BE1027833A1 - Systeme de nettoyage de boues et des sols avec recuperation des contaminants - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé et un système de nettoyage d'une boue ou d'un sol contenant des contaminants. Selon la présente invention, lesdits matériaux sont chauffés par conduction thermique sous l'action de tubes chauffants placés dans lesdites boues/ sols à une température et une pression suffisante pour provoquer la vaporisation desdits contaminants. Cette pression est de préférence obtenue en imposant un vide au sol pour ainsi extraire les contaminants du sol contaminé. L'efficacité combinée du flux de chaleur et de vapeur donne une efficacité de balayage de 100%, ne laissant aucune zone non traitée, et une efficacité d'élimination approchant les 100%. La présente invention nécessite moins d'apport d'énergie par rapport aux méthodes traditionnelles car elle permet la récupération des vapeurs contaminées et leur réinjection dans le système de chauffage. Le présent procédé est donc plus efficace d'un point de vue énergétique et entraîne moins de coûts d'exploitation. La température atteinte par le sol est un paramètre important pour l'évaluation du potentiel de nettoyage de la présente méthode, car elle est un facteur déterminant de la décomposition des polluants. Pour cela, la présente invention propose un procédé qui comprend la surveillance de la température dans le sol à différents endroits du système. Le procédé et système décrits ici sont destinés à nettoyer à la fois les contaminants volatils et semi-volatils, en particulier pour les hydrocarbures.

Description

Système de nettoyage des boues et des sols avec récupération des contaminants

DESCRIPTION DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un système de dépollution thermique de boues et sols contaminés en milieu clos. En particulier, l'invention concerne un procédé et des dispositifs de nettoyage de sols contenant des hydrocarbures et/ ou d'autres contaminants organiques, plus particulièrement un procédé et des dispositifs de volatilisation de contaminants dans les boues ou le sol par conduction thermique et d'élimination de ces contaminants des boues ou du sol pour récupérer si et quand ils sont valorisables ou les détruire si et quand ils ne le sont pas. BACKGROUND DE L'INVENTION La contamination des sols est devenue un sujet de grande préoccupation à de nombreux endroits. Le sol peut être contaminé par des contaminants chimiques, biologiques et/ ou radioactifs. Les déversements de matériaux, les réservoirs de stockage qui fuient et les infiltrations dans les décharges de matériaux ne sont que quelques exemples des nombreuses façons dont le sol peut être contaminé. S'ils sont laissés en place, bon nombre de ces — contaminants se retrouveront dans les aquifères, l'air ou dans l'approvisionnement alimentaire et pourraient présenter des risques pour la santé publique.

Il existe de nombreuses méthodes proposées pour éliminer les contaminants de surface, telles que l'excavation suivie de l'incinération, la vitrification in situ, le traitement biologique, les additifs chimiques pour la désactivation, le chauffage par radiofréquence, etc. Bien que fonctionnant dans certaines applications, ces méthodes peuvent être très coûteuses et ne sont pas pratiques si de nombreuses tonnes de terre doivent être traitées.

Un processus qui peut être utilisé pour éliminer les contaminants du sol souterrain est un processus d'extraction de vapeur du sol. Dans un tel processus, un vide est appliqué au sol pour aspirer l'air et la vapeur à travers le sol souterrain. Le vide peut être appliqué à une interface sol/ air, ou le vide peut être appliqué à travers des puits à vide placés dans le sol. L'air et la vapeur peuvent entraîner et transporter des contaminants volatils vers la source du vide. Les effluents gazeux retirés du sol par le vide qui comprend les contaminants qui se trouvaient dans le sol sont ensuite transportés vers une installation de traitement où ils sont traités pour éliminer ou réduire les contaminants à des niveaux acceptables.

La désorption thermique in situ peut être utilisée pour augmenter l'efficacité d'un processus d'extraction de vapeur de sol. La désorption thermique in situ implique un chauffage in situ du sol pour élever la température du sol tout en éliminant simultanément les effluents gazeux du sol. La chaleur ajoutée au sol contaminé peut élever la température du sol au-dessus des températures de vaporisation des contaminants dans le sol et provoquer la vaporisation des contaminants. Un 40 vide appliqué au sol permet d'extraire le contaminant vaporisé du sol.

