TRAITEMENT DES LIXIVIATS PAR UN COUPLAGE DE PROCEDES

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1 TRAITEMENT DES LIXIVIATS PAR UN COUPLAGE DE PROCEDES 1. Contexte de l étude + Objectifs 2. Caractérisation des lixiviats 3. Performances du couplage de procédés 4. Conclusion générale Étude menée au STRI/LHC et cofinancée par la région PACA : Doctorant : Sébastien RENOU Responsable CEA : Sandrine POULAIN Directeur de thèse : Philippe MOULIN (LPPE UMR 6181) 1

2 Définition CONTEXTE DE L ETUDE Les lixiviats de centre de stockage, appelés "jus de décharge" sont des effluents liquides noirâtres qui résultent de la percolation des eaux au travers d un lit de déchets ménagers au sein des Centres de Stockage des Déchets Ultimes (CSDU). Quelques chiffres sur le stockage des déchets en France (chiffres ADEME, 2006) En 2004, 47 Mt de déchets ménagers et assimilés traités dont 22,1 Mt dans 318 CSDU (43% ordures ménagères!) 5,2 milliards en 2004 dont 2,1 milliards pour l enfouissement 2

3 Fonctionnement d un CSDU Site 1 Site 2 Site 3 50 m 3 /j Biogaz (vers torchère) Limitation actuelles du traitement - Fortes pression osmotiques - Colmatage organique important par les substances humiques LAGUNE - Volume important de concentrat ENJEU SCIENTIFIQUE Proposer et optimiser un couplage de procédés efficace pour l épuration des lixiviats 100 m 3 /j Osmose inverse 50 m 3 /j Milieu naturel Rejets conformes aux normes en vigueur 3

4 Caractérisation des lixiviats de l étude (Composition moyenne d octobre 2004 à décembre 2006) DCO «dure» : composés réfractaires de type acides humiques et fulviques Salinité importante : recirculation des concentrats, nature des déchets enfouis Lixiviats biologiquement stabilisés Prétraitement favorable par voie physico-chimique 4

5 Choix de la filière de traitement Pression osmotique Diminution de la salinité par précipitation des métaux et des carbonates Colmatage Elimination des dépôts minéraux de CaCO 3 Elimination de macromolécules organiques de type humique (Slater et al., 1983, 1985 ; Liao and Randtke, 1986 ; Kweon and Lawler, 2002, 2004) Génération d une phase précipitée de granulométrie élevée > 1 µm Précipitation chimique à la chaux Séparation solide/liquide OSMOSE INVERSE DECANTATION Filtration classique sur tambour rotatif sous vide à précouche de diatomée Retour d expérience CEA sur le traitement d effluents radioactifs 5

6 Traitement des lixiviats par un couplage de procédés PRETRAITEMENT OSMOSE INVERSE 6

7 ETAPE 1 : PRECIPITATION CHIMIQUE A LA CHAUX Décoloration du surnageant ~ 2 à 6 g.l -1 ~ 10 à 25 % ~ 20 à 40 % ~ 95 % ~ 75 à 95 % 3 g.l -1 6 g.l -1 9 g.l -1 Formation d une phase précipitée (CaCO3) Le prétraitement à la chaux entraîne : ~ 20 à 50 % ~ 75 à 85 % ~ 75 % - Une diminution de la salinité du lixiviat par décarbonatation de l effluent - Une élimination des macromolécules organiques (PM > g.mol -1 ) type acide humique, selon un mécanisme de co-précipitation 7

8 ETAPE 2 : FILTRATION SUR TAMBOUR ROTATIF Principe de fonctionnement Gâteau de diatomée Effluent filtré et performances Lixiviat prétraité Boue pelletable et STABLE Flux de filtration élevés 8

9 Traitement des lixiviats par un couplage de procédés PRETRAITEMENT OSMOSE INVERSE 9

10 PERFORMANCES DE L OSMOSE INVERSE Volume de concentrat? (Lixiviat MC 06-1, J=10 L.h -1.m -2, 20 C, module spiralé Koch) 60 Pression transmembranaire, Ptm (bar) Osmose Inverse sans prétraitement COUPLAGE Facteur de Concentration Volumique Le couplage permet de concentrer le lixiviat 10 fois plus que par le procédé d Osmose Inverse seule 10

