L?émission d'éléments chimiques dans l'atmosphère est souvent accompagnée d'une odeur, agréable ou non. Le caractère subjectif et individuel de ce paramètre amène à des solutions techniques complexes au regard des quantités émises par les diverses sources. La destruction de la gène olfactive est donc une technologie orientée de manière très précise s'appuyant sur des mécanismes chimiques spécifiques. La mise en place de solutions fait appel à des systèmes complexes pour traiter les différents acteurs de la nuisance olfactive.
L’émission d’éléments chimiques dans l’atmosphère est souvent accompagnée d’une odeur, agréable ou non. Le caractère subjectif et individuel de ce paramètre amène à des solutions techniques complexes au regard des quantités émises par les diverses sources. La destruction de la gêne olfactive est donc une technologie orientée de manière très précise s’appuyant sur des mécanismes chimiques spécifiques. La mise en place de solutions fait appel à des systèmes complexes pour traiter les différents acteurs de la nuisance olfactive.
La dépollution olfactive est une contrainte émergente pour un certain nombre de secteurs d’activité. Proche de l’impact psychologique des poussières, car mesurables, les odeurs et leurs nuisances sont une problématique complexe autant pour leur qualification que pour leur traitement.
L’odeur est issue de la stimulation des muqueuses olfactives par des éléments chimiques présents dans l'air. Liée à différents facteurs extérieurs, la perception de l’odeur reste subjective et individuelle. De nombreuses solutions pour combattre ce type de pollution existent mais sur un plan chimique, des processus de superposition, d’exacerbation ou d'inhibition des éléments olfactifs amènent à diverses difficultés sur la
Seuil de perception des produits
Soufrés
Hydrogène sulfuré | Œuf pourri | 0,00066 mg/Nm³ |
Méthylmercaptan | Choux | 0,00055 mg/Nm³ |
Éthylmercaptan | Choux en décomposition | 0,0025 à 0,03 mg/Nm³ |
Diméthylsulfure | Légumes en décomposition | 0,0025 mg/Nm³ |
Diéthylsulfure | Éthérée | 0,0045 à 0,31 mg/Nm³ |
Diméthyldisulfure | Putride | 0,003 mg/Nm³ |
Azotés
Ammoniac | Très piquant | 33 mg/Nm³ |
Méthylamine | Poisson en décomposition | 0,021 mg/Nm³ |
Éthylamine | Piquant | 0,05 à 0,83 mg/Nm³ |
Diméthylamine | Poisson avarié | 0,050 mg/Nm³ |
Triméthylamine | Poisson avarié | 0,050 mg/Nm³ |
Aldéhydes
Formaldéhyde | Acre suffocant | 0,033 mg/Nm³ |
Acétaldéhyde | Fruit/pomme | 0,013 à 15 mg/Nm³ |
Butyraldéhyde | Rance | 0,013 à 15 mg/Nm³ |
Cétones
Acétone | Fruit doux | 1,1 mg/Nm³ |
La caractérisation de l’odeur et sa représentativité. Toutefois les techniques actuelles permettent deux types d’approches : l’analyse sensorielle ou olfactométrique et l’analyse physico-chimique. Les analyses physico-chimiques restent les plus utilisées pour la qualification des nuisances. Deux sources d’odeurs sont remarquables : les odeurs d’origine naturelle, telles les dégradations biologiques ou les odeurs du secteur agricole, et les odeurs d’origine industrielles, auxquelles nous pouvons greffer les odeurs issues des procédés de type agro-industriels.
Confiner les sources
Pour l’approche de la problématique olfactive, il est important de qualifier et de stratifier les sources d’odeur. Dans tous les cas de traitements olfactifs il est nécessaire de confiner les sources, canaliser et collecter l’air vicié pour éviter la propagation des éléments responsables de la nuisance, afin de pouvoir les traiter. Il apparaît donc que la ventilation est indissociable de la désodorisation, notamment au niveau d’un atelier de fabrication, d’une station d’épuration ou de toute autre source physique d’odeur. Le but de la ventilation est de véhiculer les nuisances olfactives émanant des ouvrages. La conception des réseaux de ventilation doit donc être soigneuse et respecter quelques règles simples. Dans le cas général, le système d’épuration d’air se situe à l’opposé des entrées d’air frais de façon à créer un balayage, laissant le moins possible de zones mortes. Pour le confort du personnel d’exploitation et la pérennité du matériel, nous aspirons au minimum sur trois niveaux dans un traitement d’odeur non ponctuel :
- sous les planchers et couvertures des caniveaux et ouvrages ;
- au-dessus des zones de circulation ;
- sous les plafonds des bâtiments.
Le soufflage d’air neuf permet d’améliorer les performances du captage. Les principaux éléments malodorants rencontrés sont les produits soufrés (hydrogène sulfuré, mercaptans), les azotés (ammoniac, amines), les acides (butyriques, acétiques), les aldéhydes et les cétones ainsi que les composés aromatiques.
