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LE RAPPORT FINAL DE L' ETUDE ASME

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Nous vous proposons l'intégrale du rapport récapitulatif et les conclusions de l'étude ASME sur introduction de chlore et émissions de dioxine par différents types d'incinérateurs - presque tous à échelle grandeur nature -. Ce sont les preuves scientifiques les plus récentes au niveau mondial sur la relation entre chlore et formation de dioxine dans les incinérateurs.

Parties de cette page

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CRTD-Vol. 36

Aux soins de

H. Gregor Rigo
Rigo & Rigo Associates, Inc.

A. John Chandler
A. J. Chandler & Associates, Ltd.

W. Steven Lanier
Energy & Environmental Research Corp.

Sous la supervision de la Sous-Commission sur le

Rapport entre le chlore présent dans les flux de déchets et émissions de dioxine par les incinérateurs par le Comité de Recherche ASME sur les déchets industriels et urbains

Vu et approuvé par le Comité de Recherche ASME sur déchets industriels et urbains

ASME - American Society of Mechanical Engineers - CentreUnifié du Génie Mécanique
345 East 4th Street / New York, NY 10017

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SOMMAIRE

Cette étude traite de l'impact qu'a le chlore contenu dans les déchets introduits dans les incinérateurs et dans les composants du matériel d'alimentation, y compris les matériaux plastiques en PVC et les sels, sur les concentrations de PCDD/F (Polychlorinated p-dibenzodioxins and -furans, p-dibenzodioxine et -furanes polychlorés) dans les produits gazeux de la combustion des usines d'incinération des déchets. Le but de cette recherche n'est pas celui de déterminer les facteurs des émissions, ni d'évaluer les prestations des systèmes de contrôle et encore moins celui d'individualiser le pourcentage de PCDD/F dans les effluents ou dans les résidus solides. Les données ont principalement été obtenues à partir de tests menés à échelle grandeur nature. On a utilisé des études de laboratoires préliminaires pour identifier la forme que pourraient revêtir de telles corrélations et pour individualiser les principaux facteurs d'interférence dont il faut tenir compte.

Plus de 1 900 résultats de tests ont été analysés, menés sur les Incinérateurs d'ordures ménagères [IOM], incinérateurs de Déchets Dangereux [IDD], Incinérateurs de Déchets Hospitaliers [IDH], Brûleurs alimentés par des Déchets [BD], Fours à Ciment [FC], Chambres de combustion de Biomasse [CBM], et chambres de combustion à échelle pilote, expérimentale et de laboratoire [LBP], pour un total de 169 structures, beaucoup étant munies d'unités multiples, dans le but de déterminer s'il existe ou non un rapport entre les concentrations de PCDD/F dans les gaz en sortie et l'introduction de chlore, ou, dans l'alternative, la présence de concentrations de chlore à l'état gazeux en amont du système de contrôle. Les concentrations de chlore introduites vont de moins de 0,1 pour cent dans le cas de nombreuses CBM à 80 pour cent pour certains IDD. Pour la plus grande partie des autres sources, les concentrations de chlore introduit étaient attestées être comprises entre ces deux extrêmes, avec un rapport généralement de 8:1 dans chaque catégorie.

Les données ont été contrôlées attentivement afin d'individualiser des erreurs éventuelles et des cas isolés du point de vue statistique, rapportées à des paramètres de référence standard et analysées pour déterminer l'existence de variations de l'"empreinte" (composition) ou de la quantité des concentrations de PCDD/F. Les variations d'importance supérieure par rapport au degré d'imprécision de la méthode de relevé ont été examinées pour déterminer si elles étaient liées à des différences dans le flux des déchets ou dans le contenu en chlore des gaz de la combustion.

L'analyse détaillée des empreintes a été effectuée par des analyses en grappes (Cluster Analysis). Les empreintes relatives aux données recueillies au niveau du même point de relevé à l'intérieur du même type d'incinérateurs (par ex.:IDSU, IDD, etc.) se sont montrées uniformes, à part les cas dans lesquels le cycle d'essai a entraîné un nombre considérable de valeurs en dessous des limites de mesure. Dans certaines structures, on a rencontré des différences d'empreinte entre les différents points de mesure supérieures au degré d'imprécision de la méthode de mesure des PCDD/F. Il n'y a pas eu de variations notables sur la courbe des PCDD/F pouvant être rapportées à des différences du contenu en chlore.

