BE1024596A1

BE1024596A1 - Système et procédé pour l’assainissement d’un sol contaminé

Info

Publication number: BE1024596A1
Application number: BE20165716A
Authority: BE
Inventors: Jan Haemers; Hatem Saadaoui
Original assignee: Soil Res Lab Sprl
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2018-04-17
Also published as: BE1024596B1

Abstract

Le système comprend au moins un élément chauffant destiné à être inséré dans le sol, ledit élément chauffant comprend un tube externe non perforé ayant une extrémité ouverte et une extrémité fermée et un tube interne non perforée ayant les deux extrémités ouvertes, le tube interne est insérée dans le tube externe formant ainsi un espace interne entre les deux tubes, les extrémités ouvertes des tubes sont connectable à une source de chaleur pour chauffer le sol; au moins un tube vapeur perforé et connectable à un moyen ; un boitier comprenant la source de ; au moins un moyen de mesure de la température du sol, le dit moyen est inséré dans le sol contaminé ; au moins un ; au moins un moyen de mesure de la pression du sol inséré dans le sol contaminé et au moins un moyen de mesure de la pression du sol connectable au tube vapeur.

Description

(30) Données de priorité :

(71) Demandeur(s) :

SOIL RESEARCH LAB SPRL 1410, WATERLOO Belgique (72) Inventeur(s) :

HAEMERS Jan 1000 BRUXELLES Belgique

SAADAOUI Hatem 1190 BRUXELLES Belgique (54) Système et procédé pour l’assainissement d’un sol contaminé (57) Le système comprend au moins un élément chauffant destiné à être inséré dans le sol, ledit élément chauffant comprend un tube externe non perforé ayant une extrémité ouverte et une extrémité fermée et un tube interne non perforée ayant les deux extrémités ouvertes, le tube interne est insérée dans le tube externe formant ainsi un espace interne entre les deux tubes, les extrémités ouvertes des tubes sont connectable à une source de chaleur pour chauffer le sol; au moins un tube vapeur perforé et connectable à un moyen ; un boitier comprenant la source de ; au moins un moyen de mesure de la température du sol, le dit moyen est inséré dans le sol contaminé ; au moins un ; au moins un moyen de mesure de la pression du sol inséré dans le sol contaminé et au moins un moyen de mesure de la pression du sol connectable au tube vapeur.

igure 1

BE2016/5716

Système et procédé pour l'assainissement d'un sol contaminé

La présente invention concerne un système et une méthode pour l'assainissement d'un sol contaminé. L'invention peut être utilisée pour le traitement des sols, des nappes aquifères, des nappes phréatiques et de tout matériau contaminé.

Art antérieur

La contamination des matériaux poreux tel que les sols est un sujet de grande préoccupation. Les sols peuvent être contaminés par des contaminants chimiques, biologiques et/ou radioactifs. La décontamination de ces sols est un essentiel pour préserver l'environnement et la santé publique.

Les sols peuvent êtres décontaminés par désorption thermique qui consiste en la dégradation des contaminants par l'effet de l'augmentation de la température du sol à traiter. La désorption thermique est applicable in-situ par l'injection de chaleur dans les sols ou ex-situ et donc sur des sols excavés. La désorption thermique permet d'extraire les contaminants volatiles et semi-volatiles.

Les systèmes et procédés in-situ de décontamination des sols par injection de vapeur ont été décrits dans l'art antérieur. Ces systèmes et procédés utilisent des grandes quantités d’énergie pour le processus de chauffage. Une partie importante de cette énergie est perdue pour le transport de vapeur vers ou depuis le sol. D’un point de vue énergétique, ces procédés sont coûteux et non respectueux de l’environnement. En plus, l'installation de ces systèmes est compliquée due à l'utilisation d'éléments, par exemple tuyaux et tubes, assez grand, volumineux et conçus pour des pressions et des températures élevées. Le processus de décontamination utilisant les systèmes de l'art antérieur est assez long et très coûteux.