Un procédé de chauffage d'un sol contenant des contaminants comprend l'injection d'un fluide chauffé dans le sol. Un tel procédé est par exemple décrit dans le brevet U.S. N °6000882. Le procédé décrit ici consiste à introduire un système de tuyaux perforés dans le sol. Un flux d'air chaud est envoyé à travers les tuyaux. L'air chaud est injecté dans le sol par des perforations dans les tuyaux au niveau des perforations des tuyaux. Une vapeur de contaminant se forme dans le sol, qui peut être éliminée du sol par les perforations des tuyaux et évacuée vers une unité de traitement des effluents gazeux. Cependant, un inconvénient majeur de ce type de méthode est que l'injection d'air chaud dans le sol est sujette à créer des voies d'écoulement de vapeur dans le sol. En conséquence, l'air chaud n'est pas distribué de manière homogène dans le sol contaminé, mais s'accumule plutôt à son niveau d'injection dans le sol ; c'est-à-dire dans et autour des perforations du tuyau. Une autre façon de chauffer un sol consiste à chauffer un sol par conduction thermique. Le chauffage par conduction thermique d'un sol contaminé en combinaison avec l'élimination des gaz contaminants du sol à l'aide d'un système d'extraction de vapeur est ancien dans l'art. Lors de la désorption thermique ex situ, le sol est excavé et les éléments chauffants sont ensuite places dans le sol excavé, disposés en configuration pyramidale. Toutes les surfaces en contact avec l'atmosphère sont recouvertes de béton et le dessus a une couche d'isolation après la couche de béton. En traitement ex situ les pertes de chaleur ne sont pas négligeables notamment sur les côtés latéraux de la pyramide sans isolation induisant une diminution de l'efficacité du traitement.

La présente invention vise à fournir une solution alternative pour traiter le sol ex situ en simplifiant le procédé et en optimisant le traitement. En particulier, elle consiste à traiter le sol contaminé dans un conteneur isotherme comportant au minimum un élément chauffant à l’intérieur des boues ou sols permettant d'obtenir plus rapidement une température plus élevée du sol contaminé. Au moins un des éléments chauffants peut être alimenté en partie en réinjectant l'énergie récupérée des vapeurs des contaminants de La présente invention comporte également un dispositif séparé inséré dans le sol dans lesdits matériaux permettant de créer un vide contrôlé dans le conteneur.

DESCRIPTION BRÈVE DES DESSINS Les dessins annexés illustrent l'invention : Fig. 1 : Illustration détaillée du système dans une disposition de double dôme. Fig. 2 : Illustration du principe du reburn dans les tubes de chauffe équipés de brûleurs Fig. 3 : Illustration d'un container de chauffe constitué sur base de palplanches 40 Fig. 4 : Illustration de la partie basse des containers ou des encapsulations

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Les termes "sol contaminé" et "matériaux ou boues contenant des contaminants” sont utilisés ici comme synonymes et doivent être compris comme incluant tous les types de sols, de boues ou autres matériaux qui peuvent être contaminés par des hydrocarbures ou tout autre contaminant organique ou inorganique dont la température d’ébullition à pression atmosphérique est inférieure à 650°C.

La propagation de la chaleur par conduction a lieu lorsque deux matériaux ou objets matériels sont en contact direct et que la température de l'un est supérieure à la température de l'autre.

La conduction thermique consiste en un transfert d'énergie cinétique du milieu le plus chaud vers le plus froid.

Le terme "conduction" tel qu'il est utilisé ici est donc destiné à désigner tous les types de transfert de chaleur dans lesquels la chaleur est déplacée d'un objet (plus chaud) à un autre objet (plus froid) par contact direct. || doit être entendu que dans la présente invention, lorsque le transfert de chaleur par conduction est mentionné, également une très petite quantité de chaleur est généralement également transférée au sol par rayonnement.

