Biofiltration

DE QUOI S’AGIT-IL ?

Le flux de gaz résiduaire traverse un lit de matière organique (telle que la tourbe, la bruyère, le compost, le bois de racine, l'écorce d'arbre, le bois tendre et diverses combinaisons) ou une matière inerte (telle que l'argile, le charbon actif et le polyuréthane). Ici, il est biologiquement oxydé par des micro-organismes naturels en dioxyde de carbone, eau, sels inorganiques et biomasse.
Les biofiltres peuvent être divisés en :
  • Biofiltres ouverts;
  • Biofiltres fermés.
An biofiltre ouvert se compose d'une couche de matériau poreux de biofiltration sous-jacente à un réseau de tuyaux à travers lesquels l'air contaminé est soufflé vers le filtre. Ces filtres nécessitent un temps de séjour long et ont donc tendance à être volumineux. Ils peuvent être utilisés pour les faibles débits de gaz. Dans les régions à climat froid (gel), l'adéquation des biofiltres ouverts est limitée.

An biofiltre fermé consiste en une couche de matériau supportant une population microbienne appropriée et placée sous un système de distribution qui fournit le flux de gaz résiduaire contaminé au filtre de manière uniforme. Le flux de gaz est aspiré vers le filtre par des ventilateurs électriques. Le flux de gaz se fait de haut en bas ou vice versa. Le ventilateur, le système de ventilation et les matériaux de construction du biofiltre doivent minimiser les effets des gaz résiduaires corrosifs, de l'excès de condensat et de la poussière/boue.

La majorité des biofiltres en fonctionnement sont des filtres à lit ouvert, moins coûteux que les biofiltres fermés mais généralement moins efficaces.

Conception, maintenance et efficacité

Les micro-organismes sont enfermés dans un lit fixe. La hauteur du matériau filtrant est comprise entre 0.5 m et 1.5 m, avec un maximum de deux à trois couches. La charge spécifique du lit filtrant est comprise entre 100 et 500 Nm3/h par m2 de la surface du filtre.

Des paramètres tels que le pH du média de biofiltre, la teneur en humidité (une humidité relative du gaz d'environ 95 % et plus est requise) et les températures des gaz d'admission affectent la capacité d'élimination des odeurs.

Le bilan d'humidité est régulé par un humidificateur ou un laveur de gaz pré-connecté, parfois en combinaison avec une humidification du matériau filtrant. L'humidité relative du matériau filtrant doit être inférieure à 60 % pour éviter le colmatage. Le dispositif d'humidification doit être protégé contre le gel dans les régions où les températures sont sensiblement inférieures à 0 °C.

Pour une application au réchauffement des flux de gaz résiduaires (> 35 ºC), un refroidissement est nécessaire, soit par mélange avec de l'air, soit par introduction d'un laveur de gaz ou d'un échangeur de chaleur. L'épuration humide peut être appliquée comme prétraitement dans le but de réduire la teneur excessive en particules, la concentration d'odeurs à l'entrée et la quantité de polluants ne convenant pas à la biofiltration.

Le temps de séjour pour permettre une réduction efficace dépend de la concentration d'entrée. A titre indicatif, il faut viser un temps de séjour minimum de 30 s à 45 s.

Pour certains composés odorants (ex : mercaptans, H2S), des efficacités d'abattement de 75 % sont un minimum. L'utilisation combinée d'un épurateur et d'un biofiltre peut augmenter les performances. Pour d'autres composés odorants, l'efficacité d'abattement est quelque peu inférieure. Des recherches comparatives sur l'efficacité de la réduction des odeurs entre les épurateurs et les biofiltres montrent que les biofiltres atteignent des efficacités plus élevées.

Avec les biofiltres ouverts, le matériau filtrant doit être régulièrement traité et éliminé de temps en temps. La canalisation des gaz résiduaires peut se produire à travers le lit filtrant, diminuant ainsi l'efficacité du biofiltre.

L'efficacité de la biofiltration dépend dans une large mesure de la composition du flux de gaz résiduaires. De plus, des changements soudains dans les conditions du média du biofiltre (par exemple la température) peuvent nuire aux performances du système. Si les paramètres changent lentement au fil du temps, les médias s'habituent et les rendements restent élevés.

Le refroidissement est nécessaire pour les applications avec des flux d'air chauds (> 38 °C). Ceci peut être réalisé par un mélange d'air extérieur, un laveur d'eau (à passage unique) ou un échangeur de chaleur/condenseur. Le matériau filtrant doit être remplacé périodiquement (tous les 0.5 à 5 ans), en fonction du type de matériau d'emballage et de la composition des gaz.

Bien que les biofiltres soient en principe statiques et nécessitent peu d'entretien mécanique, l'expérience montre qu'une inspection et une surveillance régulières sont nécessaires. L'efficacité d'abattement peut être excellente au cours des premières années, mais peut diminuer considérablement sur une courte période de temps en raison d'un manque de nutriments, de problèmes d'équilibre des fluides et/ou de la détérioration du matériau filtrant.

Le bilan hydrique doit être soigneusement examiné car il est essentiel pour le fonctionnement précis des biofiltres.

Applicabilité

La biofiltration est bien adaptée aux faibles concentrations de polluants facilement solubles dans l'eau. Cependant, il ne convient normalement pas aux gaz résiduaires contenant de nombreux polluants différents et/ou changeants. De plus, le méthane ne diminue pas, car le temps de séjour nécessaire serait trop long pour des dimensions de filtre normales. La biofiltration est principalement utilisée pour les grands débits et les faibles concentrations de solvant.

Les domaines typiques de mise en œuvre sont :
  • Les stations d'épuration des eaux usées
  • Installations de compostage
  • Industrie des arômes
  • Fonderies
  • Industrie chimique
  • Fabrication de plastique
  • Industrie alimentaire
  • Industrie de transformation de la viande et du poisson


Tableau 1 montre les limites d'application et les restrictions associées à la biofiltration (adapté de EIPPCB, 2016, tableau 3.178).

Tableau 1. Limites d'application et restrictions associées à la biofiltration.
Question Limites/Restrictions
Débit de gaz (Nm3/ h) 100-200000
100-400 par m2 de surface filtrante
Température (° C) 15-38
Pression (MPa) Atmosphérique
Perte de charge (mbar) 5-20
Teneur en poussière, graisse et graisse Peut provoquer un colmatage ; un prétraitement est nécessaire
Concentration d'odeur (ouE/m3) 20000-200000
Conditions climatiques Le gel, la pluie et les températures ambiantes élevées affectent le matériau filtrant et diminuent l'efficacité

Références

EIPPCB (2016). Document de référence des meilleures techniques disponibles (MTD) pour les systèmes communs de traitement/gestion des eaux usées et des gaz résiduaires dans le secteur chimique. Rapport du CCR sur la science au service de la politique.
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