Les déchets industriels... une réalité à gérer
Georges GARCIA et Thierry KNIPILER — Krohne SA
Les déchets industriels...une réalité à gérer
Malgré le développement des technologies propres, la production industrielle est toujours génératrice de déchets de toute nature, produits en quantités irrégulières par les différentes branches de l'industrie : chimie, métallurgie, mécanique, électrométallurgie, papier, textile, agro-alimentaire...
L’activité industrielle en France génère ainsi, chaque année, 150 millions de tonnes de déchets, qui se répartissent comme suit :
— 100 millions de tonnes de déchets inertes (déblais, gravats...) ;— 32 millions de tonnes qui sont qualifiés de « banals », car assimilables aux ordures ménagères ;— 18 millions de tonnes de déchets dits « spéciaux », dont 2 millions de tonnes sont des produits « toxiques et dangereux » pour l’homme et l'environnement (tableau 1).
Considérés, hier, comme une fatalité incontournable de la société industrielle, les déchets sont, aujourd'hui, envisagés comme des éléments intégrés dans la chaîne de production qui se termine par leur traitement et leur élimination.
L’obligation de traiter les déchets industriels toxiques et dangereux est un phénomène récent : ce n’est en effet que depuis 1975, que des réglementations de plus en plus sévères ont été édictées pour l’élimination de ces déchets, en rendant responsable l’industriel des déchets qu’il produit jusqu’au stade de leur élimination (loi du 15 juillet 1975).
Il appartient à l’industriel de justifier auprès de l’administration que ses déchets ont été éliminés dans les conditions définies par la réglementation et de manière satisfaisante pour l’environnement.
Le stade terminal du circuit des déchets consiste, soit à leur mise en décharges spécialisées, soit à leur neutralisation en unités de détoxication.
Nous nous intéresserons, dans ce qui suit, au traitement par incinération des
Nous examinerons ensuite l’utilisation qui est faite, dans les installations de ce type, des débitmètres massiques ou à induction magnétique pour optimiser l’incinération des déchets liquides halogénés.
Le centre de Trédi-Salaise
Utilisation des débitmètres à induction magnétique et des débitmètres massiques
Cette usine, située dans la région lyonnaise, est spécialisée dans l’élimination de déchets toxiques ou dangereux de nature organique liquide, pâteuse et solide en provenance de l’industrie chimique et para-chimique ; sa capacité est de 80 000 t/an. La nouvelle installation récemment mise en place permet le traitement de déchets organiques fortement halogénés (capacité 40 000 t/an).
Cette nouvelle unité d’incinération est conçue pour pouvoir éliminer, sans risques de pollution, les déchets solides ou liquides halogénés grâce à deux réalisations :
- • une extension du système de gestion spécifique aux produits chlorés, lors de la préparation des déchets, afin d’assurer leur traitement par l’unité la mieux adaptée ;
- • le lavage humide des gaz d’incinération afin de bloquer les poussières et de neutraliser les gaz acides, système particulièrement adapté au traitement en grande quantité des déchets chlorés.
La mesure du pouvoir calorifique inférieur (PCI) lors de la réception des déchets liquides permet d’effectuer la séparation entre produits dits « riches », à PCI élevé, et produits dits « aqueux », à PCI faible, qui font l’objet de stockages séparés, afin de mieux contrôler le fonctionnement du four d’incinération. Ils sont ensuite pompés et envoyés dans le four rotatif pour incinération.
Afin d’optimiser la qualité de l’incinération, la température de la fumée à la sortie du four doit être parfaitement stable et constante. À cet effet, la connaissance exacte des débits de produits riches et aqueux est indispensable (figure 1).
De plus, ces produits peuvent être injectés à l’entrée ou à la sortie du four, afin de corriger une variation imprévue de la température de combustion du déchet. La mesure de ces débits d’injection est assurée par des débitmètres électromagnétiques de notre fabrication.
Des débitmètres massiques Corimass sont installés sur la ligne d’injection des produits riches à l’entrée et à la sortie du four, permettant d’assurer la mesure du débit masse à ± 0,2 % de la valeur mesurée (figure 2).
Les débitmètres à induction magnétique (Altoflux)
Principe de la mesure
Les mesures reposent sur la loi d’induction de Faraday, selon laquelle une tension est induite lorsqu’un fluide, électriquement conducteur, traverse un champ magnétique (figure 3).
La tension induite est proportionnelle à la vitesse d’écoulement. Elle est directement captée par deux électrodes en contact avec le fluide et transmise à un convertisseur de mesure qui délivre, en sortie, un signal de mesure en courant stabilisé. Cette technique offre les avantages suivants :
- • pas de pertes de charges dues à des étranglements ou à des obstacles ;
Tableau I
Modes de traitement des déchets industriels
| « Banals » (1) | 32 Mt/an | Décharge (avec les ordures ménagères) |
|---|---|---|
| « Spéciaux » (2) | 16 Mt/an | Décharge contrôlée (nature et évolution des déchets surveillées et contrôlées en permanence) |
| Toxiques ou dangereux (3) | 2 Mt/an | Traitement « in situ » : 1 MtCentres collectifs : 1 Mt (incinération, détoxication, décharges contrôlées) |
(1) « Banals » : emballages, plastiques...
(2) « Spéciaux » : produits chimiques, boues de station, hydroxydes métalliques, traitement des eaux, de peinture, terres et matériels souillés par hydrocarbures, déchets de la dépollution qui peuvent présenter des risques pour l’environnement. L’élimination doit être assurée avec des précautions particulières.
(3) « Toxiques » : déchets particulièrement dangereux dont l’élimination doit faire l'objet d'un contrôle spécifique.