Une révision générale des données, effectuée en combinant une analyse de corrélation canonique (Canonical Correlation Analysis) et de régression linéaire simple (Linear Regression) ,n'a mis en évidence aucun rapport statistiquement significatif entre introduction de chlore et concentrations de PCDD/F dans les gaz de sortie pour la majeure partie (80 pour cent) des 90 structures qui disposaient de données simultanées suffisantes à individualiser une tendance statistiquement significative. Dans onze pour cent des cas, on a retrouvé une augmentation; 9% des structures ont fait enregistrer une diminution des concentrations de PCDD/F lors d'une augmentation du contenu en chlore.

On a également utilisé des modèles du génie chimique de combustion en association à des analyses de variance [ANOVA], en utilisant les méthodes de régression linéaire multivariée et autorégressive (Multivariant Linear e Autoregressive Regression) pour l'étude de trois expériences importantes effectuées sur des Incinérateurs de Déchets Solides Urbains, au cours desquelles du PVC, des matériaux plastiques mixtes ou du sel ont été introduits dans le matériel d'alimentation. Dans deux de ces expériences on n'a noté aucune relation statistiquement significative entre les concentrations de PCDD/F et le chlore. Dans la troisième on a pu établir une relation uniquement lorsque le PVC utilisé était suffisant pour augmenter le contenu en chlore d'environ 10 fois par rapport à celui normalement présent dans les IDSU. Cet ensemble de données montre une autocorrélation élevée (effets de mémoire de cycle à cycle), et l'effet observé pourrait être dû à des facteurs non liés à l'addition d'éléments.

Des techniques identiques ont été utilisées pour analyser les résultats des principales études paramétriques sur les IDSU, menées sous l'égide des organismes suivants: Environment Canada, Environmental Protection Agency, Energy Research and Development Authority de l'Etat de New York et Great Lakes Regional Council of Governors. A partir des données tirées de ces dernières études, on n'a relevé aucune relation statistiquement significative entre les concentrations de PCDD/F dans les produits de la combustion et l'introduction de chlore.

On obtient le même tableau variable dans le cas des IDH, dans lesquels avec une introduction supérieure de chlore on a une augmentation des concentrations de PCDD/F dans les gaz de sortie dans 15 % des cas et une diminution dans 7 pour cent des cas.

En ce qui concerne les IDD, on ne rencontre dans l'ensemble aucune relation observable entre PCDD/F et concentrations de chlore dans les déchets qui sont incinérés. L'étude de structures isolées montre que certaines d'entre elles ont été analysées en fonction d'un rapport 10:1 de contenu en chlore, jusqu'à des valeurs atteignant 80 % de chlore, et cependant on n'a retrouvé aucune relation d'importance individualisable. Dans 18 % des usines IDD, cependant, avec une introduction supérieure de chlore on a noté une augmentation, alors que dans 18 autres % on a obtenu une diminution.

Dans le cas des fours à ciment, il n'y a pas eu d'augmentations notables des concentrations de PCDD/F dans les gaz de sortie, en augmentant le taux de chlore dans le matériel d'alimentation. Cela ne doit pas surprendre, puisque le chlore est souvent ajouté pour éliminer les alcalins naturels et produire du ciment Portland (ou hydraulique) conforme aux normes fédérales et de chaque état pour les matériaux de construction.

Les brûleurs alimentés par des déchets ont fait enregistrer des concentrations inférieures de PCDD/F avec une augmentation du contenu en chlore, mais les caractéristiques techniques du brûleur et les différences entre les différents combustibles surajoutés représentent des facteurs de trouble des mesures.

Les chambres de combustion de biomasse produisent PCDD/F, mais il n'y a pas de données parallèles sur PCDD/F et chlore suffisantes pour déterminer l'existence d'une tendance générale. En particulier, un test qui remplaçait du bois chargé de sel par des boues à contenu plus élevé en chlore a fait retrouver une diminution des concentrations de PCDD/F dans les gaz de sortie.

Bien que dans certaines expériences de laboratoire on ait observé une relation fonctionnelle entre introduction de chlore et concentration de PCDD/F dans les produits gazeux de la combustion dans des situations déterminées, cet effet est de portée considérablement inférieure à celle de l'effet d'autres facteurs d'interférence tels que les caractéristiques techniques de la chambre de combustion, les différents types de gestion et de fonctionnement et la variabilité normale que l'on rencontre dans la mesure des émissions effectuée sur des usines à échelle commerciale.

