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Certains types de développements industriels génèrent une production significative de polluants, qui peuvent entraîner des risques majeurs pour notre environnement. Les métaux dissous dans les effluents représentent une importante source de pollution. Les industriels ont à leur disposition différentes solutions techniques qui sont fonction des métaux et des flux polluants à traiter. Citons parmi celles-ci:
À ces techniques s'ajoute l'électrodéposition des métaux, qui permet de récupérer le métal et par là même d'éviter la formation en aval de boues hydroxydes, destinées à être stockées dans un Centre d'Enfouissement Technique de classe 1 (CET 1). Cette technique ne remplacera jamais la station d'épuration physico-chimique mais, par l'installation judicieuse d'électrolyseurs, elle permet une diminution notable du volume des boues formées. Elle est particulièrement bien adaptée aux ateliers de traitement de surface. À l'heure actuelle, le nombre d'électrolyseurs vendus pour la récupération des métaux lourds dans les ateliers de traitement de surface n'est pas encore très important : Deux explications apparaissent :
Afin de parfaire la connaissance de l'offre en matière de technologie d'électrodépollution permettant la récupération des métaux lourds dans les effluents industriels, une analyse a été réalisée à l'initiative d'EDF en 1994. Cet article présente :
Il s'agit d'examiner les capacités d'appareils revendus sur le marché français face à des problèmes typiques de pollution rencontrés dans les ateliers de traitement de surface.
Après avoir pris connaissance, dans la presse professionnelle (Galvano Organo), de la volonté d'EDF de réaliser une étude sur l'offre en matériel d'électrodéposition, différents partenaires industriels ont souhaité s'associer à ce programme. Ces partenaires sont des sociétés d'une part et des experts extérieurs d'autre part :
Les réacteurs d'électrodéposition, qui ont été mis gracieusement à disposition par les partenaires industriels, sont fournis habituellement par ces sociétés lors d'essais de faisabilité chez des industriels des traitements de surface.
Deux situations ont été recréées, dans lesquelles un électrolyseur apporte une solution pour circonscrire une pollution occasionnée par la présence d'un cation métallique électroactif dissous :
L'électrodéposition
en continu, d'un cation métallique Les conditions de fonctionnement retenues par l'ensemble des participants sont les suivantes :
Ici nous simulons cet entraînement par un ajout dosé de 0,5 l de bain (1re expérience) ou de 0,1 l (3ieme expérience). 1ière - expérience : simulation du fonctionnement d'un rinçage statique (chaîne type 1)
Les prélèvements sont effectués toutes les quinze minutes et dans la phase des entraînements juste avant et trois minutes après l'entraînement 1 (cf. figure 1). La concentration finale en métal sans traitement serait de 2,94 g/l en cuivre (Essai 1) et de 1,6 g/l en zinc (Essai 5). Seconde expérience : épuisement d'un bain usé.
Dans le cas du zinc cyanuré un dosage des cyanures libres est effectué. 3ième expérience : simulation du fonctionnement d'un rinçage statique (chaîne type 2).
Les prélèvements seront effectués toutes les quinze minutes et dans la phase des entraînements juste avant et trois minutes après l'entraînement 1 (cf. figure 1). La concentration finale en métal sans traitement serait de 981 mg/l en cuivre (Essai 2) et de 448 mg/l en zinc (Essai 6). 4ième expérience : épuisement d'un bain statique avant rejet.
Dans le cas du zinc cyanuré, un dosage des cyanures libres est effectué.
Chaînes 1 : cuivre ou zinc
Chaînes 2 : cuivre ou zinc
Dans ces quatre devis fournis apparaissent le coût d'investissement et surtout le coût annuel de fonctionnement de l'appareil pour chaque cas étudié. L'investissement comprend le prix de l'électrolyseur avec sa pompe de circulation ainsi que celui du redresseur. Le coût annuel de fonctionnement estimé comprend
Les coûts de fonctionnement sur trois et cinq ans sont calculés sans qu'il soit tenu compte des amortissements. Certaines de ces offres sont détaillées dans le chapitre concernant l'électrolyseur considéré. Les amortissements et les aides des agences de l'eau ne sont pas compris dans les calculs d'investissement des électrolyseurs.
