FR3079758A1 - Procede de traitement d'air entrant dans et/ou sortant hors d'un espace confine - Google Patents

Procede de traitement d'air entrant dans et/ou sortant hors d'un espace confine Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement d'air entrant dans et/ou sortant hors d'un espace confiné pour l'appauvrir en composés gazeux polluants, notamment en NOx, et en particules solides, caractérisé en ce qu'on conduit au moins une partie de l'air à traiter dans un dispositif de lavage (1) au contact d'un écoulement d'un effluent liquide (6) comprenant au moins un composé actif vis-à-vis du ou d'au moins un des composés gazeux polluants, de sorte que ledit effluent liquide au contact de l'air à traiter se charge en particules et agit sur ledit composé gazeux par absorption, puis éventuellement conversion chimique, notamment du type oxydation ou réduction.

Description

PROCEDE DE TRAITEMENT D’AIR ENTRANT DANS ET/OU SORTANT HORS D’UN ESPACE CONFINE
Domaine de l’invention
L’invention s’intéresse au traitement de l’air dans des espaces confinés, clos ou semi clos. Ils peuvent être fréquentés par une population de passage, des usagers, et/ou par une population plus ou moins permanente, comme un personnel d’exploitation ou des commerçants.
Il peut s’agir ainsi de réseaux de transports souterrains de type ferrés. On définit sous l’acronyme EFS l’ensemble des espaces couverts situés en dessous du niveau du sol, connectés à une voie de transport ferroviaire souterraine où exercent des travailleurs. Cette définition concerne donc tous les espaces où des personnes travaillent de façon régulière, incluant les gares, les couloirs, les rames, les tunnels, les locaux commerciaux, les locaux techniques et les centres de dépannage des trains. En France, sept agglomérations disposent ainsi de réseaux d’EFS, autrement dits de « métros ».
Il peut aussi s’agir de parcs de stationnement de véhicules souterrains, ou encore de tunnels routiers.
Dans ces différents cas de figures, sont généralement prévus des systèmes de ventilation et d’extraction et/ou d’insufflation d’air, qui ont pour but de rendre plus respirable l’air présent dans ces lieux confinés, en le renouvelant par de l’air « frais » insufflé prélevé à l’extérieur et/ou par extraction et rejet à l’extérieur d’air vicié. Dans certains cas, une dépollution de l’air vicié est réalisée dans des installations dites « en dérivation », l’air étant extrait, dépollué, puis réinjecté dans le tunnel.
Cependant, ces systèmes s’avèrent insuffisants pour garantir une qualité d’air correcte dans ces lieux confinés. En effet, pour les réseaux ferrés type EFS, on vient prélever de l’air extérieur urbain pour renouveler l’air. Or l’air urbain peut déjà présenter un niveau de pollution significatif, notamment en termes de particules fines, et de composés gazeux polluants comme les NOx, ou d’autres composés polluants comme les composés organiques volatils (ou VOC pour l’acronyme anglais Volatile Organic Compound), ou les dérivés soufrés, comme les oxydes de soufre SOx, notamment du fait du trafic automobile, du chauffage urbain, ou d’activités industrielles proches.
Quant aux espaces confinés du type tunnels routiers ou parcs de stationnement, où l’air est chargé de particules et de gaz polluant du fait du trafic routier souterrain, on vient extraire cet air pollué pour le rejeter à l’extérieur, en venant ainsi polluer l’atmosphère extérieure proche de ces espaces confinés.
Que les polluants soient émis dans les espaces confinés évoqués plus haut, ou réintroduits depuis l’extérieur, on voit qu’on peut les classer en deux catégories :
- les particules solides, qui proviennent généralement de combustions imparfaites (suies), mais également de l’usure des pneumatiques ou des organes de freinage des véhicules, ou tout simplement de la dégradation des revêtements routiers (poussières). Leur petite taille, de l’ordre de quelques microns, explique leur maintien en suspension dans l’air. Pour les enceintes ferroviaires souterraines (EFS) les constituants majeurs identifiés sont différents métaux dont le fer, du carbone élémentaire et du carbone organique. On peut aussi ajouter les poussières terrigènes notamment composées de silice.
- les composés gazeux, essentiellement des oxydes d’azote, avec les NOx dont le monoxyde et/ou le dioxyde d’azote (NO, NO2), mais aussi le monoxyde de carbone CO, les dérivés soufrés et les VOC. (A noter que le NO peut s’oxyder spontanément en NO2 sous l’effet du soleil et de la présence d’oxygène, donc même s’il est potentiellement moins néfaste que NO2 à concentrations égales, c’est aussi potentiellement un précurseur de NO2).
Il existe donc un réel besoin de traiter l’air arrivant dans et/ou extraits de ces espaces confinés, pour améliorer la qualité de l’air dans ces espaces, et/ou l’air dans leur voisinage.