Quel que soit l'effet du chlore sur les concentrations de PCDD/F dans les gaz de sortie des incinérateurs de déchets, il est masqué par ces autres variables. Il est hautement improbable que l'on puisse obtenir des changements visibles et des améliorations concrètes en ce qui concerne les concentrations de PCDD/F dans les gaz de sortie des incinérateurs en diminuant le contenu en chlore des déchets introduits.

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RAPPORT EXECUTIF

CONCLUSION PRINCIPALE

L'hypothèse selon laquelle il existe une corrélation entre le contenu en chlore du matériel d'alimentation et les concentrations de PCDD/F dans les produits gazeux de la combustion n'a pas été confirmée par les données analysées dans l'étude suivante.

Grâce aux plus de1 900 résultats expérimentaux sur PCDD/F provenant de 169 structures et recueillis dans la banque de données, on dispose de données parallèles sur PCDD/F et chlore pour 107 unités dans le cadre de 90 structures. Pour soixante-douze structures (80%), on n'a retrouvé aucune relation statistiquement notable entre introduction de chlore et PCDD/F présents dans les flux gazeux. En ce qui concerne l'ensemble des données montrant une corrélation entre les deux éléments, avec une introduction supérieure de chlore on a obtenu dans dix cas une augmentation des concentrations de PCDD/F, alors que dans huit cas on a obtenu une diminution.

Le fait que des augmentations parallèles n'aient pas été retrouvées dans la plupart des cas et qu'on ait au contraire individualisées certaines relations de type inverse indique que quel que soit l'effet que le chlore présent dans les déchets a sur les concentrations de PCDD/F dans les produits gazeux de la combustion, celui-ci est de portée inférieure par rapport à l'action exercée par d'autres facteurs.. Quel que soit l'effet qu'a le chlore sur les concentrations de PCDD/F dans des structures à échelle commerciale, celui-ci est masqué par des effets dus à la température des systèmes de contrôle de la pollution atmosphérique [APCS- Air Pollution Control System], aux réactionx chimiques des cendres, aux modalités de combustion, à l'imprécision des systèmes de mesure et à la stratification localisée des flux.

L'hypothèse selon laquelle la quantité ou le type de chlore présent dans les déchets introduits dans les unités de combustion est en relation directe avec les concentrations de PCDD/F à l'état gazeux relevées à la sortie de l'incinérateur, ou à l'intérieur des systèmes de contrôle de la pollution atmosphérique ou à la cheminée, n'est pas soutenue par la majeure partie des données examinées dans cette étude.


Préliminaires

Les systèmes de combustion qui brûlent généralement des combustibles fossiles à bas contenu en chlore ont tendance à avoir normalement des concentrations de PCDD/F basses. Par contre, les systèmes d'incinération qui brûlent des déchets dangereux ou des ordures ménagères, ces derniers pouvant avoir un contenu en chlore beaucoup plus élevé, présentent souvent une concentration plus importante de PCDD/F. Ces observations ont conduit à émettre l'hypothèse que les concentrations de PCDD/F sont déterminées par le contenu en chlore du matériel d'alimentation. Certains organismes législatifs, groupes d'intérêt public et personnalités isolées ont aussi avancé la proposition d'imposer des restrictions sur l'introduction de composés chimiques contenant du chlore dans les incinérateurs.

Avant cependant d'élaborer une normative à ce sujet, il est conseillé d'examiner les données disponibles afin de déterminer si le rapport supposé peut être confirmé par des expériences menées sur le terrain.


Buts

L'objectif de cette étude est celui d'utiliser les données expérimentales et les informations disponibles pour étudier l'effet que le contenu en chlore des déchets introduits dans les unités de combustion --et particulièrement des composants tels que PVC, matières plastiques mixtes et sels-- a sur les concentrations de PCDD/F présentes dans les produits gazeux de la combustion.

Le but de la recherche n'est pas celui de:

- élaborer les facteurs d'émission;
- évaluer les prestations des systèmes de contrôle;
- générer de nouvelles données;
- déterminer les rapports entre PCDD/F et chlore dans les effluents ou dans les résidus solides;
- considérer l'élimination des PCDD/F liés aux poudres dans les installations de contrôle des émissions; ni d'évaluer d'autres études menées dans la matière, si ce n'est pour s'assurer d'avoir des données correctes et pertinentes.