Autre inconvénient des systèmes existants est qu'ils sont dépourvus de moyens permettant de suivre l'évolution du procédé d'assainissement en temps réel.

Il y ainsi besoin de réduire la perte d'énergie, le temps et le coût du procédé d'assainissement des sols. Il y a aussi besoin d'une système et méthode permettant le suivi en temps réel du processus d'assainissement. La présente invention vise à fournir une solution à au moins l’un des problèmes mentionnés ci-dessus.

Résumé de l'invention

Dans un premier aspect, la présente invention fournit un système d’assainissement d’un sol comprenant des contaminants. Le système comprend :

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- au moins un élément chauffant destiné à être inséré dans le sol, ledit élément chauffant comprend un tube externe non perforé ayant une extrémité ouverte et une extrémité fermée et un tube interne non perforée ayant les deux extrémités ouvertes, le tube interne est insérée dans le tube externe formant ainsi un espace interne entre les deux tubes, les extrémités ouvertes des tubes et l'espace interne sont connectable à une source de chaleur pour chauffer le sol transformant ainsi les contaminant présent dans le sol en vapeur de contaminants,

- au moins un élément de masse métallique insérable dans l'espace annulaire formé entre les tubes externe et interne relié à une des extrémités des tubes par une tige dont la hauteur peut être réglée

- au moins un tube vapeur perforé et connectable à un moyen d'aspiration pour l'extraction de la vapeur de contaminants en dehors du sol, le diamètre du tube vapeur est compris entre 25mm et 60mm,

- au moins une chambre de combustion constituée de deux cylindres concentriques, dont le cylindre intérieur est composé de matériau réfractaire, constituant ainsi une partie annulaire au travers de laquelle de l'air secondaire est introduit au moyen d'une entrée d'air séparée, afin de refroidir l'extérieur de ladite chambre de combustion et d'apporter de l'air de combustion supplémentaire pour oxyder les polluants gazeux introduits dans ladite chambre de combustion par l'entrée,

- au moins un boîtier régulant la source de chaleur, ledit boîtier est connectable à l'extrémité de l'élément chauffant, dans le prolongement direct de la chambre de combustion,

- au moins un moyen de mesure de la température du sol, le dit moyen est inséré dans le sol contaminé,

- au moins un moyen de mesure de la masse métallique insérable dans l'espace annulaire

- au moins un moyen de mesure de la température des fluides de combustion de l'élément chauffant, le dit moyen est connectable à l'élément chauffant,

- au moins un boîtier de chauffage connecté à l'extrémité de la chambre de combustion est régulé en fonction des températures mesurées par les trois éléments décrits ci-dessus

- au moins un moyen de mesure de la pression du sol inséré dans le sol contaminé, - au moins un moyen de mesure de la pression du sol connectable au tube vapeur, et

- au moins un système d'injection de liquide dans le tube perforé, destiné à vaporiser un liquide injecté dans ledit tube.

Dans un deuxième aspect, l'invention fournit une méthode d’assainissement d’un sol comprenant des contaminants. La méthode comprend les étapes suivantes :

a) introduire dans le sol contaminé au moins trois élément chauffant tel que décrit ci-dessus pour fournir de la chaleur au sol, lesdits éléments chauffants ont introduit de façon à créer un triangle équilatéral et tel que les extrémités ouvertes des tubes desdits éléments chauffants sont à la surface du sol,

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b) connecter chaque élément chauffant à un boitier tel que décrit tel que décrit ci-dessus, ou

c) connecter deux ou trois éléments à un boitier tel que décrit tel que décrit ci-dessus,

d) introduire dans le sol à proximité de chaque élément chauffant au moins un tube vapeur tel que décrit tel que décrit ci-dessus pour l'extraction de la vapeur de contaminants,

e) connecter le tube vapeur à au moins un moyen d'aspiration,

f) introduire dans le sol au centre du triangle équilatéral formé par les éléments chauffant au moins un moyen de mesure de la température du sol pour suivre l'évolution de la température du sol,

g) augmenter la température de l'élément chauffant au moins à 400°C,

h) maintenir la température de l'élément chauffant à 400°C ou plus pendant plusieurs 7 à 20 jours pour évaporer l'eau contenu dans le sol contaminé et provoquer la vaporisation des contaminants du sol et l’obtention d’une vapeur de contaminants,

i) extraire la vapeur de contaminants du sol via le tube vapeur en activant le moyen d'aspiration.