Art antérieur
Dans les tunnels routiers, on a déjà envisagé des dispositifs de filtration électrostatique pour piéger les particules solides, l’objectif visé étant en fait d’améliorer la visibilité dans les tunnels plus que d’en dépolluer l’atmosphère avant rejet à l’extérieur. Comme les débits d’air sont souvent importants, de quelques dizaines à quelques centaines de m3 par seconde, et les concentrations en polluants très petites, de l’ordre du milligramme par m3ou moins, les dispositifs le plus souvent employés sont des dépoussiéreurs électrostatiques pour les polluants particulaires et des pièges chimiques sur surfaces absorbantes pour les polluants gazeux, de manière à minimiser la perte de charge de la circulation d’air. Les résultats sont souvent décevants, notamment pour les particules qui peuvent également « empoisonner » les pièges chimiques et les rendre inefficaces.
Des tunnels ont effectivement été équipés d’un dispositif de traitement de l’air, principalement au Japon et en Norvège. Il s’est agi dans la plupart des cas de filtres électrostatiques des particules, sans traitement des effluents gazeux, l’objectif étant effectivement d’améliorer la visibilité dans les tunnels, notamment dans les installations « en dérivation » évoquées plus haut. L’efficacité des dispositifs de filtration électrostatique dépend pour beaucoup de la vitesse de l’air à l’intérieur des filtres, mais également de l’encrassement des filtres. En outre, l’étape d’ionisation des particules, préalable indispensable à leur précipitation électrostatique, produit du dioxyde d’azote (NO2) par réaction de NO avec l’ozone (O3) produit dans le ioniseur, ce qui est un effet induit néfaste.
La demande de brevet EP 0 431 648 s’est aussi intéressée au traitement d’air d’espaces confinés, notamment de bureaux ou d’hôpitaux, en proposant des traitements à l’ozone avec des catalyseurs d’oxydation pour éliminer les VOC et les polluants biologiques, avec les inconvénients liés à l’utilisation d’ozone soulignés plus haut.
L’invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un nouveau système de traitement de l’air d’espaces confinés, qui soit plus efficace aussi bien vis-à-vis de polluants sous forme de particules que sous forme de composés gazeux. Elle a plus particulièrement pour but un nouveau système applicable sur de grands volumes d’air à traiter, avec une mise en œuvre et une maintenance facilitées.
Résumé de l’invention
L’invention a tout d’abord pour objet un procédé de traitement d’air entrant dans et/ou sortant hors d’un espace confiné pour l’appauvrir en composés gazeux polluants, notamment en NOx, et en particules solides, où l’on conduit dans un dispositif de lavage au moins une partie de l’air à traiter au contact d’un écoulement d’un effluent liquide comprenant au moins un composé actif vis-à-vis du ou d’au moins un des composés gazeux polluants, de sorte que ledit effluent liquide au contact de l’air à traiter se charge en particules et agit sur ledit composé gazeux, par exemple par absorption, puis éventuellement conversion chimique notamment du type oxydation ou réduction.
L’écoulement de l’effluent liquide peut s’effectuer sous forme de pulvérisation de gouttelettes, ou sous forme d’un écoulement gravitaire sur des garnissages dans le dispositif de lavage.
Dans un cas comme dans l’autre, l’invention choisit donc un traitement ayant recours à une phase liquide, et non pas, comme déjà connu, avec des filtres. Et cette phase liquide permet de traiter à la fois les particules et certains composés comme les NOx, en une seule opération: en effet, de façon surprenante, l’invention montre que le choix d’une phase liquide permet de mettre en suspension les particules quand elles entrent en contact avec l’effluent, la mise en suspension permettant facilement de les embarquer dans la phase liquide et d’en débarrasser l’air à traiter donc.
Une pulvérisation de gouttelettes favorise le contact air/effluent, en termes de surface de contact air/liquide et de temps de séjour de l’air au contact du liquide. Il en est de même si on choisit un écoulement gravitaire sur des garnissages, qui vont « casser » le flux et favoriser de la même manière ce contact air/liquide.
Optionnellement, on peut envisager d’effectuer ce traitement dans un espace confiné déjà équipé d’un dispositif de traitement de l’air de type filtre électrostatique : d’une part, on peut ainsi améliorer l’efficacité globale du traitement de l’air vis-à-vis des particules en exploitant des dispositifs existants plutôt que de les désactiver/démonter, d’autre part on peut tirer avantage du traitement à l’ozone du filtre, car l’ozone tend à oxyder NO en NO2, et les NO2 sont plus solubles en phase liquide que les NO : on facilite ainsi globalement l’extraction des NOx par le lavage de l’invention.
Et vis-à-vis de certains polluants gazeux comme les NOx, il s’est avéré que choisir une phase liquide basique, par exemple par ajout de KOH, permet d’extraire les NOx, essentiellement les NO2, de l’air. Ils peuvent ensuite être traités dans l’effluent de lavage.
