N 821 BULLETIN DE L'UNION DES PHYSICIENS 435 Prétraitement sur site des déchets chimiques produits lors des travaux pratiques L expérience du lycée Louis Vincent par Jean OSSWALD Chef de travaux STL Lycée Louis Vincent - 57000 METZ RÉSUMÉ Depuis la rentrée 1997 les enseignants et les étudiants du lycée Louis Vincent de Metz se sont engagés dans une démarche innovante concernant la gestion des déchets chimiques provenant des travaux pratiques. Fondée sur le tri sélectif des déchets lors de leur collecte et sur le prétraitement sur site des déchets minéraux à l aide d un appareil conçu par les enseignants de génie chimique, cette démarche a permis d apporter dans ce domaine une réponse efficace, peu coûteuse et transposable à d autres laboratoires. INTRODUCTION Le lycée Louis Vincent de Metz est un lycée «gros producteur» 1 de déchets chimiques en raison de ses nombreuses sections STL (Sciences et Techniques de Laboratoire). De ce fait lorsque la région Lorraine a mis en place l opération «BIDON FUTÉ» dont l objectif est d assurer la collecte et la destruction des déchets chimiques provenant des travaux pratiques, les enseignants de génie chimique de l établissement ont recherché avec un petit groupe de collègues à apporter une solution plus satisfaisante (et surtout moins coûteuse) à ce problème de la gestion des déchets chimiques. 1. Le lycée Louis Vincent produit chaque année environ 2 500 kg de déchets chimiques dont plus de 80 % sont constitués par des solutions aqueuses contenant des substances minérales. Vol. 94 - Février 2000 J. OSSWALD
436 BULLETIN DE L'UNION DES PHYSICIENS Le travail de ce groupe a débouché sur la mise en œuvre concrète de deux opérations : la mise en place d une méthode de collecte avec tri sélectif des déchets chimiques produits lors des travaux pratiques ; la réalisation et l utilisation d un appareil de prétraitement des déchets chimiques d origine minérale. LA COLLECTE AVEC TRI SÉLECTIF DES DÉCHETS CHIMIQUES Collecter les déchets chimiques produits lors des travaux pratiques pour les faire détruire est aujourd hui devenu une action non seulement utile à la protection de l environnement mais également indispensable à la formation des étudiants qui seront demain les ingénieurs et les techniciens de nos entreprises et de nos laboratoires. Mais la collecte de ce type de déchets impose des contraintes non négligeables, en particulier du point de vue de la sécurité des personnes, et il est impensable de gérer un bidon de collecte de ce type de déchets comme une poubelle domestique. Il est donc apparu comme indispensable aux enseignants du groupe de travail de mettre en place un système de collecte avec tri sélectif. Ce tri sélectif est fondé sur la nature des espèces chimiques présentes dans le déchet à collecter. Il repose à la base sur la distinction désormais classique entre déchets (majoritairement) organiques et déchets (majoritairement) minéraux. A l intérieur de ces deux grandes familles le dispositif de collecte mis en place au lycée Louis Vincent fait effectuer aux étudiants le tri suivant : Pour les déchets organiques On collecte séparément les solvants halogénés (dichlorométhane, tétrachlorure de carbone, etc.) des solvants non halogénés (hydrocarbures, alcools, cétones, esters, etc.). Les déchets plus «exotiques» tels que les produits synthétisés par les étudiants lors des séances de TP sont collectés à part dans des petits récipients soigneusement identifiés (en principe un pour chaque produit). Pour les déchets minéraux On collecte séparément les déchets ne contenant que des acides ou des bases minérales «non toxiques» (acide chlorhydrique, acide sulfurique, acide nitrique, solutions de soude ou de potasse, etc.), les déchets contenant des métaux «toxiques» (nickel, cadmium, cuivre, plomb, zinc, manganèse, chrome, etc.) et les déchets contenant des oxydants (solutions contenant des ions dichromate ou permanganate par exemple). Cer- Prétraitements sur site des déchets chimiques produits... BUP n 821
BULLETIN DE L'UNION DES PHYSICIENS 437 tains déchets comme ceux contenant des ions du mercure, du baryum ou de l argent, des cyanures, des fluorures, des composés de l arsenic sont collectés dans des bidons spécifiques. Ce tri des déchets au moment de leur collecte présente trois intérêts majeurs : il limite le risque de réactions dangereuses entre les déchets collectés ; il permet de négocier auprès des sociétés chargées de la destruction des déchets des tarifs différenciés et souvent plus intéressants que ceux proposés pour la collecte en vrac. Encore faut il pour ce point trouver un partenaire commercial qui accepte de jouer le jeu 2 ; il facilite les opérations de prétraitement des déchets chimiques d origine minérale. LE PRÉTRAITEMENT SUR SITE DES DÉCHETS CHIMIQUES D ORIGINE MINÉRALE Certains travaux pratiques (analyse physico-chimique en particulier) aboutissent à la production de volumes importants de déchets constitués par des solutions aqueuses diluées ne contenant que des solutés d origine minérale. Le coût de la destruction de ces déchets étant très important compte tenu des quantités produites (plus de deux tonnes par an pour notre établissement) les enseignants du lycée Louis Vincent ont étudié la possibilité de réaliser sur site un prétraitement de ces déchets dans le but de réduire les quantités à remettre à une société spécialisée. Cette étude a débouché sur la réalisation de l unité polyvalente