L'étude s'est concentrée de façon volontaire sur les informations relatives aux installations à échelle grandeur nature. On a recueilli et analysé les données disponibles provenant d'incinérateurs alimentés par des déchets ménagers,hospitaliers, dangereux et de "biomasse" (déchets agricoles, végétaux et résidus du bois). Il n'appartenait pas à cette recherche d'obtenir de nouvelles données de nouvelles expérimentations.

On a cependant passé également en revue les données provenant de test à échelle expérimentale, de laboratoire et pilote pour vérifier si elles pouvaient aider à la compréhension de l'évolution relevée au niveau des structures à échelle grandeur nature. On n'a pas cherché à regarder tous les résultats des tests de caractère expérimental, de laboratoire et pilote publiés dans toutes les études théoriques en la matière. On a au contraire recouru aux travaux originaux, en se référant aux ouvrages les plus fréquemment cités. On a pris en considération dans cette étude les seuls phénomènes pouvant être étudiés en utilisant les données disponibles. La recherche présente donc les mêmes limites que les études existantes (manque de données sur la chimie des catalyseurs des cendres (cuivre et fer), absence de bilan de masse, données incomplètes, etc..)

A l'Appendice C est donnée la liste complète des données standardisées. On encourage l'utilisation de ces données par les autres chercheurs pour que des analyses complémentaires soient menées.


Organisation

Les données ont été recueillies en ayant recourt à des sources internes, des rapports originaux sur des tests et à des abrégés parus dans la littérature. Les valeurs concernant PCDD/F et chlore et toutes les informations nécessaires sur les procédés adoptés ont été insérées dans une banque de données qui comprend: Incinérateurs d'ordures ménagères [IOM], Incinérateurs de Déchets Hospitaliers [IDH], Incinérateurs de Déchets Dangereux [IDD], Brûleurs alimentés par des déchets [BSC], Fours à Ciment [FC], chambres de combustion de Biomasse [BMC] et chambres de combustion à échelle de laboratoire, expérimentale et pilote [LBP].

On a vérifié la transcription correcte de toutes les informations insérées dans la banque de données et on a signalé toutes les erreurs concernant des données insuffisantes et des cas statistiquement isolés. Les données ont été standardisées selon les modalités de référence USEPA (c'est-à-dire 20 °C, 1 atm, 7% 02, sec) et exprimées en unités habituelles (ppmdv, mg/dsm3, ng/dsm3, ecc.). Aux fins de l'analyse statistique, les concentrations de PCDD/F ont été exprimées en moles plutôt qu'en nanogrammes (masse), comme cela est demandé pour l'équilibre chimique et la cinétique. Pour les mêmes raisons, on a utilisé pour les calculs les logarithmes des valeurs des émissions et des concentrations en chlore, afin de réduire au minimum les effets statistiques défavorables de non-normalité des données.

Deux hypothèses objectives ont été examinées pour aborder la question centrale de l'étude (c'est-à-dire quel est le rapport entre chlore et concentrations de PCDD/F à l'état gazeux à la sortie des incinérateurs?). Ce sont les suivantes:

La répartition des congénères et des homologues (empreintes) des PCDD/F varie-t-elle à l'intérieur d'un type de source avec la variation de la quantité de chlore présente ?

et

La quantité de PCDD/F dans les produits gazeux varie-t-elle avec la variation du contenu en chlore du matériel d'alimentation ?

Si la réponse à ces deux questions toutes les deux vérifiables est non, alors on ne peut parler d'aucun rapport démontrable entre les concentrations de PCDD/F dans les gaz de sortie et le contenu en chlore dans le flux d'alimentation.

Les analyses statistiques nécessaires pour répondre de façon objective aux questions précédentes ont été effectuées en premier lieu au niveau d'installations isolées et par la suite pour des groupes de structures semblables. Dans toutes les analyses, on a le plus possible cherché à contrôler les éventuelles variables de dérangement (par exemple point de mesure, température du produit gazeux, variations expérimentales volontaires, addition de sel plutôt que d'organochloré, caractéristiques techniques différentes, etc...).

Pour examiner les empreintes des PDD/F on a adopté des analyses en grappe (Cluster Analysis). Les empreintes ont été considérées différentes lorsque le coefficient du groupe était supérieur à celui explicable par les erreurs et le degré d'incertitude propre de la méthode de mesure et des analyses des PCDD/F avec un intervalle de confiance de 95%.