Avantageusement, le traitement selon l’invention s’effectue à température et pression ambiantes. C’est un avantage considérable au vu de l’implantation et des débits d’air à traiter, car cela simplifie grandement la mise en oeuvre du procédé, puisqu’on limite ainsi les équipements (pas de moyens chauffant ou de mise sous pression à prévoir) et la consommation énergétique du traitement.
De préférence, le traitement s’effectue dans un dispositif de lavage définissant une enceinte dans laquelle l’effluent liquide s’écoule par gravité. Là encore, on choisit ainsi la simplicité, en utilisant la gravité pour faire circuler, de haut en bas, la phase liquide.
L’air à traiter peut s’écouler dans ladite enceinte à co-courant, à contre-courant ou à courant croisé par rapport à l’écoulement de l’effluent liquide. Le choix est fait notamment au vu de la configuration de l’installation dans laquelle le dispositif de traitement est destiné à être intégré.
Avantageusement, puisque les espaces confinés qui intéressent l’invention sont munis de moyens d’amenée et/ou d’extraction d’air vers et depuis lesdits espaces confinés, on vient placer le dispositif de lavage dans ces moyens. Concrètement, ces moyens sont sous forme de réseaux de conduites, de cheminées et d’enceintes diverses en connexion fluidique les un(e)s avec les autres et équipé(e)s de ventilateurs/extracteurs ad hoc pour assurer la circulation de l’air depuis l’intérieur vers l’extérieur de l’espace confiné et/ou l’inverse. En disposant l’enceinte de lavage à proximité de ces moyens de ventilation/extraction, (soit en « amont » soit en « aval » de ceux-ci, en prenant comme référence le sens d’écoulement général de l’air dans ces moyens), l’air à traiter est conduit à circuler dans l’enceinte de lavage éventuellement sans même avoir recours à des dispositifs de circulation forcée supplémentaires.
Avantageusement, on peut piloter le traitement par un système de commande électronique/informatique permettant un pilotage manuel, automatique ou semi-automatique, à distance. Ainsi, le système de commande peut comprendre des moyens électroniques/informatiques connectés d’une part à un ou des moyens de mesure associés au dispositif de lavage, notamment un capteur de pH de l’effluent liquide par exemple, et à un ou des moyens de pilotage du procédé, notamment des moyens de pilotage d’ouverture/fermeture de vannes, et connectés d’autre part à une interface homme/machine. Le suivi du procédé peut donc se faire à distance, en limitant au maximum les opérations de maintenance nécessitant des interventions humaines.
Selon un mode de réalisation préféré, on fait circuler l’effluent liquide dans le dispositif de lavage en boucle fermée. On peut alors régénérer ou remplacer l’effluent liquide de façon continue ou par une purge périodique. On peut prévoir à proximité de l’enceinte où s’effectue le lavage un contenant d’effluent « neuf », destiné à remplacer progressivement ou d’un coup après purge complète l’effluent liquide « usé » une fois suffisamment chargé / saturé en particules solides ou en gaz polluants absorbés/convertis. On peut également prévoir un contenant d’effluent « usé », destiné à récupérer tout ou partie de l’effluent usé, avec éventuellement un temps de décantation suffisant pour collecter plus facilement les particules en fond de contenant. Les espèces polluantes gazeuses éventuellement encore présentes dans cet effluent usé peuvent être traitées sur place ou ultérieurement, après vidage du contenant une fois plein, et récupération de la phase liquide. On prévoit toutes les connexions fluidiques appropriées (conduites équipés de vannes) pour assurer facilement la purge ou le remplissage de liquide depuis ou vers l’enceinte de lavage.
Comme mentionné plus haut, on parvient à augmenter le temps et la surface de contact entre l’air à traiter et l’effluent liquide en choisissant selon une première variante un écoulement gravitaire en munissant l’intérieur de l’enceinte du dispositif de lavage de garnissages (encore appelés « internes »), du type de ceux utilisés par exemple dans le domaine des colonnes de distillation. En maximisant ainsi ce contact, on améliore encore la mise en suspension des particules et la solubilisation des composés qu’on veut traiter dans la phase liquide comprenant l’agent actif destiné à les traiter. Cela peut permettre aussi de diminuer la taille de l’enceinte sans diminuer le temps de contact air/effluent liquide. L’écoulement gravitaire peut être réalisé par une multitude d’amenées d’eau en partie haute de l’enceinte du dispositif de lavage, qui créent une pluralité de de flux liquides s’écoulant de haut en bas et venant se briser sur les garnissages.
Selon une deuxième variante également mentionnée plus haut, on peut aussi utiliser une ou des rampes ou buses de pulvérisation, qui viennent pulvériser l’effluent liquide sous forme d’un ou plusieurs nuages de gouttelettes, cheminant de haut en bas de l’enceinte du dispositif de lavage sous l’effet de la gravité.