de traitement des déchets chimiques (voir descriptif technique en annexe). Cet appareil reprend le principe de fonctionnement des unités industrielles de traitement physico-chimique des déchets et fait intervenir un traitement fondé sur la mise en œuvre de réactions de neutralisation acido-basique, de précipitation d hydroxydes métalliques et d oxydoréduction. La taille de l appareil a été adaptée aux besoins d un «petit producteur» (au sens industriel du terme) ce qui permet son utilisation dans un local de type laboratoire sans équipements spécifiques (pas de travaux de génie civil). Il répond ainsi aux besoins des laboratoires d enseignement et de recherche mais également à ceux de certaines PME. 2. La société RTR, filiale du groupe WATCO, pratique à notre connaissance ce type de contrat. Contacter M. Laurent VECCHIO -Tél.:0387581108. Vol. 94 - Février 2000 J. OSSWALD
438 BULLETIN DE L'UNION DES PHYSICIENS L instrumentation de mesure et de régulation qui équipe l appareil permet de réaliser le traitement de manière automatique, dans des conditions très satisfaisantes de sécurité et d efficacité. Cette solution, qui est mise en pratique au lycée Louis Vincent depuis un an, présente un «inconvénient» majeur mais non incontournable constitué par le prix de l appareil (de l ordre de 180 000 F HT dans la version la plus complète avec supervision), mais il offre par ailleurs de nombreux avantages : le coût de traitement des déchets est quasi nul (moins de 0,20 F par kg de déchet) en raison du faible coût des réactifs utilisés et les coûts de maintenance sont peu élevés, ce qui permet d amortir rapidement l investissement initial ; la quantité de déchets secondaires obtenus (boues d hydroxydes métalliques) représente moins de 5%delamasse des déchets traités et le coût de la destruction de ces boues est très inférieur au coût de traitement des déchets liquides ; le traitement sur site, au «fil de l eau», résout les problèmes liés au stockage des déchets collectés ; pour les sections chimie des lycées, pour les facultés de sciences et les écoles d ingénieur concernées, l appareil constitue un équipement de travaux pratiques très intéressant permettant en particulier une étude approfondie de la mise en œuvre et de la régulation des procédés physico-chimiques. Prétraitements sur site des déchets chimiques produits... BUP n 821
BULLETIN DE L'UNION DES PHYSICIENS 439 Annexe DESCRIPTION ET PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE L UNITÉ POLYVALENTE DE TRAITEMENT DE DÉCHETS CHIMIQUES Généralités L unité polyvalente de traitement des déchets chimiques conçue par les enseignants du lycée Louis Vincent de Metz, en partenariat avec les sociétés PILOTES SYSTÈMES et DELTALAB et avec le soutien de la région Lorraine, permet d effectuer le traitement des effluents d origine minérale par un procédé dit physico-chimique. Ce traitement fait intervenir des réactions chimiques entre les substances toxiques contenues dans le déchet à traiter et des réactifs convenablement choisis (ces réactifs ne doivent pas en particulier générer de nouvelles substances toxiques lors du traitement). Ces réactions chimiques ont pour objectif soit la transformation des substances toxiques en substances non toxiques (oxydation des cyanures en cyanate), soit la concentration des substances toxiques sous formes de composés solides facilement récupérables (précipitation des métaux sous formes d hydroxydes). Les réactions mises en jeu sont donc des réactions de neutralisation acido-basique, des réactions de précipitation et des réactions d oxydoréduction. Malgré sa simplicité apparente le traitement physico-chimique des déchets chimiques d origine minérale nécessite, pour être réalisé de manière efficace, la mise en œuvre d un appareillage spécialement conçu à cette fin et équipé de l instrumentation nécessaire à un fonctionnement automatique et reproductible. Description et principe de fonctionnement L unité polyvalente de traitement des déchets chimiques est constituée pour l essentiel : d une cuve agitée C 1 dans laquelle est introduit le déchet à traiter. Cette cuve est équipée d un système de régulation de ph et d un système de régulation de potentiel redox, ce qui permet de réaliser soit des neutralisations acido-basiques soit des réactions d oxydoréduction à ph contrôlé ; Vol. 94 - Février 2000 J. OSSWALD
440 BULLETIN DE L'UNION DES PHYSICIENS d une cuve agitée C 2 équipée d un système de régulation de ph commandant l introduction d une suspension de chaux, ce qui permet de réaliser la précipitation d hydroxydes métalliques à ph contrôlé ; d un décanteur D destiné à séparer les précipités éventuellement formés lors du traitement du liquide surnageant, ce dernier pouvant être rejeté à l égout après analyse de sa composition (contrôle des concentrations en métaux toxiques essentiellement). L appareil est conçu pour fonctionner en continu ou en discontinu, sa capacité de traitement étant de l ordre de 100 à 150 kg/jour selon le mode de fonctionnement. Un système de supervision permet à l opérateur de conduire l installation à partir d un micro-ordinateur et d enregistrer les principaux paramètres de fonctionnement. Pour de plus amples informations vous pouvez prendre contact avec : Jean OSSWALD Chef des Travaux STL Lycée Louis Vincent - 1, rue de Verdun - 57000 METZ Tél.:0387664822-Fax:0387665016 Prétraitements sur site des déchets chimiques produits... BUP n 821