L'invention est décrite dans ce qui suit en référence à un sol comme exemple. Le système et le procédé de l'invention ne sont pas limités au traitement des sols et peuvent être utilisés pour traiter tout autre matériel poreux et/ou nappe aquifère.

Le système et la méthode de l'invention présentent plusieurs avantages parmi lesquels on peut citer : faibles pertes thermiques vers l'extérieur, le système est dépourvu de circuits aériens résistant à haute pression et à haute température, meilleur ajustement du temps de traitement grâce à un contrôle aisé des paramètres de fonctionnement, installation à faible coût et installation flexible.

Brève description des figures

Figure 1 représente le brûleur selon un mode de réalisation de l'invention.

Figure 2 représente une coupe longitudinale du brûleur.

Figure 3 représente une vue en perspective du système selon un mode de réalisation de l'invention.

Figure 4 représente une vue en coupe du système selon un mode de réalisation de l'invention.

Description des modes de réalisation exemplaires

L’invention concerne un système et une méthode d'assainissement d'un sol contaminé par traitement thermique.

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Le mot « environ » tel que utilisée ici fait référence à une valeur mesurable comme un paramètre, une quantité, un intervalle de temps. Le mot « environ » couvre les variations de +/-25% ou moins, de préférence +/-10% ou moins, plus de préférence +/-5% ou moins, encore plus de préférence +/-1% ou moins, et encore plus de préférence +/-0.1% ou moins de et à partir de la valeur spécifiée, dans la mesure où de telles variations sont appropriées pour réaliser l'invention décrite. Toutefois, il est bien entendu que la valeur à laquelle le mot «environ» fait référence est lui-même également spécifiquement décrit.

Document de l'art antérieur US 2006/112627 Al divulgue un système, un procédé et des dispositifs pour assainir le sol d'une zone de terre. Les appareils sont partiellement insérés dans le sol dans la zone. Les dispositifs ont des trous d'évent couplant fluidiquement chaque dispositif au sol. Un fluide chaud circule à travers les dispositifs pour chauffer le sol dans la zone à une température suffisante pour provoquer une transformation dans le sol. La transformation peut transformer un contaminant environnemental dans le sol de sorte qu'un gaz est généré à partir de la transformation, et le gaz est aspiré du sol dans les dispositifs via les trous de ventilation et hors des dispositifs loin du sol.

L'invention permet le traitement thermique des sols, des nappes aquifères et de tout matériau contaminé par des composés volatils et semi volatils ayant un point d'ébullition à pression atmosphérique < à 550°C. Comparés à ceux décrit dans l'art antérieur, le procédé et le système de l'invention sont efficaces, simples et facile à mettre en œuvre, possèdent un coût d'installation faible, un rendement énergétique élevé et un traitement rapide.

- au moins une chambre de combustion (Figures 1 et 2) constituée de deux cylindres concentriques, un cylindre externe [1] pourvue d'au moins deux entrées d'air [3] et [4] et un cylindre interne [2], ledit cylindre intérieur [2] est composé de matériau réfractaire,

BE2016/5716 constituant ainsi une partie annulaire au travers de laquelle de l'air secondaire est introduit au moyen d'une entrée d'air séparée [3], afin de refroidir l'extérieur de ladite chambre de combustion et d'apporter de l'air de combustion supplémentaire pour oxyder les polluants gazeux introduits dans ladite chambre de combustion par l'entrée [4],

- au moins un boitier régulant la source de chaleur, ledit boitier est connectable à l'extrémité de l'élément chauffant, dans le prolongement direct de la chambre de combustion

- au moins un boitier de chauffage connecté à l'extrémité de la chambre de combustion est régulé en fonction des températures mesurées par les trois éléments décrits ci-dessus

Dans un mode de réalisation préféré, plusieurs éléments de chauffage et/ou tubes vapeur sont introduits dans le sol à traiter. Les éléments chauffants sont de préférence introduits de façon à former des triangles équilatéraux. La distance entre deux éléments de chauffage entre 1.5m à 4m, de préférence de 2m à 3m.