1 — Boîtier de protection étanche. 2 — Bride de raccordement. 3 — Diviseur de débit. 4 — Capteur de vibrations. 5 — Tube de mesure. 6 — Excitateur. 7 — Absorbeur de vibrations. 8 — Boîtier de raccordement.
• Le signal qui provient de l'ensemble du volume couvert par le champ magnétique est représentatif de la totalité de la section de la conduite ;
• seuls le revêtement intérieur du tube et les électrodes sont en contact avec le fluide mesuré ;
• le signal primaire est déjà une tension électrique, qui est elle-même une fonction linéaire de la vitesse d’écoulement.
Les débitmètres compacts
Le débitmètre compact à induction magnétique Altoflux (K 480) utilisé est un appareil extrêmement robuste, comportant divers revêtements adaptés à ses diamètres nominaux. Une large gamme de matériaux d’électrodes lui permet de répondre aux milieux les plus agressifs.
Le matériel installé est un DN40, à électrodes en tantale. Le tube de mesure, en acier inoxydable amagnétique, est revêtu d’un matériau non conducteur, le PFA, armé d’une grille inox, ce qui lui confère une très bonne résistance aux coups de bélier, dans une très large gamme d’applications.
Les débitmètres massiques Corimass
Principe de la mesure
Débit-masse
Un tube de mesure droit est mis en oscillation dans le plan focal. Dans ce tube, un liquide s’écoule de A vers B (figure 4). Les particules de liquide s’écoulent d’abord d'une zone à vitesse rotationnelle élevée vers une zone à vitesse rotationnelle nulle. À l’approche de l’axe de rotation, il y a diminution de la vitesse tangentielle des particules jusqu’à ce que celle-ci atteigne une valeur nulle au niveau de l’axe de rotation. Les particules liquides s’éloignent ensuite de l’axe de rotation et subissent une accélération uniforme pour atteindre des vitesses rotationnelles élevées.
Les deux processus, décélération uniforme et accélération uniforme des particules, provoquent l’apparition d’une force perpendiculaire au tube de mesure. Cette force est connue sous le nom de force de Coriolis. Elle est directement proportionnelle au produit de la masse du liquide en mouvement par l’accélération subie (Force = masse × accélération). L’accélération étant un paramètre parfaitement connu et maîtrisé, la force de Coriolis permet donc de définir avec précision le débit massique (figure 5). Lorsqu’un liquide s’écoule dans le tube de mesure en vibration, cette force provoque une torsion additionnelle du tube de mesure et, donc, un déphasage entre les points A et B. Ce paramètre, mesuré au niveau de deux capteurs de vibration, permet une mesure directe du débit-masse, indépendamment des variations de profils d’écoulement, de masse volumique, de température et de viscosité.
Masse volumique
Afin de minimiser l’énergie électrique nécessaire au maintien de la vibration du tube, celui-ci est mis en oscillation à sa fréquence de résonance. Celle-ci est proportionnelle à la masse en vibration et à l’élasticité du tube de mesure. L’élasticité, la masse et le volume du tube sont des paramètres de construction parfaitement connus. La fréquence de résonance du tube de mesure est directement proportionnelle au poids du liquide mis en vibration et, donc, à la masse volumique du fluide.
Le capteur de mesure
Le capteur de mesure est constitué de deux boucles de mesure, vibrant en opposition de phase, à une fréquence de 80 à 100 Hz (figures 6 et 7). Leur mise en vibration (amplitude 0,7 mm) est assurée par deux excitateurs (aimant en déplacement dans un enroulement) fixés à l’extérieur du tube. Deux capteurs de vibrations situés à l’extrémité des zones de mesure génèrent des signaux électriques proportionnels au déplacement du tube de mesure.
Une sonde Pt 100 mesure, en permanence, la température du tube de mesure. Un convertisseur de mesure,
associé au capteur, permet de définir le débit-masse, la masse volumique et la température du fluide mesuré.
La géométrie du capteur de mesure permet une vidange parfaite de la section de mesure implantée verticalement.
Un absorbeur de vibrations massif assure l’insensibilité de la zone de mesure aux vibrations parasites.
De plus, la construction en inox 316 TI, avec soudure sans apport de métal, assure une très bonne tenue à la corrosion. Les contraintes mécaniques très faibles exercées sur le tube en vibration (inférieures à 10 % de la limite d’élasticité) suppriment tout risque de corrosion sous tension, lié à la présence de chlorures.
Matériel utilisé
Ce matériel (du type Corimass MF 2200/300 P) comporte des tubes de mesure d’un diamètre de 20 mm et d’une épaisseur de 1,5 mm. Aucun élément de mesure n’étant en contact avec le liquide, les risques de bouchage ou d’abrasion de la section de mesure sont donc très réduits, malgré un filtrage du grossier produit.
La très grande dynamique d’échelle de ces appareils (+/– 0,3 % M de 10 à 150 % du débit nominal) les rend parfaitement adaptés à de fortes variations du débit, liées au caractère très variable du fluide mesuré (500 à 10 000 kg/h). La mesure peut être réalisée de 180 kg/h à 22 000 kg/h.
Des alarmes de débit haute et basse permettent de déceler immédiatement une anomalie de fonctionnement des pompes, ce qui permet une réaction immédiate et appropriée de l’opérateur.
La mesure de la masse volumique assure, avec une bonne approximation, une indication sur la valeur du PCI des déchets injectés : par exemple, une masse volumique proche de 1 kg/l indique une forte teneur en eau, et donc un PCI bas.
Conclusion
Dans l’usine d’incinération, les débitmètres massiques Corimass, de même que les débitmètres à induction magnétique Altoflux, constituent un élément important de la chaîne de traitement et de destruction des déchets, car ils contribuent à une maîtrise parfaite des rejets de l’unité de traitement.