On a lancé le calcul des variations quantitatives au moyen d'un diagramme des données pour individualiser d'éventuelles tendances présentes. Différentes méthodes ont ensuite été adoptées. Pour individualiser des relations significatives du point de vue statistique, on a eu recours à corrélation canonique, plus petits carrés ordinaires et autocorrélation "lag-one", régression linéaire et analyses des principaux composants [Principal Components Analysis PCA]. En ce qui concerne les paramètres qui pourraient participer aux variations de concentration observées, comme le chlore et la température, ils ont été évalués en utilisant la méthode de l'analyse de la variance [Analysis Of Variance - ANOVA]. Afin de tenir compte des variations d'accroissement dans les paramètres des opérations et des configurations en ANOVA, on a utilisé des variables d'exclusion qui indiquent la présence ou l'absence d'un effet (par exemple addition de plastique PVC ou non). Pour considérer les paramètres continus, comme la température et le contenu en oxygène des produits gazeux, on a utilisé des variables continues. L'importance statistique de chaque coefficient a été le critère utilisé pour déterminer si la variable lui étant liée produisait un effet quantifiable.

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Conclusion

Les données recueillies pour cette étude proviennent des principaux types d'incinérateurs de déchets. Les concentrations de chlore en entrée vont de 0,1 % à plus de 76% (Figure 1), avec des concentrations de HCl à l'état gazeux relevées avant l'APCS de 20 à presque 8.000 ppmdv @ 7% 02 (Figure 2). Cette variabilité extrême des concentrations en chlore et la nature différente des répartitions des congénères PCDD/F rendent préférable de ne pas analyser ces données comme un ensemble complet. Les données ont au contraire été analysées par type d'incinérateur.


Incinérateurs d'ordures ménagères [IOM]

On a utilisé pour cette partie de l'étude les données contenues dans la banque de données relatives à 63 structures IOM. De nombreuses installations ont été soumises à des tests paramétriques sur la formation de PCDD/F. Dans certaines tests ont été ajoutés des matières plastiques mixtes, du PVC et du sel au flux normal d'alimentation afin de déterminer directement le rapport entre concentrations de PCDD/F et chlore De nombreux tests prévoyaient enfin des mesures sur le taux de chlore dans le matériel introduit.

En ce qui concerne les tests avec addition de substances et sans mesure des concentrations de HCl non traitées (c'est-à-dire les données sur l'HCl avant le passage dans les systèmes de contrôle des gaz acides), afin de pouvoir signaler des interventions volontaires dans l'analyse on a utilisé des variables qui représentent des variations progressives de la composition du matériel d'alimentation.

Une comparaison entre les différentes empreintes obtenues dans chaque structure a montré que certains cycles d'essai semblaient différer de la plupart des autres cycles de façon plus marquée par rapport à ce qui peut être expliqué par l'imprécision nominale de la méthode.

De telles différences sont généralement causées par plusieurs valeurs de résultats au dessous de la limite détectable [below detection limit - BDL]. Les autres différences d'empreintes sont dues au contraire à des tests effectués en différents points (par exemple sortie du brûleur, cheminée, etc..). Une fois tenu compte de ces différences il n'y a pas d'éléments faisant penser que les niveaux normaux en conditions de fonctionnement ordinaire ou même des variations notables du matériel d'alimentation, dont des cycles avec un contenu en chlore augmenté ou diminué, soient capables d'entraîner des changements observables dans les empreintes des PCDD/F. Les différences existant entre les empreintes de différentes structures ne sont de plus pas très importantes.

On peut donc conclure que les installations IOM présentent des empreintes identiques et que les variations du contenu en chlore n'influencent pas de façon quantifiable la composition des PCDD/F présents dans les produits gazeux de la combustion de ces structures.

