décomposition biologique naturelle, anaérobique ou aérobique, comme les déchets alimentaires, les déchets de jardins, de papiers et de cartons ainsi que les cadavres d’animaux ; 2. Système déchets La plupart des produits industriels sont issus de processus complexes. À l’origine, il y a toujours prélèvement de matières premières, d’eau et d’air et, à l’issue de chaque étape de la transformation, émission de sous-produits, d’eau et d’air plus ou moins pollués. De plus, chaque étape est consommatrice d’énergie. Au stade de sa consommation, le produit industriel, surtout lorsqu’il est complexe, est à son tour consommateur d’eau, d’air, d’énergie, de pièces de rechange. Enfin, au stade ultime de son utilisation, le produit devient à son tour un déchet dont il faudra assurer la gestion. Une vision globale se doit d’aborder les problèmes posés à tous les stades de ce que l’on appelle le cycle de vie : Création du produit ---> Utilisation du produit ---> Fin de vie du produit Les déchets apparaissent à tous les stades du cycle de vie, avec des natures très variées. On peut classer ces déchets en cinq familles principales : — A : déchets et sous-produits de la fabrication ; — B : déchets de la dépollution de l’eau et de l’air ; — C : déchets associés à la vie du produit ; — D : produits en fin de vie ; — E : déchets du traitement des déchets. A. Déchets et sous-produits de la fabrication C’est les déchets qui ont participé à l’élaboration des produits mais qui ne se retrouvent pas dans le produit final. Il s’agit des sous-produits de réaction chimique, des résidus de certains traitements (peinture, traitements de surface...), des emballages plus ou moins souillés, des matières enlevées à l’issue d’opérations mécaniques (usinage, moulage, polissage...) et des loupés de fabrication. On classe généralement ces déchets en trois catégories : les déchets industriels spéciaux (DIS) ou dangereux, les déchets industriels banals (DIB) et les déchets inertes. B. Déchets de la dépollution de l’eau et de l’air L’eau et l’air, abondamment utilisés dans les fabrications industrielles, sont le plus souvent pollués par différents réactifs, ce qui rend inacceptable leur rejet, en l’état, dans le milieu naturel. Ces effluents font donc l’objet, avant rejet, de traitements de dépollution qui génèrent à leur tour de nouvelles catégories de déchets : poussières collectées par les filtres, boues de traitements chimiques, physico-chimiques ou biologiques, cendres et mâchefers résultant du traitement thermique de certains effluents et sous-produits. On parle couramment, à ce sujet, de déchets de la dépollution. Ces déchets sont actuellement parmi les plus préoccupants. C. Déchets associés à la vie du produit L’accroissement qualitatif et quantitatif de la consommation conduit à cette importante famille de déchets. L’automobile en est un exemple significatif : pneumatiques, batteries usagées, filtres à huile et à air, déchets de la réparation automobile, huiles de vidange... C’est aussi le cas des déchets liés à la consommation alimentaire [emballages (verre, plastique, carton, métal)], des journaux et périodiques, des médicaments, des produits de nettoyage et de bricolage... Au sein de ces déchets, une catégorie retient de plus en plus l’attention : il s’agit des déchets toxiques en quantité dispersée (DTQD) issus des particuliers, des artisans et autres activités : imprimeries, garagistes, teinturiers, photographes..., des laboratoires médicaux et des établissements d’enseignement et de recherche. On peut également ranger, dans cette catégorie, les déchets produits par les hôpitaux, les cliniques, les dispensaires, les cliniques vétérinaires... D. Produits en fin de vie En fin de vie, par usure, accident ou obsolescence, certains produits deviennent des déchets. C’est le cas, par exemple, des véhicules hors d’usage (VHU), des produits de démolition (déconstruction), des bâtiments d’habitation et des sites industriels ou bien encore des produits électroménagers (réfrigérateurs, micro-ondes, téléviseurs...) et informatiques (ordinateurs). E. Déchets du traitement des déchets Tous les déchets que nous venons d’énumérer font l’objet d’opérations de traitement, qu’il s’agisse d’en assurer la valorisation sous différentes formes ou bien encore de procéder à leur élimination. L’ensemble de ces opérations constitue les filières de traitement des déchets. 3. Classification des déchets solides Les déchets peuvent être classés en 2 grandes catégories selon leur origine et selon les dangers qu’ils présentent. Classification en fonction de l'origine du déchet - Déchets ménagers et assimilés (DMA). - Déchets industriels banals (DIB) et spéciaux (DIS). - Déchets de l’agriculture. - Déchets de la construction et de la démolition (déchets inertes). - Déchets d’activité de soins (DAS) ou déchets infectieux (DASRI). - Déchets des équipements électriques et électroniques (DEEE). - Déchets de l’automobile. Classification selon les dangers qu’ils présentent - Déchets inertes. - Déchets non dangereux - Déchets dangereux. Les Déchets Inertes : il s’agit essentiellement des déchets minéraux, ne se décomposent pas, ne brûlent pas et ne produisent aucune autre réaction physique ou chimique, ne sont pas biodégradables et ne détériorent pas d’autres matières avec lesquelles ils rentrent en contact, d’une manière susceptible d’entraîner une pollution de l’environnement ou de nuire à la santé humaine. Exemples : bétons, tuiles, céramiques, briques, etc. Les