Toujours dans l’optique d’améliorer l’efficacité du traitement, l’effluent liquide peut contenir un promoteur de solubilité des composés gazeux polluants. II peut s’agir notamment, d’agents oxydants comme le peroxyde d’hydrogène, qui convertit au moins une partie des NO en NO2, qui, comme vu précédemment, se solubilisent mieux dans un effluent liquide que NO, ce qui, globalement, améliore l’extraction des NOx par l’effluent de lavage de l’invention.
L’effluent gazeux est de préférence à un pH basique, et pour cela contient au moins un composé alcalin comme KOH pour convertir le NO2 en substances non polluantes.
De la même façon, l’invention a également pour objet tout dispositif destiné à la mise en œuvre du procédé décrit plus haut.
Elle a notamment pour objet un dispositif de traitement de l’air entrant dans et/ou sortant hors d’un espace confiné pour l’appauvrir en composés gazeux polluants, notamment en NOx, et en particules solides, qui comprend un dispositif de lavage comprenant une enceinte d’orientation substantiellement verticale ou oblique qui est munie d’une entrée d’effluent liquide, d’une sortie d’effluent liquide, d’une entrée d’air à traiter et d’une sortie d’air traité, avec un écoulement par gravité de haut en bas de l’effluent liquide et comprenant au moins un composé actif vis-à-vis du ou d’au moins un des composés gazeux polluants, et un écoulement à co-courant, contre-courant ou courant croisé de l’air à traiter, de sorte que ledit effluent liquide au contact de l’air se charge en particules et agit sur ledit ou au moins un desdits composé gazeux, notamment par absorption, puis éventuellement conversion chimique, notamment du type oxydation ou réduction.
De préférence, l’intérieur de l’enceinte du dispositif de lavage est muni de garnissages comme vu plus haut quand l’écoulement de l’effluent liquide se fait de façon gravitaire sans pulvérisation.
Le dispositif peut aussi comprendre des moyens de ventilation pour assurer l’amenée et la circulation de l’air dans l’enceinte, soit des moyens qui lui sont propres, soit des moyens déjà prévus car équipant les moyens d’extraction/insufflation d’air des espaces confinés en question.
Le dispositif est avantageusement muni d’un système de commande électronique/informatique permettant un pilotage manuel, automatique ou semi-automatique, à distance, ledit système de commande comprenant notamment des moyens électroniques/informatiques connectés d’une part à un ou des moyens de mesure associés au dispositif de lavage, notamment un capteur de pH de l’effluent liquide, et au moins un moyen de pilotage du procédé, notamment des moyens de pilotage d’ouverture/fermeture de vannes et connectés d’autre part à une interface homme/machine. Les connections peuvent être assurées par tous les moyens connus (réseau internet local ...) et exploiter le même système de connexion que celui utilisé, par exemple, pour la surveillance et la maintenance des moyens de ventilation /extraction prévus dans les tunnels et souterrains.
II en est de même pour l’alimentation électrique du dispositif de lavage : on peut utiliser les réseaux électriques déjà présents, notamment pour alimenter des moyens d’éclairage ou pour alimenter les moyens de ventilation/extraction précités.
Le dispositif selon l’invention peut aussi comprendre en amont du dispositif de lavage un filtre électrostatique avec traitement par de l’ozone, ce filtre réalisant un premier niveau de traitement et, sous l’action de l’ozone, en venant oxyder les NO en NO2, plus faciles à solubiliser en phase liquide pendant le traitement de lavage ultérieur.
Selon un mode de réalisation le plus simple, l’entrée d’effluent liquide et la sortie d’effluent liquide de l’enceinte sont en connexion fluidique l’une avec l’autre, l’effluent liquide circulant en boucle fermée. On vient donc injecter dans l’enceinte « par le haut » l’effluent liquide, qu’on collecte en bas de l’enceinte, et qui, via un système de conduites et de par exemple un moyen de pompage, est ensuite réinjecté en haut de l’enceinte.
Comme l’effluent liquide va alors progressivement se charger en particules solides et s’appauvrir en agent réactif, il est nécessaire de prévoir comment remplacer l’effluent « usé ». On peut munir le dispositif d’un moyen de purge de l’effluent liquide, et le purger complètement pour le remplacer par un effluent liquide « neuf » périodiquement, ou dès que des seuils suivis par des moyens d’instrumentation sont atteints (chute de pH, teneur en particules...). On peut aussi prévoir des moyens de prélèvement d’une partie de celui-ci, pour le remplacer périodiquement ou en continu.
On peut prévoir un contenant d’effluent « neuf » à proximité de l’enceinte de lavage, avec une connexion fluidique éventuelle entre le contenant et l’enceinte.
On peut aussi prévoir un contenant de rétention pour stocker temporairement de l’effluent liquide « usé » suite à une purge complète ou totale. On peut alors déterminer un temps de séjour de l’effluent « usé » dans ce contenant (bac) minimum avant vidage pour permettre aux particules solides de tomber par gravité au fond dudit contenant, ce qui peut en faciliter la collecte et l’évacuation de déchets solides séparément de la phase liquide surnageante.