11 PERFORMANCES DE L OSMOSE INVERSE Osmose Inverse sans prétraitement Couplage de procédés développé au CEA Flux de filtration constant : 10 L.h -1.m - ², Pression maximale admissible : 55 bars, Température : 20 C Pression transmembranaire, Ptm (Bar) FCV=4 FCV= Volume de filtrat (L) Pression transmembranaire, Ptm (bar) FCV=6 FCV=4 FCV= Volume de filtrat (L) Élimination totale du colmatage organique + minéral des membranes 11

12 PERFORMANCES DE L OSMOSE INVERSE Traitement? (Lixiviat MC 06-1, J=10 L.h -1.m -2, 20 C, module spiralé Koch) Excellentes performances d épuration : rejet conforme aux normes en vigueur, sauf pour l ammonium et le ph => Traitement complémentaire? 12

13 Précipitation chimique à la chaux CONCLUSION GENERALE Filtre à tambour rotatif Osmose Inverse Diminution de la salinité de 20 à 40 % : Précipitation des carbonates, Ca 2+,Mg 2+, et des métaux Elimination de 20 à 30 % de la DCO : co-précipitation des composés à haut poids moléculaire responsable du colmatage : les acides humiques Pression vide de 300 mbar Flux ~ 0,6 à 1 m 3.h -1.m -2 Siccité de la boue ~ 50 % Très faible production de boue sèche (< 1%) Boue sèche ~ 5 à 7 g.l -1 : STABLE ET INERTE Elimination des dépôts minéraux et organiques sur la membrane Forte diminution de la pression osmotique Efficacité = taux de conversion Pression de travail Coûts d exploitation Volume de concentrat Fréquence de lavage DEPOT DE BREVET EN FRANCE ET EN EUROPE 13

14 CONCLUSION GENERALE Concentrat Casier Lixiviat INDUSTRIEL 100 m 3 /j 50 m 3 /j 50 m 3 /j COUPLAGE DE PROCEDES OSMOSE INVERSE Perméat Casier Entreposage 100 m 3 /j Lixiviat 0,5 m 3 /j Prétraitement 99,5 m 3 /j 5 m 3 /j OSMOSE INVERSE 94,5 m 3 /j Perméat 14

15 TRAITEMENT DES LIXIVIATS PAR UN COUPLAGE DE PROCEDES Merci de votre attention Centres de Stockage de Déchets Ultimes 15

16 PRECIPITATION CHIMIQUE A LA CHAUX Impact sur la fraction organique Caractérisation par Chromatographie de Perméation sur Gel (C.P.G) Zone 1 : 9-10 min Zone 2 : min Zone 3 : min PM > 50 kda 50 kda > PM > 1 kda PM < 1 kda Abs. UV à 254nm (mau) 12 CM 06-3 brut 4,5 g/l (dose optimale) 4,5 g/l (dose optimale) Abs. UV à 254nm (mau) BF 06-4 brut g/l (dose optimale) 5 g/l (dose optimale) Abs. UV à 254nm (mau) PV 06-5 brut g/l (dose optimale) 6 g/l (dose optimale) Temps (min) -4 Temps (min) -4 Temps (min) Elimination des composés à haut poids moléculaires ( > 50 kda) : les acides humiques 16

17 PRECIPITATION CHIMIQUE A LA CHAUX Impact sur la fraction organique Prises de vues au MEB du précipité (x 7000) Solution de NaHCO 3 Calcite pur : structure rhomboédrique cristaux < 1 µm Lixiviat CM 06-3 Calcite (DRX) : gros agglomérats granuleux de type «chou-fleur» grains ~ plusieurs µm La présence des composés organiques vient perturber la formation du CaCO 3. Selon la littérature, le mécanisme d élimination est du type co-précipitation (Randtke et al., 1982 ; Liao and Randtke, 1985, 1986) 17