En ce qui concerne la quantité de PCDD/F produite dans les installations IOM, les analyses paramétriques et expérimentales sont particulièrement utiles afin d'examiner les effets de la variation du taux de chlore dans le matériel d'alimentation. Des enquêtes statistiques soignées ont été menées sur chacun des groupes de données relatifs à 18 structures. On a conclu qu'il n'y a aucune relation observable entre les concentrations de PCDD/F relevées en un point déterminé et les variations du contenu en chlore qui se produisent normalement au niveau des IOM ou qui sont provoquées par des ajouts de plastique, de PVC ou du sel. Dans l'expérience de Hörsholm, où ont été augmentés PVC, sel et chaux, les données sont fortement auto-corrélées (c'est-à-dire, le cycle qui précède explique en grande partie le comportement du cycle qui est en cours) et contiennent des éléments statistiques isolés inexplicables, qui ne correspondent pas aux résultats des cycles d'essai répétés. De cette expérience à caractère statistique on ne peut donc pas tirer réellement des conclusions sur le rapport entre addition de PVC ou de sel et concentrations de PCDD/F des gaz de sortie. Une autre étude à échelle grandeur nature, à Würzburg, n'a montré aucune différence entre les concentrations de PCDD/F qui sont normalement observés dans les gaz d'échappement de cette usine de technologie avancée lorsqu'on incinère des OM et celles relevées au moment où le système incinère des OM avec une augmentation de matières plastiques mixtes de 7,5 et de 15%. L'expérimentation de Pittsfield donne un exemple inverse du rapport global entre PVC et concentrations de PCDD/F dans les gaz d'échappement. La combustion de matériau ne contenant pas de PVC a généré le même type et la même quantité de PCDD/F dans les produits de combustion relevés en des points spécifiques, par rapport à la combustion de déchets normaux et de déchets avec une augmentation du contenu en PVC, en ayant déjà vérifié la présence éventuelle d'autres différences opérationnelles volontaires. Une analyse générale de l'ensemble de la banque de données sur les IOM, une fois éliminé les facteurs de dérangement, a confirmé elle aussi qu'il n'est pas possible de trouver une relation statistiquement notable entre introduction de chlore et PCDD/F dans les gaz de combustion.

En dernière analyse, d'après ce qu'on peut observer, les concentrations de PCDD/F des produits gazeux des structures IOM ne sont influencées ni par les variations du contenu en chlore qui se produisent normalement, ni par des augmentations et des diminutions du contenu en chlore du matériel d'alimentation induites par la correction du contenu en matières plastiques mixtes des OM ou par l'addition de PVC et sel.

Puisqu'on a relevé un nombre extrêmement réduit de variations dans les PCDD/F des gaz de sortie ou de leur composition ou quantité, on peut conclure qu'il n'existe aucun rapport observable et constant entre le chlore présent dans le matériel d'alimentation et les concentrations de PCDD/F dans les produits gazeux des structures IOM.


Incinérateurs de Déchets Hospitaliers [IDH]

Les empreintes utilisées pour comparer les compositions ont été presque toujours les mêmes dans les différentes points de mesure à l'intérieur des 31 structures IDH comprises dans la banque de données. Les empreintes en amont et en aval des appareillages de contrôle de la pollution atmosphérique se sont montrées parfois différentes mais ces variations ne sont cependant pas reconductibles au contenu en chlore.

On n'a relevé aucune relation observable entre contenu en chlore du matériel d'alimentation et les concentrations de PCDD/F dans les produits gazeux des incinérateurs IDH. En combinant les différentes données relatives à tous les IDH compris dans la banque de données, il y a un rapport négatif statistiquement significatif entre contenu en chlore mesurable en fonction des niveaux de HCl et le logarithme des concentrations de PCDD/F en moles ; c'est-à-dire que, si cette relation est vraie, une augmentation du chlore dans le matériel d'alimentation des IDH ferait diminuer les concentrations en PCDD/F. Ce rapport négatif est probablement du à un effet artificiel des données et non à des éléments réels, parce les théories actuelles sur la formation de PCDD/F ne donnent pas d'explication scientifiquement soutenable de ce phénomène.

A partir des analyses citées, on ne relève aucune relation statistiquement notable entre la composition ou la quantité des concentrations de PCDD/F dans les gaz émis par les IDH et la quantité de chlore présente dans les déchets à l'entrée.


Incinérateurs de Déchets Dangereux [IDD]

Les empreintes complètes de la dioxine sont essentiellement les mêmes pour tous les incinérateurs de déchets dangereux [IDD], indépendamment de leur caractéristiques techniques, du système de contrôle de la pollution atmosphérique ou de la concentration en chlore dans le matériel d'alimentation. Certaines empreintes se sont cependant montrées différentes. Les différences d'empreintes observées sont en grande partie attribuables à plusieurs sortes de congénères avec des valeurs en dessous de la limite de mesure. L'analyse en grappe ne fait émerger aucun rapport entre chlore et disposition des empreintes.