En particulier, la présente invention propose un procédé d'assainissement d'un sol comprenant des contaminants, comprenant l'étape de réinjection des vapeurs contaminées dans le système par un procédé appelé « reburn » (14)(15)(21). La présente invention concerne un système en boucle presque fermée avec un certain nombre de tuyaux perforés ou non thermo conducteurs (18) mis dans le sol qui a été préalablement placé dans un conteneur (16). Les tuyaux perforés (18) sont en communication avec une source de chaleur (14)(15)(21)(12) qui fait circuler un fluide chauffé à travers les tuyaux (18). Le procédé — comprend les étapes consistant à placer les deux types de tuyaux perforés (18)(21) dans le réservoir contenant le sol contaminé (16), à faire circuler un fluide chauffé à travers les tuyaux (18), à élever la température du sol environnant (24) à une température suffisante pour provoquer la vaporisation des contaminants du sol ; mobiliser les contaminants vaporisés du sol dans les tuyaux perforés (21) ; et réinjecter les contaminants du sol vaporisés dans les tubes chauffants (18). Les contaminants sont attirés vers les tuyaux perforés (21) en imposant une pression négative au sein de ces tuyaux (18)(21), par ex. en connectant les tuyaux à un système de vide.

Les tuyaux (18) sont disposés selon un motif dans le sol contaminé de manière à obtenir le chauffage le plus uniforme tout le long du motif.

Un motif régulier de tuyaux (18) peut être utilisé, tel que triangulaire, carré, rectangulaire, hexagonal, etc. choisi pour couvrir sensiblement la zone — contaminée (24). Dans un réservoir rectangulaire (16), les motifs rectangulaires sont préférés car ils offrent la meilleure efficacité thermique.

La température dans le sol est augmentée en faisant circuler un fluide chauffé à travers les tuyaux (18). La superposition du flux de chaleur de tous les tuyaux (18) se traduit par une augmentation plus uniforme de la température dans le motif.

Il est clair que le nombre de tuyaux (18)(21) appliqués dans le conteneur (16), l'espacement, la 40 position relative des tuyaux (18)(21), la distance entre la base et les tuyaux (18)(23) et la distance entre les tuyaux (18)(21) et les côtés latéraux (22) d'un tas de terre peuvent varier en fonction du degré de contamination et/ ou du temps souhaité pour achever le procédé et/ ou du type de sol et/ ou des considérations économiques.

Dans un mode de réalisation préféré, la distance entre la base du conteneur (23) contenant le sol contaminé et les tuyaux (18) est égale à 0,35 m, la distance entre deux tuyaux adjacents (18) dans une couche est comprise entre 0,8 et 1 m, la distance entre les tuyaux (18) de deux couches superposées est comprise entre 0,8 et 1 m.

Dans ce mode de réalisation préféré, la distance entre le haut du réservoir (20) et la dernière couche de tuyaux (18) est comprise entre 0,35 et 0,5 m et la distance entre les côtés latéraux (22) du réservoir (16) et les tuyaux (18) est comprise entre 0,35 et 0,6 m.

Les tuyaux (18)(21)(14) comprennent de préférence des tuyaux en un matériau résistant à la chaleur tels que, mais sans s'y limiter, l'acier, le métal ou la céramique.

Les tuyaux (18)(21)(14) peuvent avoir toute forme de coupe transversale souhaitée, y compris, mais sans s'y limiter, triangulaire, rectangulaire, carré, hexagonal, ellipsoïdal, rond ou ovale.

De préférence, les tuyaux (18)(21)(14) ont une forme transversale sensiblement ellipsoïdale, ronde ou ovale.

Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, les tuyaux (18)(21)(14) ont une forme transversale sensiblement ronde et ont un diamètre qui est compris entre 50 et 200 mm et de préférence entre 80 et 180 mm.

Les tuyaux (18)(21) ont une longueur comprise entre 3 et 30 m mètre, et de préférence entre 6 et 18 m.

Les perforations dans les tuyaux de vapeur (21) peuvent être, mais sans s'y limiter, des trous et/ ou des fentes.

De préférence, entre 5% et 50% de la surface d'un tuyau (21) est pourvue de trous et/ ou de fentes. il est particulièrement préféré qu'une grande quantité de petites perforations soit prévue sur le tuyau (21). Les tuyaux (21) peuvent avoir plusieurs zones perforées à différentes positions sur une longueur du tuyau (21). Lorsque les tuyaux (21) sont insérés dans le sol, les zones perforées peuvent être situées à côté de couches de sol contaminées.

