Traitement des COV par adsorption

L’adsorption est un phénomène de transfert d’une molécule depuis une phase gazeuse ou liquide (adsorbat) vers une phase solide (adsorbant) très efficace pour le traitement des COV. Cette dernière, a la propriété de fixer certaines molécules par des liaisons électrostatiques de façon réversible permettant alors la désorption ultérieure.

Fonctionnement

Le flux de gaz à traiter traverse une colonne remplie d’adsorbant. Il va y avoir formation d’un front d’adsorption progressant au fur et à mesure que le lit se sature. La phase d’adsorption s’arrête lorsque le matériau est saturé et que le polluant n’est plus retenu en quantité suffisante (l’adsorbant a atteint sa capacité maximale d’adsorption).

Il existe deux types d’adsorption :

  • l’adsorption physique mettant en œuvre des énergies « attraction-répulsion » et donc des forces de Van der Waals telles que des liaisons hydrogènes ou entre noyaux aromatiques ;

  • l’adsorption chimique mettant en œuvre une énergie d’interaction plus élevée produisant des liaisons covalentes entre les molécules de l’adsorbat et l’adsorbant. Dans la réalité, on a souvent à faire à une combinaison de ces deux types d’adsorption.

Paramètres optimaux de l’effluent

Le traitement par adsorption est généralement mieux adapté aux effluents gazeux à composition simple c’est-à-dire avec un nombre limité de COV afin de simplifier leur récupération. De plus, certaines familles de COV sont mieux adsorbées que d’autres rendant ainsi la prévision du temps de rupture (lorsque l’adsorbant arrive à saturation) parfois difficile. Enfin, l’effluent gazeux doit être exempt d’aérosols, de résines ou de substances polymérisables pouvant se déposer sur l’adsorbant et en réduire ses capacités.

Concernant le débit optimal, le procédé permet une large amplitude allant de 200 à 100 000 Nm³/h et supporte les variations importantes (pics) de débits. Pour la concentration de l’effluent à traiter en COV, la plage est de 1 à 50g/m³.

L’efficacité du procédé dépend de :

1. Des critères de qualité du matériau adsorbant

  • Surface spécifique ;
  • Volume et diamètre poreux ;
  • Taille des grains ;
  • Propriété chimique de surface ;
  • Tenue mécanique et friabilité ;

2. Des caractéristiques du composé à traiter

  • Concentration : plus elle est élevée, plus la capacité d’adsorption est grande ;
  • Humidité : plus l’air est humide, moins la capacité d’adsorption est grande (max. 50 à 60%) ;
  • Température : l’effluent doit se situer en deçà de 30 ou 40°C.

Matériaux de garnissage

Les deux matériaux les plus utilisés sont le charbon actif et la zéolithe.

Le charbon actif est du carbone microporeux obtenu à partir d’éléments naturels tels que la tourbe, le bois, le lignite, le charbon bitumineux, la noix de coco, etc. et activé dans des fours à très haute température. Celui-ci peut se présenter sous forme de poudre (8 à 80 µm de diamètre), de granulés (6 à 200 µm de diamètre), d’extrudés (0,8 à 5 mm de diamètre et 0,5 à 2 cm de longueur), ou encore de feutres, de tissus ou de fibres.

  • Surface spécifique : 800 à 2 000 m²/g
  • Volume poreux et rayon des pores
  • Taille et dureté du grain

Point de vigilance : le charbon actif est un mauvais conducteur thermique pouvant alors entrainer des élévations locales de température dans certaines conditions (concentration en polluant trop élevée, présence de composés particuliers).

La base des zéolithes est un squelette cristallin alumino-silicaté tridimensionnel. Ses propriétés adsorbantes reposent sur une structure microporeuse importante, sur la taille des pores et leur composition chimique.

La performance de la zéolithe est inférieure à celle du charbon actif mais elle présente deux intérêts : elle est moins sensible aux températures élevées et possède des propriétés sélectives intéressantes.

  • Surface spécifique : jusqu’à 900 m²/g
  • Taille des pores : 3 à 13 angström
  • Stable en température

Régénération

Après saturation de l’adsorbant par les COV, il est nécessaire de la régénérer. On distingue deux types de régénération : la désorption dite in situ permettant une réutilisation immédiate du filtre après désorption avec récupération possible du solvant et recyclage dans le procédé et la régénération à haute température chez le fournisseur de l’adsorbant, c’est la réactivation thermique par oxydation.

Parmi les procédés de désorption, on retrouve : la régénération thermique, chimique, biologique ou encore par dépressurisation. Certaines pouvant être couplées entres-elles.

En savoir plus

Le transfert par adsorption est l’un des moyens utilisés pour le traitement des COV, mais n’est pas le seul à être largement utilisé dans l’industrie. Le choix du procédé de traitement est propre à chaque problématique et se doit être étudié. Web’AIR propose d’étudier, de concevoir et de réaliser vos solutions de traitement sur mesure grâce à son équipe d’ingénierie.

Pour en savoir plus sur les différentes techniques de traitement existantes, rendez-vous ci-dessous.

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