Pour montrer le rapport entre les concentrations totales de PCDD/F en moles dans les gaz de sortie et le pourcentage de chlore dans le matériel d'alimentation, on a utilisé des diagrammes à nuage de points. On a retrouvé un rapport variable, sur 28 unités avec des informations caractérisées par des données simultanées sur PCCD/F et chlore, 18 n'ont montré aucune corrélation statistiquement significative Dans cinq cas, on a eu une augmentation des concentrations de PCDD/F face à une augmentation du chlore dans le matériel d'alimentation alors que dans cinq autres cas on a au contraire assisté à une diminution.

Les empreintes relatives aux brûleurs alimentés avec des déchets [BSC] pour les cinq unités présentes dans la banque de données ont été considérées installation par installation. Puisque ces brûleurs vont de chaudières autonomes modifiées et prêtes pour l'emploi alimentées seulement avec des déchets à des brûleurs au charbon pulvérisé alimentés avec 10% de déchets liquides comme combustible supplémentaire, la différence est probablement due aux caractéristiques techniques de la structure de combustion. Un diagramme à nuage de points du logarithme des concentrations de PCDD/F en mole en fonction du pourcentage de chlore dans le matériel d'alimentation montre une diminution statistiquement notable des concentrations de PCDD/F dans les gaz de sortie, avec une augmentation du contenu en chlore. Lorsque l'on a à l'esprit les différentes caractéristiques techniques des brûleurs, on présume qu'il s'agit d'un effet artificiel des données parce qu'il n'existe actuellement aucune théorie sur la formation des PCDD/F en mesure d'expliquer ce type de comportement.

En ce qui concerne les fours à ciment [FC] on n'a relevé aucun type de relation entre la quantité de chlore introduit par tonne de déchet (clinker) produite et les concentrations de PCDD/F. Les empreintes relatives aux différents processus de production du ciment sont séparées par un coefficient de distance supérieure à celui que l'on peut expliquer par l'imprécision de la méthode. Il y a par contre aussi des différences entre les différents types de four (ex.:long et humide, long et sec, préchauffage, préchauffage/précalcinateur). Les concentrations de PCDD/F à l'état gazeux n'ont en général pas montré de relations significatives avec le chlore présent dans les déchets introduits. La seule structure où l'on a enregistré un effet statistiquement notable présentait une réduction des concentrations de PCDD/F contemporaine d'une augmentation du chlore introduit. Il s'agit très probablement d'un effet artificiel des données et non d'un phénomène réel.

Les IRP n'ont généralement montré aucune relation entre concentrations de PCDD/F dans les gaz de sortie et le chlore, mais dans certaines structures déterminées, on a assisté à une augmentation ou à une diminution contemporaines d'une plus grande quantité de chlore dans le matériel d'alimentation. Les BCS montrent une diminution des concentrations de PCDD/F dans les gaz de sortie avec une augmentation du chlore introduit, et cela pourrait être dû à différentes caractéristiques techniques des brûleurs plutôt qu'à un phénomène réel. Pour ce qui concerne les FC, ou bien on n'a relevé aucune relation ou bien on a obtenu une diminution des concentrations de PCDD/F dans les gaz de sortie en correspondance d'un contenu en chlore plus élevé dans les déchets introduits.


Chambres de Combustion de Biomasse [CBM]

Les données relatives aux chambres de combustion de biomasse recueillies dans la banque de données montrent que ni la composition, ni la concentration des PCDD/F sont de quelque manière liées au contenu en chlore du matériel d'alimentation, d'après ce qui a été relevé dans chacune des sept unités situées dans cinq structures qui disposent d'informations simultanées sur les caractéristiques des PCDD/F et du chlore. Même dans les cas où on a délibérément ajouté du Pentachlorophénol [PCP], comme à Northwood, dans les B.C. seuls deux homologues des PCDD/F ont été générés à des niveaux observables et seulement avec les quantités maximales de substance ajoutée. A Elk Falls, on a augmenté le contenu en chlore de déchets de bois chargés de sel, en y ajoutant des boues de pâte à papier avec un taux de chlore encore plus élevé: c'est cependant une réduction des concentrations de PCDD/F qui s'est révélée. Les données relatives aux trois autres BMC incluses dans la banque de données montrent des concentrations analogues de PCDD/F à l'état gazeux, mais le contenu en chlore du matériel de biomasse introduit n'a cependant pas été calculé et les valeurs concomitantes de HCl ne sont pas disponibles ; on ne peut donc pas tirer de conclusions sur cet ensemble de tests sur le rapport potentiel entre concentrations de PCDD/F et chlore.