Alternativement, les perforations peuvent être prévues sur toute la longueur des tuyaux (21). Les tuyaux (18) sont chauffés en envoyant et en faisant circuler un fluide chauffé tel que de l'air et/ ou du gaz à haute température à travers ces tuyaux (18). De préférence, l'air/ gaz à haute température est chauffé à une température comprise entre 300 et 800°C, et plus préférentiellement comprise entre 500 et 750°C.

Des températures extrêmement élevées peuvent également être utilisées, principalement en fonction des limites de température des tuyaux perforés (21). Ainsi, dans les cas où des tuyaux perforés (21) sont utilisés qui peuvent résister à des températures extrêmement élevées, c'est-à-dire de 1000 à 1500°C, une alimentation en air/ gaz à température extrêmement élevée correspondante peut être utilisée.

La chaleur est transférée au sol par conduction thermique et élève progressivement la température du sol.

Une très petite quantité de chaleur sera également transférée au sol par rayonnement.

La température élevée du sol provoque la volatilisation des contaminants situés dans le sol 40 — contaminé, produisant ainsi une vapeur contaminée.

5 Selon la présente invention, le sol est chauffé par un chauffage conducteur, ce qui est particulièrement avantageux car les températures pouvant être obtenues par un tel chauffage ne sont pas limitées par la quantité d'eau présente dans le sol.

Des températures du sol sensiblement supérieures au point d'ébullition de l'eau peuvent être obtenues en utilisant un chauffage conducteur thermique.

Des températures du sol d'au moins environ 100°C, 125°C, 150°C, 200°C, 400°C, 500°C, 600°C, 700°C, 800°C ou plus peuvent être obtenues en utilisant un chauffage par conduction thermique.

Un système de vide est connecté aux tuyaux (18) pour les mettre sous pression négative.

Le système de vide doit être capable de tirer un vide approprié à la combinaison particulière de perméabilité du sol et de tuyaux perforés (21) dans un système de traitement.

Le système de vide peut être capable de tirer un vide dans la plage de 50 Pa à 5000 Pa.

Le système de vide peut être un ventilateur ou une pompe étanche à l'eau.

En raison de la différence de pression imposée dans le sol, le fluide chauffé qui est envoyé à travers les tuyaux (18) ne sera pas injecté dans le sol à travers les perforations des tuyaux (21) mais restera dans le système de tuyauterie.

Par conséquent, il n'y aura pas de mélange du fluide — chauffé avec la vapeur de contaminant dans le sol et la formation de trajets d'écoulement de vapeur dans le sol est minimisée.

Contrairement à l'injection de fluide dans le sol, le chauffage conducteur sera très uniforme dans son balayage vertical et horizontal et entraînera une dispersion homogène de la chaleur à travers le sol.

En effet, l'énergie thermique injectée dans le sol par les tuyaux (18) est uniforme sur chaque tuyau (18). En outre, le chauffage conducteur — crée une perméabilité en raison du séchage et du rétrécissement du sol surchauffé (c'est-à-dire > 100°C) qui se développe autour de chaque tuyau (18). Des trajets de flux de vapeur étroitement espacés sont créés même dans les couches étroites de limon et d'argile.

En mettant les tuyaux perforés (21) sous pression négative, les contaminants vaporisés sont aspirés du sol dans le système de tuyauterie (21). Les vapeurs contaminées ne se déplacent pas — à travers le sol vers le haut du sol mais plutôt dans les tuyaux perforés (21) et se sont injectées dans la flamme des tubes chauffants (14)(15)(18). Cependant, certaines vapeurs peuvent se déplacer à la surface du sol dans une chambre de rétention de vapeur qui est formée entre le sol et un revêtement, appliqué sur le dessus de la surface du sol (24). Le vide est maintenu pendant toute la période de chauffage et pendant un temps suffisant après le chauffage pour éviter les pertes ou la dispersion de contaminants.