L'électrolyseur L'électrolyseur ELECTROPUR T2 se compose d'une cuve horizontale en PVC, séparée en deux compartiments alimentés en série par l'effluent à traiter. Dans chaque compartiment une anode circulaire, en métal déployé approprié à l'effluent considéré, entoure la cathode cylindrique volumique en mousse de métal ou de matière plastique métallisée. Le support de cette cathode est relié à un agitateur, fixé au couvercle de l'électrolyseur, qui assure la rotation de l'électrode. Un filtre permet d'ôter les matières en suspension à l'entrée de l'électrolyseur, une vanne de réglage associée à un débitmètre permet de réguler le débit. Un redresseur de courant alimente en parallèle les deux compartiments.
Les électrolyseurs Dans la cuve en PPH (polypropylène) d'un électrolyseur PRIAM sont insérées verticalement et alternativement des anodes en titane recouvertes d'oxydes métalliques et des cathodes volumiques. Une cathode se compose d'un cadre démontable en PPH, d'un assemblage crin PPH-grillage PVC, d'une amenée de courant métallique, d'un support granulaire carboné et de deux demi-couvercles. Des vis en acier inoxydable permettent la fermeture de la cathode volumique. Le nombre et la taille des cathodes volumiques varient selon le modèle d'électrolyseur utilisé :
Une vanne de réglage associée à un débitmètre permet de réguler le débit de l'effluent qui percole aux travers des électrodes.
L'électrolyseur L'électrolyseur CHRIST ELX 500, développé en collaboration avec la société Titalyse SA, se compose d'un tube vertical en PPH (polypropylène) au centre duquel sont insérées une anode cylindrique en titane déployé recouverte d'oxydes de métaux et deux demi-cathodes hémisphériques en cuivre déployé. L'effluent à traiter est forcé dans les tubes de distribution latéraux, entre l'anode et la cathode, et s'écoule par une couronne de trop-plein placée dans la partie supérieure. Une vanne de réglage permet de réguler le débit pour que le trop-plein puisse fonctionner dans de bonnes conditions.
L'électrolyseur L'électrolyseur E3P 300 (Electrode Poreuse Percolée Pulsée dont le diamètre de cuve est de 300 mm) est un électrolyseur dans lequel l'effluent circule verticalement. Il a été conçu par l'Institut National Polytechnique, de Toulouse. La cathode est formée d'un assemblage (amenée de courant + lit de granules carbonées) ; l'anode est en titane déployé recouvert d'oxydes de métaux. L'effluent percole au travers des deux électrodes. Au cours de l'électrolyse, la surface du lit granulaire qui se trouve en regard de l'anode se charge en métal. Pour éviter que les particules ne se soudent et que la cathode ne s'encroûte, une pulsation déstabilise le lit granulaire. Ainsi, les particules se désolidarisent, le lit granulaire se mélange et le transfert de matière augmente. La pulsation est assurée par un vérin pneumatique.
L'électrolyseur Les cellules CHEMELEC ont été mises au point par la société anglaise E A Technology, dont la société BEWT Ltd possède la licence. Pofimar commercialise ce matériel en France. L'électrolyseur CHEMELEC P 50 comprend un réacteur d'électrolyse transparent et une cuve d'homogénéisation en PVC. Dans le réacteur d'électrolyse sont insérées verticalement et alternativement six anodes en métal (titane platiné pour les essais en cuivre électrochimique et acier inoxydable pour les essais en zinc cyanuré) et cinq cathodes (acier inoxydable pour les essais en cuivre électrochimique et acier inoxydable déployé pour les essais en zinc cyanuré). Ces électrodes sont en contact permanent avec un lit fluidisé de microbilles de verre qu'il faut maintenir à un niveau optimal par l'intermédiaire d'une vanne de réglage. Un filtre permet de récupérer les microbilles qui auraient tendance à s'évacuer dans la cuve d'homogénéisation. La cuve d'homogénéisation a le double rôle de permettre la circulation de l'effluent à l'intérieur de l'électrolyseur et celle de l'effluent avec le bain à traiter.