Les parois du tube externe de l'élément chauffant sont thermo-conducteurs. De préférence, le tube interne et le tube externe sont en acier inoxydable. Dans un mode de réalisation préféré, les tubes de chauffage sont connectés à au moins une source de chaleur, de préférence un brûleur 1. Un brûleur peut être connecté à au moins un élément chauffant. Le brûleur est plaçable à l'extérieur du sol. Les dimensions du brûleur peuvent être environ 500mm pour la hauteur, 400mm pour la largeur et 250mm pour l'épaisseur. Le poids brûleur ne dépasse pas les 30 kg. Le brûleur est ainsi non encombrant et facilement transportable.

Dans un mode de réalisation préféré, chaque élément chauffant comprend au moins un accumulateur de chaleur. L'accumulateur de chaleur peut être une masse supplémentaire qui permet d'emmagasiner la chaleur provenant du brûleur. L'accumulateur de chaleur peut être en métal ou en céramique ou tout autre matériau capable de stocker la chaleur et ayant une conductivité thermique supérieure ou égale à 5W/mK. Ceci permet de maintenir une température constante des parois de l'élément chauffant tout en économisant de l'énergie sur le brûleur.

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Pour l'extraction et la collecte des vapeurs de contaminants, une dépression élevée est appliquée dans le sol à travers le tube vapeur. La dépression est d'au moins -0.01 bars, de préférence proche du vide absolu. La dépression est de préférence appliquée en utilisant un extracteur haut pression placée en aval du circuit d'extraction ou tout autre moyen connu par l'homme de l'art.

De préférence, l'épaisseur minimale du tube externe est de 3mm et l'épaisseur minimale du tube interne est de 0.5mm. L'épaisseur du tube vapeur est comprise entre 2 et 3mm. De préférence, les tubes de l'élément chauffant et le tube vapeur sont de longueurs identiques.

Optionnellement, un matériel étanche est appliqué sur la surface du sol à traiter. Ledit matériel peut contenir du sable fin, du béton, un mélange de sable fin et de béton ou tout autre matériel connu par l'homme du métier. Le matériel étanche est appliqué en couche et permet d'éviter l'échappement de la vapeur créée vers l'extérieur du sol. L'épaisseur de la couche de matériel étanche est d'au moins 40 cm, de préférence au moins 50 cm, encore de préférence au moins 60 cm et de maximum 100 cm, de préférence maximum 80 cm, encore de préférence maximum 70 cm ou toute autre valeurs compris entre ceux mentionnées précédemment.

Des préférences, les vapeurs extraites à travers le tube vapeur sont circulé à travers un module d'extraction équipé d'un échangeur de chaleur/condenseur, d'un séparateur gaz/liquide, d'une pompe de récupération des liquides commandée par des sondes de niveau et d'un extracteur haute pression. Après refroidissement dans l'échangeur de chaleur/condenseur, les vapeurs provenant du sol et/ou les gaz non condensés sont envoyés directement dans le brûleur pour être oxydés en produits moins nocifs ou dirigés vers une sortie du brûleur pour un traitement externe.