De préférence, l’effluent liquide est une phase aqueuse, ce qui est le plus simple, le moins coûteux et le moins polluant des liquides. Il peut contenir au moins un agent actif comme un composé alcalin du type KOH et/ou un promoteur de solubilité du composé gazeux polluant, comme du peroxyde d’hydrogène.
L’invention a aussi pour objet l”utilisation du procédé ou du dispositif décrits plus haut pour purifier l’air entrant et/ou sortant d’espaces confinés, notamment d’espaces souterrains du type tunnels routiers ou ferrés ou parkings routier souterrains.
Description détaillée
L’invention sera ci-après détaillée à l’aide d’exemples non limitatifs illustrés par les figures suivantes :
Figure 1 : une représentation d’un exemple de réalisation d’un dispositif de lavage selon l’invention selon une coupe verticale;
Figure 2 : une représentation d’une utilisation du dispositif de lavage de la figure 1 pour traiter l’air extrait d’un tunnel routier selon une coupe verticale selon l’axe longitudinal du tunnel ;
Figure 3 : une représentation d’une utilisation du dispositif de lavage de la figure 1 pour traiter l’air entrant dans un réseau ferré souterrain selon une coupe verticale transversale à la voie ferrée ;
Figure 4 : une représentation d’une utilisation du dispositif de lavage de la figure 1 pour traiter l’air entrant et/ou sortant dans un parking automobile souterrain selon une coupe verticale transversale à la voie routière au-dessus du parking.
Toutes ces figures sont très schématiques, et les différents composants représentés ne sont pas nécessairement à l’échelle. Les références identiques d‘une figure à l’autre se rapportent à un composant identique. Les composants du dispositif de lavage représentés sont représentés dans leur positionnement en fonctionnement normal.
A l’aide de la figure 1, on décrit tout d’abord le dispositif de lavage 1 selon l’invention seul, avant de voir ensuite son intégration pour traiter l’air d’espaces confinés de différents types. Le dispositif 1 ne sera décrit que par ses composants principaux. Il comprend une enceinte 2 sous forme d’une colonne destinée à être orientée substantiellement selon un axe vertical. Cette colonne a ici une section sensiblement circulaire, d’autres variantes pouvant prévoir des sections différentes, carrées, ovales, rectangulaires... L’enceinte est équipée en partie haute d’une rampe d’écoulement 3 connectée via une entrée 4 en partie haute dans l’enceinte à une boucle de circulation 5. On peut prévoir plusieurs rampes, ou des buses individuelles. Cette rampe envoie une pluralité de jets, sous forme d’une pluralité d’écoulements d’effluent liquide aqueux, répartis sur la section de l’enceinte, à la façon d’une douche qui, sous l’effet de la gravité, circule de haut en bas pour se briser sur des garnissages (non représentés, et qui restent optionnels) et former, en partie basse de l’enceinte, un certain niveau de liquide qui est ensuite évacué par une sortie 7 connectée à la conduite 5, de façon à permettre une recirculation en boucle fermée de l’effluent liquide. Une pompe 8 est prévue en partie basse de la conduite, pour ramener l’effluent liquide sortant par la sortie basse 7 de remonter jusqu’à l’entrée 4 en partie haute.
Alternativement, au lieu de faire un simple écoulement gravitaire de l’effluent liquide, on peut procéder à une pulvérisation sous pression via des rampes/buses ad hoc, pour créer dans l’enceinte un ou plusieurs nuages de gouttelettes cheminant du haut vers le bas de l’enceinte, on n’a alors plus besoin de garnissages. On peut faire les réglages appropriés pour ajuster au mieux la vitesse des gouttelettes, et/ou modifier leur taille et/ou la trajectoire des gouttes ou du nuage de gouttes dans son ensemble.
L’enceinte est également pourvue d’une entrée 9 d’air à traiter en partie basse de l’enceinte et d’une sortie d’air 10 en partie haute de l’enceinte. Les entrées et sorties 9, 10 sont chacune reliées à des conduites.
L’air à traiter circule donc de bas en haut, à contrecourant de l’effluent liquide. La qualité du contact gaz-liquide (surface de contact, temps d’exposition) est améliorée en disposant à l’intérieur de l’enceinte 2 des structures spécifiques de ruissellement appelées garnissages ou « internes » dans le domaine des colonnes de distillation par exemple. Typiquement, on peut utiliser des garnissages structurés (aires géométriques allant de 100 à 750 m2/m3) ou vracs (aires géométriques allant de 70 à 300 m2/m3).
Pour réduire encore la perte de charge, on peut alternativement envisager de faire circuler l’air de haut en bas (on parle alors d’écoulements en co-courant). On peut aussi envisager de faire circuler l’air de manière latérale (on a alors des écoulements en courants croisés).