L'électrolyseur Dans la cuve en PVC d'un électrolyseur RETEC 6 sont insérées verticalement et alternativement sept anodes et six cathodes. Un diffuseur est situé à l'entrée de la cellule. Il permet de diminuer la quantité de particules dans l'électrolyte, susceptibles de boucher les pores des cathodes. Un deuxième diffuseur identique est situé à la sortie de la cellule pour empêcher la présence éventuelle de particules solides dans l'effluent traité. Un double tube perforé placé au fond de la cellule permet un bullage d'air qui, si nécessaire, facilite l'agitation de l'effluent. Pour la récupération du cuivre électrochimique les anodes étaient des DSA (anodes dimensionnellement stables) et les cathodes des mousses de nickel. Pour la récupération du zinc cyanuré les anodes étaient des DSA et les cathodes en Fe/Zn déployé. Une vanne de réglage permet de réguler le débit pour que le trop-plein puisse fonctionner dans de bonnes conditions.
L'électrolyseur L'électrolyseur ROTACEL 200 comprend une cuve en PVC de 200 l à base carrée, fermée par un couvercle, au centre de laquelle se trouve fixée une cathode constitué d'un cylindre tournant en acier inoxydable. Les quatre anodes, DSA déployées pour le cuivre électrolytique et en acier inoxydable pour le zinc cyanuré, sont fixées sur un cadre d'amenée de courant, en regard des côtés de la cuve. La vitesse de rotation de la cathode est fixe.
Prenons le cas d'un électrolyseur correctement dimensionné pour électro déposer le métal se trouvant en solution dans le rinçage statique d'une chaîne de traitement de surface. La pollution métallique générée par cette chaîne de traitement de surface n'est plus entraînée dans les rinçages courants, qui sont donc à la norme.
Dans le cas d'effluents cyanurés. une partie des cyanures sont détruits, ce qui a pour conséquence de diminuer la consommation d'eau de javel. Il n'y a pas de production de boues par la station physicochimique.
Le pH peut être mieux ajusté pour améliorer la précipitation des métaux des effluents générés par les autres chaînes de traitement de surface. La norme de rejet est alors plus facilement respectée pour ces métaux. La concentration en métaux à la sortie de la station physico-chimique est inférieure aux normes de rejet. En résumé, cet investissement permet de réaliser des économies sur :
De plus, le métal piégé peut être réutilisé, donné ou revendu.
Dans les cas étudiés de la récupération du cuivre électrochimique ou du zinc cyanuré, tous les types de matériel fonctionnent. Certains sont plus ou moins rapides ou encombrants mais tous conduisent à l'obtention du métal. Ils conviennent également pour d'autres métaux. Il est clair que ces électrolyseurs ne remplaceront jamais une station physico-chimique mais, judicieusement placés, ils peuvent la soulager. En outre, il est très satisfaisant d'avoir un appareil qui bloque la pollution et permet de réutiliser le métal piégé. Une remise à pH de l'effluent est de toute façon nécessaire. Ces appareils ne font pas gagner d'argent, en ce sens que ce ne sont pas des outils de production. Mais lorsque les normes de rejets seront plus rigoureuses, ils permettront de ne pas en dépenser inutilement. Dans tous les cas, il est intéressant de faire un essai. N'hésitez pas à prendre contact avec les sociétés dont les coordonnées sont rassemblées ci-dessous.
Claude LAHITTE
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