Il est à noter que le seuil de perception de ces produits est différent suivant les individus, la situation du site et les conditions climatiques.
Les procédés de traitement
Nous n’évoquerons dans cet article que les procédés de destruction des odeurs, et non des masquants et autres systèmes de suppression des sources d’odeurs.
Une règle générale est que l’air extrait de chacune des salles et chacun des ouvrages ventilés doit être rejeté à l’extérieur. C’est pourquoi une installation spécifique de désodorisation doit être installée avant rejet, afin de débarrasser l’air de la quasi-totalité des molécules odorantes qu’il contient. Différentes méthodes de traitement existent, ci-après exposées :
L’oxydation thermique
Elle consiste à assurer la combustion complète des gaz résiduaires entre 700 et 1000 °C ou entre 350 et 400 °C en présence de catalyseur.
Le charbon actif possède une très grande surface, 1 250 m²/g, ce qui lui confère une grande capacité d’adsorption.
Cette solution très efficace est très rarement employée en station d’épuration en raison d’un coût énergétique très élevé. Seules des installations disposant d’un brûleur peuvent traiter une partie de leur air résiduaire (jusqu’à 2 000 m³/h maximum).
L’absorption
Généralement réalisée sur charbon actif (mais existant aussi sur résines, zéolithes, tourbes ou compost), cette méthode est basée sur la rétention physique d’un soluté à l’interface gaz-solide. Le piégeage des molécules odorantes particulières nécessite l’emploi de charbons actifs spécifiques. L’efficacité de ce procédé peut être vite limitée par l’humidité de l’air. Celui-ci doit par conséquent être légèrement réchauffé au préalable.
L’oxydation biologique
Encore appelée bio-désodorisation, ce procédé consiste à adsorber les composés odorants sur un support où ils sont ensuite dégradés par des bactéries aérobies fixées dessus. Un complément nutritionnel peut être nécessaire en carbone, azote et phosphore. L’humidification du substrat ainsi que sa régulation sont fondamentales pour permettre le développement des bactéries et un rendement épuratoire constant. Ce procédé développé sur station d’épuration met en œuvre la technique de la biofiltration sur support pouzzolane dont la structure granulaire et homogène permet d’atteindre de grandes vitesses de filtration avec une perte de charge limitée.
D’autre part, sous l’action de l’acidité produite par l’oxydation de l’hydrogène sulfuré, la pouzzolane libère du phosphore, des oligo-éléments et un peu d’azote ammoniacal nécessaire à la synthèse des micro-organismes. L’air vicié riche en molécules malodorantes circule à travers le matériau de garnissage où les polluants sont absorbés dans le film liquide qui recouvre le support minéral avant d’être biodégradés. Un arrosage cyclique garantit les conditions de vie optimales des microorganismes et assure l’évacuation des sous-produits d’oxydation (biomasse excédentaire, sulfates, acidité…). Les besoins en éléments nutritifs des microorganismes sont assurés par l’eau d’arrosage, ou la pouzzolane qui, sous l’action de l’acidité produite par l’oxydation de l’hydrogène sulfuré, libère de l’azote, du phosphore et des oligo-éléments. Les percolats récupérés à la base du réacteur sont dirigés vers la filière de traitement des eaux.
L’absorption gaz-liquide
Il s’agit ici d’un lavage du gaz odorant par de l’eau additionnée de réactifs adaptés aux types de polluants à éliminer. Les molécules odorantes sont transférées de la phase gazeuse à la phase aqueuse. Ces laveurs peuvent avoir différentes formes : colonne à goutte, à garnissage, multicellulaire, venturi, etc., et peuvent fonctionner à co-courant, courants croisés ou contre-courant.
Les systèmes les mieux connus et les plus performants pour traiter des débits d’air élevés (> 10 000 m³/h) sont le plus souvent les laveurs à garnissages verticaux, et fonctionnant par lavage à contre-courant avec recirculation et régénération permanente du liquide de lavage. L’absorption chimique consiste à dissoudre les différents composés odorants (solutés) dans une ou plusieurs solutions de lavage réactives, agissant successivement et entraînant la formation de composés stables non odorants.
Choisir un mode de traitement
Au niveau de l’unité de traitement, le nombre de laveurs nécessaire dépend de plusieurs critères :
- • Le volume et la nature de la pollution à neutraliser.
- • Les contraintes de proximité.
- • Les objectifs de qualité, ce dernier paramètre étant directement lié au précédent. Suivant ces critères, nous mettons en œuvre une, deux ou trois tours.
Les réactifs les plus couramment mis en œuvre sont :
Pour la neutralisation des produits azotés
L’acide sulfurique ou hypochlorite de sodium. L’acide sulfurique permet le blocage de l’ammoniac, sous forme d’ion ammonium. Cependant lors des purges de la tour acide, lorsque le pH remonte à des valeurs voisines de 7,5, l’ion ammonium se retransforme en ammoniac qui se dégage alors. Ainsi l’acide sulfurique n’élimine pas définitivement le polluant ammoniac. Par contre, dans le cas d’un mélange oxydobasique, l’ammoniac est transformé irréversiblement en nitrates par oxydation chimique. Il s’agit donc là d'une véritable élimination de l’ammoniac.