Les différents moyens de mesure de pression et de température permettent de contrôler, suivre et doser l'injection de chaleur dans le sol de sorte à optimiser le traitement. Lesdits moyens de mesure sont connectés à des interfaces d'acquisition de données qui permettent d'enregistrer en continu la mesure de température à des points stratégiques. Lesdits points stratégiques, aussi appelés points froids, sont situés au centre du triangle formé par les trois éléments chauffants. La mesure de température aux points stratégiques permet de se rendre compte de l'avancée du processus d'assainissement. Les moyens de mesure de température sont des thermocouples et les moyen de mesure de pression sont des capteurs de pression différentielle.

a) introduire dans le sol contaminé au moins trois élément chauffant tel que décrit ci-dessus pour fournir de la chaleur au sol, lesdits éléments chauffants ont introduit de façon à créer

BE2016/5716 un triangle équilatéral et tel que les extrémités ouvertes des tubes desdits éléments chauffants sont à la surface du sol,

b) connecter chaque élément chauffant à un boîtier tel que décrit tel que décrit ci-dessus, ou

c) connecter deux ou trois éléments à un boîtier tel que décrit tel que décrit ci-dessus,

e) connecter le tube vapeur à au moins un moyen d'aspiration,

g) augmenter la température de l'élément chauffant au moins à 400°C,

Différent moyens de mesure sont utilisés pour suivre le fonctionnement du traitement. Des moyens de mesure de pression et des moyens de mesure de température sont placés à différents endroits dans les tubes vapeurs et/ou les éléments chauffants et/ou dans le sol à traiter. L'analyse de la vapeur collectée à la sortie d'un tube vapeur au cours du traitement permet de suivre l'évolution du traitement. Lorsque la concentration des contaminants chute considérablement et/ou est absente dans les vapeurs et les liquides récupérés, le traitement peut être considéré comme terminé dans la zone du puits en question.

La température du sol est mesurée répétitivement une fois à la fin d'un laps de temps T à compter de l'étape f) et jusqu'à la fin du processus, ledit laps de temps T est d'au moins 10 min.

La pression du sol est mesurée pour évaluer le fonctionnement du moyen d'aspiration, ladite pression est mesurée par un moyen de mesure de pression connecté au sol. La pression du sol est mesurée répétitivement une fois à la fin d'un laps de temps T' à compter à partir de l'étape h) et jusqu'à la fin du processus, ledit laps de temps T' est d'au moins 10 min.

L'action de fournir la chaleur à l'élément chauffant et/ou l'extraction de vapeur de contaminant peut être effectuée de façon continue ou de façon discontinue. La température de chauffage est comprise entre 200 et 550°C, de préférence entre 250 et 500°C, encore de préférence entre 300 et 400°C.

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Pour arrêter le traitement, la chaleur n'est plus fournit dans l'élément chauffant. Après l'arrêt du chauffage, l'aspiration par le puits d'extraction peut être interrompue ou peut être maintenue.

Le mode de réalisation décrit dans ce qui précède et illustré dans les figures jointes est un exemple donné à titre illustratif et l'invention n'est nullement limitée à cet exemple. Toute modification, toute variante et tout agencement équivalent doivent être considérés comme compris dans le cadre de l'invention.

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Claims

Revendications

1. Système d'assainissement d'un sol comprenant des contaminants, ledit système comprend au moins un élément chauffant destiné à être inséré dans le sol, ledit élément chauffant comprend un tube externe non perforé ayant une extrémité ouverte et une extrémité fermée et un tube interne non perforée ayant les deux extrémités ouvertes, le tube interne est insérée dans le tube externe formant ainsi un espace interne entre les deux tubes, les extrémités ouvertes des tubes et l'espace interne sont connectable à une source de chaleur pour chauffer le sol transformant ainsi les contaminant présent dans le sol en vapeur de contaminants, et au moins un tube vapeur perforé et connectable à un moyen d'aspiration pour l'extraction de la vapeur de contaminants en dehors du sol, le diamètre du tube vapeur est compris entre 25mm et 60mm, caractérisé en ce que ledit système comprend :

- au moins un élément de masse métallique insérable dans l'espace annulaire formé entre les tubes externe et interne relié à une des extrémités des tubes par une tige dont la hauteur peut être réglée

- au moins une chambre de combustion constituée de deux cylindres concentriques, un cylindre externe [1] pourvue d'au moins deux entrées d'air [3] et [4] et un cylindre interne [2], ledit cylindre intérieur [2] est composé de matériau réfractaire, constituant ainsi une partie annulaire au travers de laquelle de l'air secondaire est introduit au moyen d'une entrée d'air séparée [3], afin de refroidir l'extérieur de ladite chambre de combustion et d'apporter de l'air de combustion supplémentaire pour oxyder les polluants gazeux introduits dans ladie chambre de combustion par l'entrée [4],