L’effluent liquide, le liquide de lavage donc, circule en continu, se charge progressivement en particules et se transforme chimiquement par l’absorption/conversion des composés gazeux polluants dont on cherche à diminuer la teneur dans l’air ainsi traité. Quand l’effluent liquide est trop chargé en particules ou qu’il n’absorbe plus les composés gazeux visés, il est vidangé et remplacé par une simple opération de pompage. Alternativement, on peut aussi prévoir un renouvellement continu par un système d’appoint/purge pour limiter le volume d’effluents à traiter. Le système pourra avantageusement être équipe d’analyseurs en ligne permettant le suivi et la maintenance préventive de l’installation, par exemple par contrôle du pH.
L’effluent liquide est par exemple une phase aqueuse contenant du KOH (ou du NaOH) pour assurer un pH basique neutralisant le HNO3 issu de la solubilisation du NO2 pour former un nitrate. On peut y ajouter du peroxyde d’hydrogène pour oxyder le HNO2 issu de la solubilisation du NO, ce qui augmente la solubilité de NO par déplacement d’équilibre. A noter qu’une solution à pH basique permet aussi d’absorber d’autres composés gazeux polluants ou à tout le moins non désirés dont CO2, SO2, H2S.
Les mécanismes en solution aqueuse d’absorption des NOx dans de l’eau en présence de H2O2 et de NaOH sont notamment expliqués dans Les techniques de l’ingénieur, G1805 V1 - NO (oxydes d’azote).
Pour donner des ordres de grandeur dimensionnels, l’enceinte 2 peut présenter une section de passage comprise entre 1 et 170 m2, par exemple de 90 m2, ce qui correspond à une surface carrée de 13 m x 13 m, et une hauteur comprise entre 2 et 30 m. par exemple de 10 m.
Pour donner des ordres de grandeur de paramètres de procédé, on peut prendre l’exemple d’un flux d’air à traiter présentant un débit de 55 m3/s. L’air est à 20° C et la pression est la pression ambiante (1 bar). Pour absorber la quasi-totalité des NO2 et des particules, on prévoit un débit d’effluent liquide tel que le taux d’arrosage soit au moins aux environs de 60 m3/m2/h. Le taux d’arrosage est défini comme le débit de liquide divisé par la section de la colonne de lavage.
Pour des garnissages vracs standards (« Pall Rings » 100-300 m2/m3) il convient de se limiter de préférence à des vitesses de l’ordre de 0,6 m/s, soit une section de 92 m2 environ (typiquement un carré de 10 m de côté environ). La hauteur de garnissage est de 10 m pour assurer une réduction de 70% de la teneur en NO2 de l’air. Le débit minimum de KOH est de 1,54 m3/s pour assurer un bon mouillage de la structure.
Avec un garnissage structuré standard (100-300 m2/m3) on peut réduire la section à environ 40-50 m2 soit un carré de 6-7 m. La hauteur reste comparable. Pour conserver un taux de mouillage pertinent, le débit d’effluent liquide de l’ordre de 0,5 m3/s.
Il est à noter que les garnissages peuvent n’occuper qu’une partie de la hauteur de l’enceinte, et que, alternativement, l’enceinte de lavage peut également fonctionner sans garnissages, avec ou sans pulvérisation sous pression du liquide.
Le dispositif 1 est également muni d’instrumentations, notamment d’un capteur de pH de l’effluent liquide, pour mesurer l’évolution de sa concentration en KOH. Le bon fonctionnement de la pompe 8 et de la rampe 3 peuvent être surveillés, on peut prévoir des caméras, et les vannes équipant le dispositif, notamment la vanne de purge non représentée (associée à un éventuel bac de rétention), peuvent être pilotées.
Un système de contrôle commande vient piloter et surveiller le dispositif et afficher les informations pertinentes (alarmes, suivi des mesures par les instruments, image vidéo...) sur une interface homme machine IHM déportée. Les connexions entre les instrumentations, les éléments pilotables, l’unité de contrôle et ΙΊΗΜ sont réalisées de manière connue, par exemple par un réseau local internet, à l’aide de fibres optiques, de connecteurs modulaires pour connexion Ethernet type RJ45 (avec éventuel ajout d’un commutateur/LAN au plus près du dispositif de lavage 1).
La figure 2 représente l’application du dispositif de lavage de la figure 1 pour traiter l’air extrait d’un tunnel routier 20 par exemple sous une montagne ou colline 1. De façon connue, ce type de tunnel est équipé d’arrivée(s) 22 d’air frais, ici en partie basse du tunnel, et de sortie(s) d’air pollué avec des conduits 23, appelés aussi cheminées, ici sensiblement verticaux, connectant des ouvertures de sortie dans le plafond du tunnel avec l’extérieur. Ces conduits de sortie d’air 23 sont munis de moyens d’extraction, de gros ventilateurs (non représentés) notamment, qui viennent forcer la circulation d’air depuis le tunnel vers l’extérieur. Selon l’invention, on vient disposer un dispositif de lavage 1 dans chacun de ces conduits 23, ici deux sont représentés, mais il peut y en avoir beaucoup plus selon la taille de l’espace à ventiler, les dimensions du tunnel donc.