Les essais effectués dans des structures BMC avec addition de chlore indiquent qu'un contenu plus important de cette substance dans le matériel d'alimentation n'influence d'aucune façon les concentrations de PCDD/F dans les gaz de sortie de chaque unité ; dans un cas cependant, on a obtenu une diminution lorsque à la place de copeaux de bois chargés de sel on a introduit des boues de pâte à papier à contenu plus élevé en chlore.


Chambre de combustion à échelle pilote, expérimentale et de laboratoire [LBP]

Les unités à échelle pilote, expérimentale et de laboratoire ont fait relever des tendances observables entre concentrations collatérales de PCDD/F à l'état gazeux et taux de chlore dans le matériel d'alimentation. Lors de tests sur la combustion menés en laboratoire, on a découvert que la formation de PCDD/F n'est pas, semble-t-il. liée à la concentration de HCl, mais que la concentration en Cl2 en provoque une augmentation, une fois dépassé un seuil qui est environ cinq fois supérieur par rapport aux valeurs de Cl2 normalement relevées au niveau des structures IOM. Des résultats de test à échelle expérimentale sur la combustion avec une couche inférieure fluidifiée indiquent aussi qu'il pourrait exister un seuil nécessaire pour que la concentration de chlore commence à produire des effets. On a de plus relevé des éléments confirmant le fait que la formation de PCDD/F est influencée par la température. Un test à échelle pilote dans une structure IOM a mis en évidence que les effets du chlore ne sont probablement pas observables tant que les concentrations de chlore ne sont pas largement supérieures aux niveaux normalement présents dans les déchets solides urbains.

Les tests LBP sont utiles pour des études de mécanisme mais ne reflètent pas nécessairement ce qui se produit dans les structures grandeur nature. Les unités LBP ne sont pas capables de reproduire de façon contemporaine les facteurs qui agissent dans les structures grandeur nature: dynamique des fluides, time-histories de la température et caractéristiques physiques du matériel d'alimentation (par exemple le matériel doit être calibré et souvent réduit en pellets pour être utilisé dans ces chambres de combustion). Les résultats de LBP doivent être utilisés avec précaution comme guide à l'interprétation des résultats des tests sur des structures grandeur nature. Des essais de confirmation sont nécessaires dans des structures grandeur nature afin de vérifier que n'importe quel phénomène observé ne soit pas un effet illusoire des appareillages LBP.

Même si cette recherche s'est occupée de l'évaluation du rapport entre concentrations de PCDD/F dans les flux gazeux et concentration de chlore dans le matériel d'alimentation, elle n'a pas traité de la question du rapport éventuel entre chlore et concentrations de PCDD/F dans les effluents liquides (par exemple restes d'eaux d'extinction, écoulements des tours de lavage, etc...) ou dans les résidus solides qui sortent des structures, en raison de la mauvaise disponibilité de données correctes.

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INDICATIONS

L'Appendice C et le corps principal de cette étude contiennent une somme d'informations considérable qui peuvent être utilisées pour tirer d'autres arguments concernant la formation de PCDD/F et les prestations des systèmes de contrôle APCS. On encourage vivement d'autres chercheurs à utiliser ce travail comme point de départ pour réfléchir sur ces questions.

Si d'autres essais expérimentaux sont effectués dans le futur, ils devront être conçus avec un temps de stabilisation suffisant entre les conditions des différents tests afin de réduire au minimum les effets de mémoire entre un cycle et l'autre, observés par de nombreux chercheurs. Il faudrait au moins laisser passer la même période de temps entre la variation des conditions et le début des cycles expérimentaux, afin de faciliter un traitement statistique de ce problème pour le moins rudimentaire. Dans les rapports finaux sur les tests il faudrait toujours inclure une description complète des conditions de fonctionnement réelles, de façon à ce que les résultats conservent leur utilité une fois que de nouvelles connaissances aient été développées et d'autres théories aient été expérimentées. Une définition simultanée de tous les flux solides, liquides et gazeux en sortie, enfin, peut rendre possibles des bilans de masse qui permettent de quantifier les erreurs expérimentales et de distinguer entre élimination des PCDD/F (inhibition de la formation) et passage d'un moyen à l'autre.


American Society of Mechanical Engineers, décembre 1995

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Cette page a été créée le 2 novembre 1996.
Dernière révision: 19 mars 1998.

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