Le vide abaissera la pression de vapeur de l'eau dans le sol et provoquera une ébullition à une température inférieure au point d'ébullition normal à la pression atmosphérique.

Dans le même temps, les contaminants à point d'ébullition élevé seront éliminés par distillation à la vapeur en présence de vapeur d'eau à une température bien inférieure au point d'ébullition normal des contaminants.

Cela se produira pour 40 tous les contaminants qui sont presque immiscibles dans l'eau, car le point d'ébullition du mélange de deux fluides non miscibles sera toujours inférieur au point d'ébullition de l'un ou l'autre composant en lui-même.

Dans un mode de réalisation préféré, toutes les surfaces (20)(22) du réservoir sont scellées par une couche isolante (26). La création d'un vide sous la couche d'isolation (26) peut entraîner l'aspiration de la couche d'isolation (26) à la surface du sol, mais dans tous les cas, cela réduira la quantité d'air/ de gaz aspirée dans le système de tuyauterie (21)(18) depuis l'atmosphère.

Ainsi, essentiellement seuls l'air, l'humidité du sol et les contaminants dans le sol seront évacués par les tuyaux perforés (21) intégrés dans le sol. En attirant l'humidité et les contaminants vers les tuyaux (21), le risque de propagation des contaminants est considérablement réduit. La couche isolante (26) permet également de réduire les pertes de chaleur. Une couche isolante (c'est-à-dire en béton) peut également être prévue sous le tas de sol à traiter (24) afin de réduire les pertes de chaleur dans le sol sous-jacent.

Lorsque la vapeur contaminée est éliminée du sol, le niveau d'humidité dans le sol contaminé est sensiblement réduit, de préférence à un niveau d'humidité moyen inférieur à environ 5% en poids, plus préférablement à un niveau d'humidité moyen inférieur à environ 2% en poids, et le plus — préférablement à un taux d'humidité moyen inférieur à environ 1% en poids.

Dans un autre mode de réalisation préféré, le présent système comprend également un système de tuyauterie de collecte de vapeur (21) qui transporte le fluide chauffé hors des tubes chauffants vers une installation de traitement. Dans un mode de réalisation préféré, cette installation de traitement comprend un condensateur (10), un dévésiculeur (8), une colonne de charbon actif (4), une post-combustion (7), … Le système actuel est conçu pour permettre le traitement de 20 à 100 m° de sol. L'ensemble du système peut être chargé sur une remorque pour être transporté d'un site à l’autre.

Dans un autre mode de réalisation préféré, le réservoir serait dans une atmosphère inerte en récupérant à la sortie du corps de brûleur (13), le dioxyde de carbone produit au cours du procédé eten le réinjectant dans le réservoir (16). Pour cette raison, il est possible de chauffer des câbles en cuivre pour récupérer le cuivre tout en contrôlant le niveau d'oxygène à l'intérieur du conteneur (16).

Dans un autre mode de réalisation préféré, le système est composé d'un ou plusieurs conteneurs métalliques de 40’ (2) spécialement conçus qui peuvent être adaptés en fonction de la quantité de terre à traiter. Le conteneur métallique peut être enterré ou posé directement sur le sol ou toute combinaison de ceux-ci.

À cela vient s'ajouter un conteneur chauffant (1) qui s'intègre parfaitement dans les conteneurs métalliques (2), qui peut passer d'un conteneur à l'autre lorsqu'il a été traité. Ce conteneur (1) est sans fond et tous les réseaux de traitement (tuyaux de chauffage (18), gaz, air, vapeur (21)) sont 40 — installés à l'intérieur. De plus, ce conteneur chauffant (1) est recouvert d'une couche d'isolation thermique et d'une couche d'acier lisse, ce qui rend l'emboîtement du conteneur et de la piscine plus facile et hermétique. La pointe des tuyaux de chauffage est en forme de pointe pour faciliter le placement du réservoir dans la piscine. Dans un mode de réalisation préféré mais sans s’y limiter, ces tuyaux mesurent 2,35 m de long. Afin de faciliter le mouvement du conteneur, des poignées sont placées aux coins du conteneur. Dans un autre mode de réalisation préféré, les éléments chauffants sont placés verticalement, en particulier lorsque le réservoir isolée est construite dans le sol (2). Dans ce mode de réalisation préféré, les éléments chauffants verticaux sont alors attachés ensemble et forment un dôme (1) placé au-dessus des matériaux contaminés. En procédant de la sorte, l’ensemble des éléments chauffants (18)(21) peut s'enfoncer dans des matériaux visqueux, tout en garantissant une tenue mécanique et une étanchéité de l'ensemble du dispositif.

