Deux familles de procédés de traitement des COV permettent d’extraire les COV de l’air ambiant :
- Procédés de récupération
Les procédés récupératifs visent à capter les COV en vue d’une réutilisation. Ils comprennent l’adsorption avec désorption, l’absorption, la condensation, la séparation membranaire.
- Procédé de destruction
Les procédés destructifs reposent sur l’oxydation des COV (catalytique, thermique), les traitements biologiques, l’adsorption sans désorption
Sommaire
L’adsorption
Les molécules de COV se fixent sur un matériau solide, à grande surface spécifique, par l’action des forces de Van der Waals. Il existe une diversité de matériaux adsorbants : charbon actif, zéolithe, gel de silice, alumine activée, résine. Le charbon actif est le plus utilisé. Caractérisé par sa grande surface spécifique (800 à 2000 m²/g), il se présente sous forme de poudre, grain ou tissu. Quand le charbon actif est saturé, soit le matériau est changé et traité en tant que déchet (poudre), soit on le régénère en procédant à la récupération des COV par désorption. Dans ce cas il s’agit soit de diminuer la pression totale (désorption sous vide), soit d’augmenter la température (vapeur d’eau, air ou gaz neutre chauds). Puis on recycle les COV en production..
L’absorption ou lavage de gaz, repose sur le contact entre l’air contenant les COV et un solvant liquide. Les COV solubles passent dans le liquide. L’eau est utilisée pour les COV hydrosolubles. Pour les COV peu solubles, l’huile de silicone remplace l’eau. Ces deux techniques sont peu répandues car peu efficace pour l’eau, et assez coûteuse pour l’huile.
La condensation
Il s’agit de transformer le COV gazeux en liquide ; ceci en abaissant la température à -40°C pour la condensation mécanique (par compresseur et échangeur) et – 180° C pour la condensation cryogénique (par azote liquide). On sépare ensuite le liquide de l’air pour être récupéré. Cette technique est utilisée pour un air pollué avec une forte concentration en COV, ces dernier possédant une température d’ébullition au minimum supérieure à 40°C. La condensation est adaptée à des débits d’air pollué inférieurs à 1000 m3/h
La séparation membranaire
L’air pollué en COV passe à travers une membrane semi-perméable, retenant au passage les COVs. Le débit traité en séparation membranaire est inférieur à 100 m3/h. L’efficacité de la séparation dépend de la structure de la membrane, de son seuil de coupure et des conditions opératoires de filtration. La technique est coûteuse et sensible aux variations de débits et de concentrations.
L’oxydation thermique
Il s’agit de brûler au moins à 750° les COV pour les transformer en CO2 et eau. Il faut une concentration en COV supérieure à 10g/m3 pour équilibrer apport énergétique et apport thermique de combustion. Autrement, le procédé devient très énergivore. Lorsque le COV est halogéné ou soufré, il risque de se former des sous-produits toxiques nécessitant un traitement supplémentaire de neutralisation.
L’oxydation catalytique
À la technique précédente, on ajoute un catalyseur, en métaux précieux ou oxydes métalliques. Cela permet d’oxyder les COV à des températures entre 250° et 400°. Il s’agit de réduire la consommation énergétique liée à l’oxydation. Cependant, certains éléments (métaux lourds, phosphore, SO2) contribuent à l’empoisonnement du catalyseur et à sa désactivation.
Les traitements microbiologiques
On utilise les microbes en mode aérobie pour décomposer les COV en CO2 et eau. La culture microbienne est soit fixée, soit dispersée dans une phase liquide mobile ou stationnaire. On distingue les biofiltres, les biopercolateurs, les biolaveurs.
Biofiltre
Les bactéries se fixent sur un support organique (tourbe, bois,…) qui est traversé par le flux d’air pollué en COV. Afin de maintenir l’activité biologique, une aspersion d’eau et de matière nutritive complémentaire est assurée ponctuellement.
Biopercolateur
Les bactéries se fixent sur un support solide, minéral ou constitué de garnissages. Un biofilm se forme dont l’épaisseur peut atteindre plusieurs millimètres. Un arrosage continu distribue l’eau et le complément nutritif. Cela crée autour du biofilm un film liquide dans lequel l’oxygène et les COV sont absorbés puis transférés vers le biofilm.
Biolaveur
L’absorption des COV est effectuée dans une tour de lavage à pulvérisation, puis leur biodégradation se réalise dans un bassin d’activation contenant la biomasse en suspension. Les biolaveurs, en utilisant une émulsion huile/eau, peuvent traiter des composés peu solubles dans l’eau ou toxiques vis-à-vis des microorganismes.
Choix du traitement
Il dépend de la nature des COV à traiter, de leur concentration mini, maxi et moyenne dans l’air pollué, des conditions physiques de celui-ci (température, humidité relative, présence de poussières ou autres polluants…).
S’il s’agit d’un procédé émettant un ou deux COV à traiter, et le(s) COV s’avère(nt) rentable(s) à réutiliser, on pourra choisir une technique de récupération ; sous réserve d’une concentration en COV et d’un débit d’air pollué adéquat.
Avec 3 COV ou plus, il vaut mieux s’orienter vers une technique destructive.
Notons que plus de 30% des industriels choisissent un traitement à base de charbon actif autorisant des débits variés en destructif ou en récupératif. Ils permettent aussi l’élimination des nuisances olfactives.