Analyse directe par plasma inductif des polluants élémentaires dans les effluents gazeux d'installations industrielles : rôle de la nature du gaz et de l'étalonnage dans la précision et la justesse des mesures

= On-line monitoring of elemental pollutants in Indus trial flue gases by: inductively coupled plasma : effect of gas composition and standardization on Trueness and precision

• Auteur / Autrice : Saida Hassaine
• Direction : Christian Trassy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et techniques du déchet
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : laboratoire de Physique Industrielle - LPI

Mots clés

Mots clés contrôlés

Étalonnage

Dispositifs antipollution

Gaz -- Composition chimique

Résumé

Le contrôle des effluents gazeux d'installations industrielles est un enjeu important du point de vue de l'environnement. En ce qui concerne les métaux lourds, il n'existe à l'heure actuelle aucune méthode ou appareillage permettant d'effectuer ce contrôle en continu. La méthode directe étudiée ici consiste à injecter le gaz à contrôler dans un plasma inductif d'analyse. Les points clefs de cette technique, pour ce qui concerne la précision et la justesse des mesures, réside dans l'étalonnage et dans le contrôle de la composition du gaz. L'étalonnage est réalisé à partir d'un aérosol étalon produit par nébulisation d'une solution étalon. Cet aérosol est ensuite désolvaté puis injecté dans le plasma. Les phénomènes de re-solvatation qui modifient la composition réelle de l'aérosol atteignant le plasma ont été étudiés en détail. Ces phénomènes dépendent de la température, du temps de séjour, de l'élément et de la nature du sel. Des phénomènes de co-entraînement ont été mis en évidence. Un étalonnage précis exige que soient effectués des bilans matière sur le système de nébulisation utilisé. Un nébuliseur commercial a été modifié pour atteindre les performances requises. La composition du gaz échantillon joue également un rôle déterminant. Les gaz à contrôler sont souvent des gaz moléculaires dont les propriétés de transport modifient sensiblement les caractéristiques du plasma. Si la composition du gaz varie en cours de mesure, il en résulte des variations de températures et d'intensité qui conduisent à des résultats erronés. Cette méthode a été mise en œuvre au cours de deux tests sur site dont les résultats sont comparés et analysés : un procédé de vitrification de cendres volantes, fonctionnant à l'air, et une chaufferie industrielle utilisant du charbon. Dans ce dernier cas la composition des gaz de sortie variait continuellement et c'est l'utilisation de conditions opératoires de compromis qui a permis de minimiser les effets de ces variations sur les résultats analytiques.

Arnong the various methods studied in the past few years for continuous monitoring of elemental pollutants in flue gases of industrial processes, ICP-OES seems one of the most promising. One of these techniques is now commercially available and usable in industrial environment. The limits of detection observed are lower than the threshold limit values in the gaseous effluents of incineration and other industrial plants. The main remaining problem concerns the trueness of such techniques. This trueness depends mainly on the calibration technique and on the composition variations of the sample gas during the analyse. - Calibration is carried out by means of a standard aerosol produced using a standard solution, an ultrasonic nebulizer, and a desolvation unit. During desolvation, variable amounts of analyte are lost with the condensed solvent. This phenomenon varies with operating conditions. Therefore, a mass balance is necessary to control the composition of standard aerosol. - Gas composition variations can induce important changes in emission intensities and errors in concentration measurements. A precise control of the water content can reduce the errors when the gas composition is stable. • In addition the gaseous matrix composition has to be controlled and the calibration carried out with a reconstituted gas similar to that in which heavy metals are to be analysed. Another possibility consists on choosing operating conditions not sensitive to possible changes, but altering detection limits. This method has been tested on two industrial processes. The first one was a pilot plant for fly ash vitrification, the second one a coal power plant. These tests allowed us to point out some problems like the effect of gaseous composition.