- au moins un boîtier régulant la source de chaleur, ledit boîtier est connectable à l'extrémité de l'élément chauffant, dans le prolongement direct de la chambre de combustion

- au moins un moyen de mesure de la température du sol, le dit moyen est inséré dans le sol contaminé,

- au moins un moyen de mesure de la masse métallique insérable dans l'espace annulaire

- au moins un moyen de mesure de la température des fluides de combustion de l'élément chauffant, le dit moyen est connectable à l'élément chauffant,

- au moins un boîtier de chauffage connecté à l'extrémité de la chambre de combustion est régulé en fonction des températures mesurées par les trois éléments décrits ci-dessus

- au moins un moyen de mesure de la pression du sol inséré dans le sol contaminé,

- au moins un moyen de mesure de la pression du sol connectable au tube vapeur, et

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- au moins un système d'injection de liquide dans le tube perforé, destiné à vaporiser un liquide injecté dans ledit tube.
2. Système selon la revendication 1 dans lequel l'épaisseur minimale du tube externe est de 3mm.
3. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'épaisseur minimale du tube interne est de 0.5mm.
4. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'épaisseur du tube vapeur est comprise entre 2 et 3mm.
5. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les tubes de l'élément chauffant et le tube vapeur sont de longueurs identiques.

5. Système selon l'une des revendications précédentes , dans lequel les moyens de mesure de température sont des thermocouples et le moyen de mesure de pression est un capteur de pression différentielle.
7. Méthode d’assainissement d’un sol comprenant des contaminants comprenant les étapes suivantes :

a) introduire dans le sol contaminé au moins trois élément chauffant tel que décrit dans l'une des revendications 1-6 pour fournir de la chaleur au sol, lesdits éléments chauffants ont introduit de façon à créer un triangle équilatéral et tel que les extrémités ouvertes des tubes desdits éléments chauffants sont à la surface du sol,

b) connecter chaque élément chauffant à un boitier tel que décrit dans l'une des revendications 1-6, ou

c) connecter deux ou trois éléments à un boitier tel que décrit dans l'une des revendications 1-6,

d) introduire dans le sol à proximité de chaque élément chauffant au moins un tube vapeur tel que décrit dans l'une des revendications 1-5 pour l’extraction de la vapeur de contaminants,

e) connecter le tube vapeur à au moins un moyen d'aspiration,

f) introduire dans le sol au centre du triangle équilatéral formé par les éléments chauffant au moins un moyen de mesure de la température du sol pour suivre l'évolution de la température du sol,

g) augmenter la température de l'élément chauffant au moins à 400°C,

h) maintenir la température de l'élément chauffant à 400°C ou plus pendant plusieurs 7 à 20 jours pour évaporer l'eau contenu dans le sol contaminé et provoquer la vaporisation des contaminants du sol et l’obtention d’une vapeur de contaminants,

i) extraire la vapeur de contaminants du sol via le tube vapeur en activant le moyen d'aspiration.
8. Méthode d’assainissement selon la revendication 7 dans laquelle la température du sol est mesurée répétitivement une fois à la fin d'un laps de temps T à compter de

BE2016/5716 l'étape f) et jusqu'à la fin du processus, ledit laps de temps T est d'au moins 10 min.
9. Méthode d’assainissement selon une des revendications 7-8 dans laquelle la pression du sol est mesurée pour évaluer le fonctionnement du moyen d'aspiration,

5 ladite pression est mesurée par un moyen de mesure de pression connecté au sol.
10. Méthode d’assainissement selon la revendication 9 dans laquelle la pression du sol est mesurée répétitivement une fois à la fin d'un laps de temps T' à compter à partir de l'étape h) et jusqu'à la fin du processus, ledit laps de temps T' est d'au moins 10 min.

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