Les moyens d’extraction équipant ces conduits permettent de forcer la circulation d’air dans l’enceinte de lavage des dispositifs, qui, selon les cas, peuvent être placés «en amont « ou « en aval » de ceuxci en prenant comme référence le sens d’écoulement général de l’air dans ces conduits indiqué par des flèches sur la figure. On vient donc, avec l’invention, purifier l’air pollué qui sort du tunnel afin de rejeter à l’extérieur un air pas/moins pollué, on améliore ainsi la respirabilité de l’air pour les personnes habitant ou se déplaçant à l’extérieur au voisinage du tunnel.
A noter que les dispositifs de lavage de l’invention peuvent, alternativement, non pas être disposés directement dans les conduits d’extraction, mais dans les enceintes ou espaces dans lesquels ces conduits débouchent à l’extérieur. Il peut alors s’avérer plus facile de les installer, et d’en assurer la maintenance, du fait de la taille des enceintes de lavage et de leurs périphériques (instrumentation, boucle de recirculation de l’effluent liquide, bac de rétention éventuel sous la vanne de purge, câbles de connexion et d’alimentation électrique...).
La figure 3 représente l’application du dispositif de lavage de la figure 1 pour traiter l’air insufflé dans un réseau ferré souterrain (EFS). Y est représenté en coupe verticale transversale un tunnel de métro 30 avec deux métros circulant sur deux voies côte à côte. Le tunnel 30 est pourvu d’une part de conduits d’amenée d’air 31 et de conduits d’extraction d’air 32 munis de moyens d’extraction sous forme de gros ventilateurs 33, conduits présents tout au long des tunnels avec des intervalles donnés. Des isolants phoniques 34 isolent les ventilateurs 33 en amont et en aval du sens d’écoulement de l’air (fléché) dans les conduits en question. Dans cette configuration, on vient disposer dans au moins un des conduits d’entrée d’air 31, notamment dans tous, un dispositif de lavage 1 selon l’invention. Ici, il s’agit donc de traiter l’air extérieur urbain pollué entrant dans les tunnels, en considérant que l’air extérieur dans ce cas de figure (circulation automobile, chauffage urbain...) présente un niveau de pollution supérieur à celui des tunnels, où les métros sont électrifiés.
Optionnellement, on peut aussi prévoir de disposer des dispositifs de lavage selon l’invention également dans les conduits d’extraction d’air 32.
On a représenté ici les dispositifs insérés dans des conduits. Comme dans le cas précédent, on peut aussi les déporter dans des enceintes ou des espaces dans lesquels débouchent ces conduits à l’extérieur. Il arrive que ces conduits d’entrée et d’extraction débouchent ainsi dans des bâtiments factices 35 (c’est-à-dire sans habitant) équipés de tous les moyens de ventilation adéquats, des moyens de surveillance ..., et qui offrent donc des espaces facilement accessibles pour y disposer les dispositifs selon l’invention dans le flux de circulation de l’air entrant (et éventuellement sortant).
La figure 4 représente l’application du dispositif de lavage de la figure 1 pour traiter l’air pour un parking automobile souterrain : on y voit deux niveaux de sous-sol 40,41 reliés par une ou plusieurs rampes non représentées, avec, comme dans le cas de la figure 3, des conduits d’entrée d’air 43 et des conduits d’extraction 44 d’air munis de moyens de ventilation 33 eux-mêmes munis de moyens d’isolation phonique 34. On vient disposer dans chaque conduit d’amenée d’air 43, ou au moins dans l’un d’eux, un dispositif de lavage 1 selon l’invention, afin de traiter l’air entrant dans le souterrain.
Comme ici le risque de pollution vient aussi de l’intérieur du souterrain, de par la circulation des véhicules dans le parking et des moteurs, il peut aussi être judicieux de placer des dispositifs de lavage 1 également dans les conduits d’extraction 44 d’air, de façon à purifier l’air urbain pollué entrant pour augmenter la qualité de l’air respiré par les personnes fréquentant le parking, mais aussi l’air sortant qu’on rejette à l’extérieur, pour éviter d’augmenter le niveau de pollution de l’air extérieur.
Comme dans le cas de figure de la figure 3, on peut aussi disposer les dispositifs de lavage selon l’invention non pas dans les conduits eux-mêmes, mais dans les enceintes dans lesquels ils débouchent à l’extérieur, notamment au niveau de bâtiments factices 35.
