Il existe différentes sources d'émission de Composés Organiques Volatils Non Méthaniques (COVNM). L'industrie (application de peintures ou de colles, trituration de graines, chimie, autres utilisations de solvants organiques, stockage d'hydrocarbures, etc.) et la combustion (chaudière, transports, etc.) sont les principales sources d'émissions. Seul le traitement des émissions de COVNM issues d'activités industrielles est abordé dans ce chapitre.

Les émissions industrielles de COVNM sont principalement liées à l'utilisation de solvants organiques (peinture, colles, nettoyage de surface, etc.) et au transport et au stockage d'hydrocarbures, de réactifs organiques utilisés dans la chimie, etc.

Les réglementations européenne et française distinguent les COVNM « solvants », des COVNM « non solvants ».

Mesures de réduction primaires

Les mesures primaires sont des mesures permettant la réduction des émissions de COVNM à la source contrairement aux mesures secondaires qui permettent de traiter les polluants déjà émis.

Les actions de réduction primaire à mettre en œuvre dépendent de l'activité industrielle et du type de produit utilisé.

La substitution

Dans les activités telles que l'application de peinture solvantée, de colle solvantée, de résine au styrène, nettoyage à sec, etc., afin de réduire les émissions de COVNM à la source, les produits utilisés peuvent être substitués par des produits ayant une plus faible teneur en COVNM. Par exemple, des peintures hydrodiluables (<10% de COVNM), des colles hydrodiluables (<10% de COVNM) ou des résines à faible teneur en styrène (< 40%) peuvent être mises en œuvre et les solvants utilisés dans le nettoyage à sec peuvent être remplacés par du CO2 liquide ou de l'eau.

La substitution doit garantir à l'industriel une qualité de produit fini équivalente, ce qui implique parfois un long travail de recherche et développement et des modifications de procédé non négligeable.

Mesures de réduction secondaires

Les mesures secondaires réduisent les émissions canalisées de COVNM en traitant les polluants déjà émis et présents dans les effluents gazeux contrairement aux mesures primaires qui réduisent les émissions à la source.

Il existe différentes techniques secondaires de réduction des émissions de COVNM qui sont développées et commercialisées mais ces dispositifs ne sont pas tous applicables sur les mêmes installations. Le type de système de traitement à mettre en place dépend notamment des paramètres suivants :

  • le débit d'air à traiter ;
  • la concentration en COVNM des rejets ;
  • la nature chimique des COVNM ;
  • le caractère continu ou non des rejets.

Les techniques qui peuvent être mises en œuvre sont regroupées selon deux catégories : celles qui détruisent les COVNM et celles qui permettent de les récupérer.

Destruction des COVNM

Oxydation thermique régénérative ou récupérative

En oxydation thermique, les COVNM sont détruits à haute température. La température d'oxydation dépend du type de système de récupération d'énergie utilisé. A partir de certaines concentrations en COVNM, ces dispositifs peuvent être autothermes. En-dessous de ces concentrations, un apport de chaleur complémentaire est nécessaire à l'oxydation des COVNM.

En oxydation récupérative, un lit de céramique ou autre matériau dense est utilisé pour préchauffer les gaz entrants. La récupération de la chaleur peut atteindre 60 à 70%. La température d'oxydation est de l'ordre de 650 à 750 °C. Le système ne peut être autotherme que pour des concentrations élevées de COVNM allant de 8 à 10 g/Nm3.

L'oxydation thermique régénérative est constituée de deux ou trois lits en céramique. Les gaz chargés de COVNM passent à travers un premier lit, dans lequel ils sont chauffés. Ils entrent ensuite dans la chambre de combustion, maintenue à une température de 800 à 900 °C, grâce à des brûleurs. Avant d'être rejetés dans l'atmosphère, les gaz quittent la chambre de combustion à travers un autre lit en céramique, auquel ils transfèrent leur chaleur. Le rôle des lits, est inversé régulièrement. L'efficacité de récupération de chaleur peut atteindre 95%. L'oxydation thermique régénérative est adaptée pour des débits de gaz importants et peut être autotherme pour des concentrations de COVNM de l'ordre de 2 à 3 g/Nm3.

Des concentrations en COVNM en sortie d'oxydateur inférieures à 20 mg/Nm3 peuvent être atteintes.

Oxydation catalytique régénérative ou récupérative

En oxydation catalytique récupérative ou régénérative, l'utilisation d'un catalyseur permet de détruire les COVNM à plus basse température que dans l'oxydation thermique. Les catalyseurs utilisés sont des métaux précieux (platine, palladium ou rhodium) ou des oxydes métalliques (Cr, Fe, Mo, Mn, Co, Cu, Ni). Les principes de l'échange de chaleur sont les mêmes que dans l'oxydation thermique. La température d'oxydation varie entre 200 et 500 °C selon le catalyseur utilisé et le type d'échangeur. A partir de certaines concentrations en COVNM, ces dispositifs peuvent être autothermes. En dessous de ces températures, du gaz est nécessaire à l'oxydation des COVNM.

L'oxydation catalytique récupérative peut être autotherme pour des concentrations de COVNM de l'ordre de 3 à 4 g/Nm3. L'oxydation catalytique régénérative peut être autotherme pour des concentrations de l'ordre de 1 à 2 g/Nm3.