L’ammoniac est oxydé de façon très poussée par l’hypochlorite selon les réactions suivantes :
NH₃ + HOCl → NH₂Cl + HOCl → NHCl₂ NH₂Cl + HOCl → NO₃⁻
L’acide étant utilisé lorsque la pollution azotée est importante (ammoniaque > 10 mg/m³).
Nous attirons l’attention sur les dangers de mise en œuvre de l’acide sulfurique et des risques de réaction sur l’eau de Javel avec dégagement de chlore, dangereux pour le personnel et le matériel.
Pour l’oxydation des produits soufrés
Tour oxydobasique (pH 8,5 - 9) ; légèrement basique ; très oxydante. On met ici en œuvre un mélange de soude et d’hypochlorite de sodium (Javel) pour solubiliser (action de la soude) à l’aide du premier puis oxyder (Javel) à l’aide du second une partie des composés soufrés (sulfures organiques et une partie de l’H₂S) ; ceux-ci sont transformés essentiellement en sulfites et en sulfates.
pH = 9
HS⁻ + OH⁻ ↔ HS⁻ + H₂O HS⁻ + ClO⁻ → S²⁻ + HClO S²⁻ + 4 ClO⁻ → SO₄²⁻ + 4 Cl⁻
À pH 11 (solubilité maximale des mercaptans et de l’hydrogène sulfuré.)
Tour oxydobasique (pH 10,5 - 11) - Très basique - Légèrement oxydante
Le lavage mis en œuvre permet :
- d’affiner le traitement de l’H₂S ; - le traitement optimal des mercaptans qui nécessitent un pH très élevé pour être solubilisés en quasi-totalité.
RSH + NaOH → R-SNa⁺ (précipite) + H₂O
Les mercaptans sont ensuite transformés par oxydation en composés inodores de type R-SO₃H.
HS⁻ + H₂O
Pour la neutralisation des aldéhydes et des cétones
Aldéhydes
H-(C=O)-H + 2 NaOCl → CO₂ + H₂O + 2 NaCl R-(C=O)-H + NaOCl → R-(C=O)-OH + NaCl
Cétones
R₁-(C=O)-R₂ + 3 NaOCl → R₁-(C=O)-ONa + R₂-(C=O)-Cl + 2 NaCl
Pour neutralisation des acides
Acides gras et phénols sont neutralisés par la soude sous forme de sels de sodium solubles.
R-COOH + NaOH → R-COO⁻ Na + H₂O
En complément, il existe des applications de désodorisation de gaz mettant en œuvre l’ozone. Celles-ci ne sont pas aussi nombreuses que les précédentes, alors que les avantages de l’ozone sur d’autres produits oxydants sont nombreux :
> Très réactif sur une large gamme de pH et oxydant d’un grand nombre de composés. > Vitesses d’oxydations rapides. > Formation de sous-produits solubles et non odorants. > Production directe sur site. > Souplesse d’utilisation sur de petites unités.
Le passage des molécules odorantes en phase aqueuse permet d’abaisser de manière significative les temps de contact par rapport à une oxydation en phase gazeuse. De plus, le procédé d’ozonation est couplé aux tours de lavage d’air classique et reprend les principes de lavages à contre-courant des éléments olfactifs. Les concentrations en ozone utilisées vont de 10 mg O₃/Nm³ à 30 mg O₃/Nm³ dans des procédés de désodorisation de station d’eaux usées.
Autres applications
Dans le cas où les sources olfactives seraient diffuses et où le captage des sources est impossible, d’autres procédés peuvent être utilisés. Sur les liquides, au niveau des lagunages, bassins d’aération ou cuves de stockage, la mise en place de systèmes d’aération forcée couplée à l’utilisation de l’ozone donne de très bons résultats. Le principe de traitement est basé ici aussi sur l’oxydation des éléments organiques de types Acides Gras Volatils et mercaptans. Au niveau de stations de relevages ou de petits locaux, de type déshydratation des boues, sur lesquels la mise en place de laveurs représente un surcoût trop important, l’injection d’ozone dans l’atmosphère diminue les quantités d’éléments olfactifs nauséabonds. De récentes études montrent que l’ozone, correctement utilisé, a une action désodorisante sur les émanations d’origine animale (porcheries).
Conclusion
Les procédés actuels de désodorisation évoluent par l’apport des nouvelles technologies. Souvent complexes, les mécanismes qui régissent la destruction des odeurs permettent d’adapter le traitement aux spécificités de chaque installation.
Toutefois, il reste très difficile de lier l’abattement quantitatif à l’abattement qualitatif toujours subjectif d’autant plus que le nez reste l’un des meilleurs sinon le meilleur des capteurs.