Déchets Non Dangereux (DND) : ils comprennent les déchets de toute nature dès lors qu’ils ne sont ni inertes, ni dangereux. Lorsqu’ils proviennent des entreprises, ils sont appelés Déchets Industriels Banals (DIB). Les DND sont de natures assimilables aux déchets ménagers et peuvent être éliminés de façon identique. Exemples : métaux, papiers, cartons, plastiques, bois, etc. Un DND souillé par un produit dangereux devient un Déchet Dangereux, et doit donc suivre une filière d’élimination adaptée. Les Déchets Dangereux (DD) : ils contiennent des substances dangereuses pour l’homme et pour l’environnement. Leur élimination nécessite des traitements particuliers dans des centres spécialisés. Lorsqu’ils proviennent des entreprises, ils sont également appelés DIS (Déchets Industriels Spéciaux). Un DD produit en petites quantités est communément appelé DDD (Déchet Dangereux Diffus). Exemples : huiles, absorbants souillés, solvants, etc. 4. Nomenclature des déchets La nomenclature des déchets est une classification qui comprend les déchets spéciaux y compris les déchets spéciaux dangereux, les déchets ménagers assimilés et les déchets inertes. Elle sert à désigner les déchets afin que les différents partenaires concernés par l'élimination des déchets parlent un langage commun. La liste des codes déchets permet d’attribuer à chaque déchet un code à 6 chiffres. Les 2 premiers chiffres désignent le chapitre dans lequel le déchet est classé. Ce code à 6 chiffres peut être complété par un symbole «*». Les déchets associés à un code affecté de cet astérisque sont considérés comme dangereux, et les autres comme non dangereux. Le tableau ci-après après résume la signification des chapitres : A. 01 à 12 et 17 à 20 chapitres relatifs à la source des d déchets B. 13 à 15 chapitres relatifs au type de déchets C. 16 chapitre destiné aux déchets non décrits ailleurs sur la liste Exemples de lecture de la nomenclature des déchets Exemple 1 : Cas des déchets industriels Exemple 2 : Cas des déchets ménagers et assimilés 5. Les stratégies de gestion des déchets Avant toute réflexion sur le choix d’une filière de traitement pour un déchet donné, il y a lieu d’aborder deux étapes préliminaires : — la première concerne tous les travaux d’analyse et les tests de comportement qui doivent permettre de bien connaître le déchet au plan qualitatif mais aussi au plan quantitatif et spatio-temporel ; — la seconde, plus difficile, consiste à choisir, parmi toutes les possibilités, la stratégie de gestion la mieux adaptée. 5.1 Connaissance analytique des déchets Au regard des réglementations en vigueur, un déchet est légalement défini à partir de la connaissance de sa composition, ce qui donne toute son importance à la caractérisation en laboratoire. Il est également nécessaire de disposer d’une caractérisation très rigoureuse pour effectuer le choix d’une technique de traitement : incinération, valorisation matière, mise en décharge... Les opérations d’échantillonnage sont très délicates et de nombreuses techniques analytiques classiques sont sollicitées. Il faut aussi réaliser des tests de comportement dont certains font l’objet de normes. En fait, envisager une filière de gestion conduit à respecter un cahier des charges analytique spécifiques à chaque filière. a. Composition élémentaire des déchets L'analyse se élémentaire d’un déchet fournit la composition d’un déchet sur brut, en indiquant sa composition massique centésimale en ses différents constituants élémentaires (carbone, hydrogène, oxygène, azote, …), sa teneur en inertes, sa teneur en eau, et en ses différents éléments traces (sodium, phosphore, azote, métaux lourds, …). Cette composition peut également être exprimée sur sec (hors humidité), ou sur pur et sec (hors humidité et cendres). Elle permet une évaluation préalable, non seulement du contenu thermochimique th du déchet, mais également des émissions gazeuses induites et de la nature des cendres produites après sa combustion et/ou pyrolyse-gazéification. pyrolyse b. Propriétés thermodynamiques et chimiques  Pouvoir calorifique inférieur (PCI) : correspondant nt à la chaleur dégagée par la combustion d'une unité de masse de déchet (ou enthalpie de combustion, changée de signe), l’eau étant formée à l'état de vapeur.  Pouvoir calorifique supérieur (PCS) : idem que le PCI,, mais l’eau formée à l'état liquide.  Inflammabilité, capacité thermique, point éclair et tension de vapeur.  Points de fusion et d'ébullitio llition.  Solubilité, viscosité, conductiv uctivité, propriétés rhéologiques. c.Propriétés physiquess et mécaniques Les déchets sont souvent hétérogènes et peuvent peuvent se présenter sous différents états physiques (solide, pâteux). Dans le cas de déchets solides hétérogènes, la masse volumique apparente, l’humidité et la granulométrie moyenne conditionnent leurs propriétés de coulabilité/tassement (en silos), ainsi que leur manœuvrabilité en transport, et donc corrélativement, les équipements de stockage et de manutention adaptés à ces produits. Masse volumique apparente des solides granulaires, c'est-à-dire leur masse par unité de volume dans un empilement, est une donnée également importante pour l’estimation du contenu énergétique, des coûts de stockage et de transport. Celle-ci peut s’estimer par : ρ = (1- ε) ρs où ε est la porosité de l’empilement, ou taux de vide, avec ε < 1. Ce taux de vide en empilement peut varier, pour des déchets, de 0,6 à 0,9. On a donc toujours ρ