La durée de vie des catalyseurs à base d'oxydes métalliques est d'environ 12 000 h et celle des catalyseurs en métaux précieux est d'environ 15 000 h à 25 000 h. Les catalyseurs sont sensibles aux poisons et peuvent être désactivés de façon irréversible par certains d'entre eux.

Des concentrations en COVNM en sortie d'oxydateur inférieures à 20 mg/Nm3 peuvent être atteintes.

Traitement biologique

Le traitement biologique peut être réalisé dans des biofiltres ou des laveurs dans des conditions humides, à faible température et pour des faibles concentrations en COVNM (<1 – 2 mg/Nm3). Les gaz chauds (> 35 °C) sont donc refroidis en aval du système de traitement.

Dans les biofiltres, des microorganismes capables de détruire les COVNM biodégradables sont maintenus à la surface d'un substrat humide organique qui peut être de la tourbe, de la bruyère ou du compost. Le temps de séjour doit être suffisamment long pour permettre aux réactions biologiques de se produire.

Dans le cas d'un laveur, les microorganismes sont mis en suspension dans l'eau de lavage.

Des concentrations en COVNM en sortie de traitement peuvent être comprises entre 100 et 150 mg/Nm3. Des concentrations plus faibles sont difficiles à obtenir.

Récupération des COVNM

Absorption sur charbon actif ou sur zéolithes

Dans l'adsorption, les COVNM sont physiquement adsorbés à la surface d'un média qui peut être du charbon actif ou des zéolithes. La capacité d'adsorption du charbon actif ou des zéolithes est limitée et par conséquent, ils doivent être régénérés régulièrement afin de retrouver leur capacité d'adsorption initiale. Plusieurs configurations existent, mais l'adsorption à lit fixe, avec deux ou trois lits, est la configuration la plus fréquemment utilisée. Lorsqu'un lit est en phase d'adsorption, le second est en phase de désorption. La désorption est réalisée à haute température avec de la vapeur ou un gaz inerte. La température d'adsorption ne doit pas dépasser 40 °C, car l'efficacité de l'adsorption est meilleure à basse température.

Les COVNM sont récupérés par des procédés de condensation, de séparation ou de distillation, si plusieurs COVNM sont présents.

L'efficacité de l'adsorption dépend de nombreux paramètres comme la température d'adsorption, le type et le nombre de COVNM à éliminer, etc. Des concentrations de COVNM en sortie de traitement de 50 à 100 mg/Nm3 peuvent être atteintes.

Condensation et cryo-condensation

La condensation des COVNM est réalisée par refroidissement et / ou pressurisation. Le refroidissement est réalisé à l'aide d'eau, d'eau glacée, de fluides frigorigènes ou d'azote liquide. Différents types d'échangeurs de chaleur peuvent être utilisés. La condensation avec refroidissement par eau, eau glacée ou réfrigérants est souvent utilisée comme prétraitement, mais n'est pas suffisante pour atteindre une forte réduction des émissions de COVNM.

Des concentrations en COVNM en sortie de traitement de l'ordre de 100 – 150 mg/Nm3 peuvent être atteintes. L'efficacité du procédé dépend de nombreux paramètres comme le dimensionnement de l'installation, la fréquence de désorption, etc.

L'azote liquide est utilisé en cryo-condensation (température inférieure à -160 °C). La cryo-condensation est un procédé polyvalent qui n'est pas spécifique aux COVNM. Généralement, la condensation a lieu avec l'azote liquide comme réfrigérant dans un processus d'échange de chaleur directe. Les COVNM se condensent sur les calandres de l'échangeur puis sont récupérés dans un réservoir de collecte, d'où ils peuvent être récupérés voire recyclés. Lors de la condensation, la présence de vapeur d'eau ou de COVNM avec un point de fusion élevé peuvent faire geler la surface externe des tubes du cryo-condenseur. Pour éviter ce problème en particulier, une série de condenseur peut être utilisée avec différents points de condensation.

La cryo-condensation est adaptée aux faibles débits de gaz et / ou à de fortes concentrations de COVNM. Des concentrations de COVNM en sortie de traitement de 50 à 100 mg/Nm3 peuvent être atteintes. L'efficacité dépend de nombreux paramètres comme le dimensionnement de l'installation, la volatilité des solvants, etc.

Séparation membranaire

Les émissions de COVNM peuvent être concentrées à l'aide de membranes organiques sélectives (perméables aux COVNM). Les COVNM traversent la membrane à des vitesses qui dépendent de leur perméabilité respective et de la différence de pression à travers la membrane. Les membranes sont le plus souvent 10 à 100 fois plus perméables aux COVNM qu'à l'air, selon les caractéristiques spécifiques des COVNM.

Selon la conception de ce système, la concentration de COVNM en sortie de membrane peut être augmentée de cinq à cinquante fois par rapport à la concentration en entrée de la membrane. Les gaz concentrés peuvent alors être compressés et condensés par l'utilisation d'une technologie de condensation conventionnelle. La séparation membranaire n'est pas un procédé de récupération à lui seul.