Dans un autre mode de réalisation préféré, le système de dôme (1) est couplé à d’autres réservoirs enterrées (2), de manière à permettre un traitement en continu, en alimentant toujours un réservoir ouvert (2) pendant qu’au moins un autre réservoir est disponible pour être en phase de chauffage (1).

Dans un autre mode de réalisation préféré, le réservoir est construit avec des palplanches — métalliques (19) comme cœur et des tôles métalliques lisses (17)(20)(22) comme paroi. Ainsi le dispositif permet une mise à la taille flexible, en fonction des quantités de matériaux à traiter, tout en garantissant une bonne tenue mécanique et la possibilité d'insérer du matériau isolant (26) entre les deux parois métalliques (20)(22). Ces matériaux étant en outre aisément disponibles sur de nombreux sites, cela permet le montage des unités de traitement sur place et réduit les problèmes liés au transport de l’unité de traitement.

Dans un autre mode de réalisation préféré les containers (1) ou les dômes (2) sont placés côte à côte et les vapeurs traitées sortant des containers et/ ou dômes en traitement peuvent servir de fluide caloporteur pour préchauffer les containers en attente de démarrage.

Dans un autre mode de réalisation préféré, les réservoirs sont équipés, en dessous de la zone de placement des matériaux contaminés, d’une grille filtrante (25) constituée de matériaux filtrant (25) résistant aux températures de minimum 250°C mais de préférence entre 200°C et 400°C, et qui permettent l’écoulement mécanique des liquides libres présents au démarrage ou se formant durant la chauffe.

1. Conteneur chauffant

2. Conteneur métallique

3. Citerne à condensats

4. Citerne à hydrocarbures

5. Citerne à eau propre

6. Filtre à charbon actif

7. Post-combustion

8. Echangeur de chaleur

9. Pompe

10. Knock-out

11. Refroidisseur

12. Brûleur

13. Corps de brûleur

14. Flexible reburn

15. Vanne reburn

16. Conteneur

17. Paroi extérieure du conteneur

18. Tube de chauffe à l'intérieur du conteneur

19. Palplanche

20. Surface du haut du conteneur

21. Tubes vapeur

22. Conteneur métallique

23. Système de filtration

24. Sol contaminé

25. Grille filtrante

26. Isolation

Claims (5)

REVENDICATIONS

1. Appareil pour éliminer la contamination organique d'une boue ou d'un sol comprenant : - Une encapsulation fermée thermiquement isolée contenant les matériaux à traiter - Au moins 1 élément chauffant à l'intérieur des boues ou sols chauffant lesdits matériaux par conduction - Un dispositif séparé inséré dans les matériaux et créant un vide contrôlé dans l'encapsulation - Au moins 1 élément chauffant pouvant être alimenté en partie par l'énergie contenue dans les contaminants extraits à travers ledit appareil à vide

2. Appareil selon l’une des revendications précédentes dans lequel un système de filtration des liquides est placé sous les matériaux contaminés

3. Appareil selon l’une des revendications précédentes dans lequel les éléments chauffants sont placés de manière fixe et attachés à la structure, afin de constituer un ensemble solidaire pouvant être placé et levé en une fois

4. Appareil selon l’une des revendications précédentes dans lequel le dôme placé au-dessus des matériaux contaminés repose physiquement sur ces derniers, permettant ainsi d'éviter la formation de vide entre les matériaux et le sol lors de la rétractation consécutive à la chauffe de ces derniers

5. Appareil selon l’une des revendications précédentes dans lequel un réseau secondaire d'orifices connectés au vide permet de garder en dépression l’espace créé entre les matériaux et le haut du dôme ou du conteneur.