En conclusion, le dispositif de lavage de l’invention est peu coûteux en énergie ou en installation, il s’adapte bien au traitement de l’air d’atmosphères confinées, pour traiter l’air qui en sort et/ou qui y entre selon la différence de niveau de pollution rencontrée entre l’air extérieur et l’air de l’espace confiné. Il permet de traiter à la fois la pollution sous forme particulaire et sous forme gazeuse en une seule opération, en fonctionnant avec une phase aqueuse.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de traitement d’air entrant dans et/ou sortant hors d’un espace confiné pour l’appauvrir en composés gazeux polluants, notamment en NOx, et en particules solides, caractérisé en ce qu’on conduit au moins une partie de l’air à traiter dans un dispositif de lavage (1) au contact d’un écoulement d’un effluent liquide (6) comprenant au moins un composé actif vis-à-vis du ou d’au moins un des composés gazeux polluants, de sorte que ledit effluent liquide au contact de l’air à traiter se charge en particules et agit sur ledit composé gazeux par absorption, puis éventuellement conversion chimique, notamment du type oxydation ou réduction.
  2. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’écoulement de l’effluent liquide s’effectue sous forme de pulvérisation de gouttelettes, ou sous forme d’un écoulement gravitaire sur des garnissages dans le dispositif de lavage.
  3. 3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le traitement s’effectue à température et pression ambiantes.
  4. 4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le traitement s’effectue dans un dispositif de lavage (1) définissant une enceinte (2) dans laquelle l’air à traiter s’écoule dans ladite enceinte à co-courant, à contre-courant ou à courant croisé par rapport à l’écoulement de l’effluent liquide.
  5. 5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les espaces confinés sont munis de moyens d’amenée (22, 34, 43) et/ou d’extraction (23,32,44) d’air vers et/ou depuis lesdits espaces confinés, moyens dans lesquels on vient placer le dispositif de lavage (1).
  6. 6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on pilote le traitement par un système de commande électronique/informatique permettant un pilotage manuel, automatique ou semi-automatique, à distance, ledit système de commande comprenant des moyens électroniques/informatiques connectés d’une part à un ou des moyens de mesure associés au dispositif de lavage, notamment un capteur de pH de l’effluent liquide, et à un ou des moyens de pilotage du procédé, notamment des moyens de pilotage d’ouverture/fermeture de vannes, et connectés d’autre part à une interface homme/machine.
  7. 7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on fait circuler l’effluent liquide (6) dans le dispositif de lavage (1) en boucle fermée, et en ce qu’on régénère ou remplace l’effluent liquide de façon continue ou par une purge périodique, notamment avec un contenant d’effluent usé et/ou un contenant d’effluent neuf disposé(s) à proximité de l’enceinte de lavage.
  8. 8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’effluent liquide est une phase aqueuse qui contient un promoteur de solubilité du composé gazeux polluant, notamment du peroxyde d’hydrogène pour NO, et/ou un agent actif sous forme d’un composé alcalin comme KOH pour NO2, CO2, SO2, et H2S.
  9. 9. Dispositif de traitement de l’air entrant dans et/ou sortant hors d’un espace confiné pour l’appauvrir en composés gazeux polluants, notamment en NOx, et en particules solides, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de lavage (1) comprenant une enceinte (2) d’orientation substantiellement verticale ou oblique qui est munie d’une entrée d’effluent liquide (4), d’une sortie (7) d’effluent liquide, et d’une entrée (9) d’air à traiter et d’une sortie (10) d’air traité, avec un écoulement de haut en bas de l’effluent liquide soit sous forme d’un flux de gouttelettes soit par un écoulement gravitaire sur des garnissages, et comprenant au moins un composé actif vis-à-vis du ou d’au moins un des composés gazeux polluants, de sorte que ledit effluent liquide au contact de l’air se charge en particules et agit sur ledit ou au moins un desdits composé gazeux par absorption, puis éventuellement conversion chimique, notamment du type oxydation ou réduction.
  10. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de ventilation pour assurer l’amenée et la circulation de l’air dans l’enceinte.
  11. 11. Dispositif selon l’une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce qu’il est muni d’un système de commande électronique/informatique permettant un pilotage manuel, automatique ou semiautomatique, à distance, ledit système de commande comprenant notamment des moyens électroniques/informatiques connectés d’une part à un ou des moyens de mesure associés au dispositif de lavage, notamment un capteur de pH de l’effluent liquide, et au moins un moyen de pilotage du procédé, notamment des moyens de pilotage d’ouverture/fermeture de vannes et connectés d’autre part à une interface homme/machine.
  12. 12. Dispositif selon l’une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que l’entrée d’effluent liquide et la sortie d’effluent liquide de l’enceinte sont en connexion fluidique (5) l’une avec l’autre, l’effluent liquide circulant en boucle fermée.
  13. 13. Dispositif selon l’une des revendications 9 à 12, caractérisé en qu’il est muni d’un moyen de purge de l’effluent liquide, ou de prélèvement d’une partie de celui-ci pour le remplacer périodiquement ou en continu.
  14. 14. Dispositif selon l’une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce qu’il comprend un contenant d’effluent neuf et/ou un contenant d’effluent usé.
  15. 15. Dispositif selon l’une des revendications 9 à 14, caractérisé en ce qu’il comprend, en amont du dispositif de lavage, un dispositif de filtre électrostatique de préférence associé à un
    5 traitement à lOzone.
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