Brevet FR2734344A1 — publié le 19961122

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT IN SITU DE MATIÈRES MINÉRALES CONTAMINÉES PAR UNE SUBSTANCE POLLUANTE. La présente invention concerne un procédé de traitement in situ de matières minérales contaminées par une substance polluante, notamment une substance liquide ou solide minérale ou organique telle que du mercure, des hydrocarbures, des solvants ou similaires, dans lequel on procède à une incinération et/ou une désorption thermique desdites matières minérales contaminées et à un traitement des gaz et des vapeurs par rinçage et/ou filtration. Elle concerne également un dispositif de traitement in situ de matières minérales contaminées par une substance polluante, notamment par une substance liquide ou solide minérale ou organique telle que le mercure, des hydrocarbures, des solvants ou similaires, ce dispositif comportant un four d'incinération desdites matières minérales contaminées et des moyens de traitement des gaz et des vapeurs par rinçage et/ou filtration. ll existe actuellement différents procédés permettant la dépollution de sols contaminés par des substances polluantes. Ces procédés sont classés en deux catégories qui sont la dépollution "ex situ" qui nécessite l'excavation des matières contaminées et leur transport jusqu'au lieu du traitement, et la dépollution "in situ" dans lequel le traitement est effectué sur place. Parmi les procédés "in situ", les plus performants sont le pompage, le lessivage, la biodégradation et l'aération. Le procédé de pompage est en particulier utilisé lorsque la pollution affecte une nappe d'eau. Dans ce procédé, l'eau polluée du sous sol est pompée, d'abord pour empêcher l'extension de la pollution (pompage de fixation), puis pour récupérer le polluant (pompage de dépollution). Elle est traitée et renvoyée en sous-sol pour accélérer le mouvement. Dans le procédé de lessivage, l'eau pompée n'est plus envoyée directement dans la nappe phréatique, mais injectée à faible profondeur. La couche de terre est ainsi lessivée comme par une pluie continuelle. Le procédé de biodégradation est utilisé pour traiter une pollution aux hydrocarbures et/ou aux déchets organiques polluants. Dans ce procédé, on transforme les hydrocarbures en injectant des bactéries que l'on dope à l'air insufflé, à l'eau oxygénée, à l'azote et au phosphore. Ces bactéries transforment les hydrocarbures en gaz carbonique, en eau et en déchets organiques non polluants. Le procédé d'aération est utilisé lorsque la pollution provient d'hydrocarbures ou de certains composés volatils. Les polluants sont aspirés par aération simple ou forcée. En utilisant une aération forcée, il est possible d'introduire de l'air ou de la vapeur chauffée afin de favoriser la migration des polluants. Les procédés "ex situ" impliquent des coûts de transport et de manipulation importants et peuvent nécessiter des précautions particulières lors de ce transport. Ils sont généralement peu intéressants du point de vue économique. En ce qui concerne les procédés "in situ", le pompage et le lessivage nécessitent une énorme quantité d'eau, ce qui peut impliquer un coût de traitement particulièrement important. La biodégradation ne peut être appliquée que si l'agent polluant est un hydrocarbure et/ou un déchet organique, à défaut de tout autre agent polluant. Finalement, le procédé d'aération ne peut être utilisé que si le sol est contaminé par un polluant volatil. Tous ces procédés sont d'une part coûteux et d'autre part, peu souples puisqu'ils sont généralement destinés à un type de polluant donné, voire à un type de matière contaminée ou un type de sol. La présente invention se propose de pallier ces inconvénients en réalisant un seul procédé de traitement relativement bon marché, permettant de traiter différentes matières contaminées par divers polluants. Ce but est atteint par un procédé tel que défini en préambule et caractérisé en ce que l'on procède à ladite incinération et/ou désorption thermique à l'intérieur d'un four d'incinération cylindrique rotatif pourvu d'au moins une rampe de brûleurs disposée à l'intérieur dudit four, sensiblement parallèlement à son axe. Selon un mode de réalisation préféré, on procède à un broyage préalable desdites matières pour les ramener à l'état de particules dont la plus grande dimension est au maximum comprise entre 0,4 et 50 mm et de préférence entre 0,4 et 10 mm. On procède avantageusement à un traitement de refroidissement des gaz et vapeurs en les faisant barboter dans une cuve à eau. Selon une forme de réalisation avantageuse, on procède à un traitement de purification des gaz et vapeurs en les faisant traverser au moins un filtre à charbon actif. On provoque de préférence un déplacement axial des matières à l'intérieur du four d'incinération en inclinant ce dernier par rapport à l'horizontale au cours de sa rotation. Selon une forme de réalisation préférée du procédé dans lequel ladite substance polluante est du mercure imprégnant lesdites matières minérales, on chauffe avantageusement ces matières à une température supérieure à la température d'évaporation du mercure, pendant une durée supérieure au temps de migration du mercure hors des particules de matières broyées, on recueille les vapeurs à la sortie du four d'incinération par aspiration au moyen d'une pompe à vide et on condense le mercure gazeux dans la cuve à eau. On module de préférence la vitesse de déplacement axial des matières à l'intérieur du four en variant l'inclinaison du four d'incinération par rapport à l'horizontale. On associe avantageusement audit four d'incinération au moins une seconde rampe de brûleurs disposés à l'extérieur sensiblement parallèlement à une génératrice passant par le point le plus bas du four. Le but fixé est également atteint par un dispositif tel que défini en préambule et caractérisé en ce que ledit four d'incinération est cylindrique et rotatif autour de son axe et en ce qu'il est pourvu d'au moins une rampe de brûleurs disposée à l'intérieur dudit four, sensiblement parallèlement à son axe. Ledit four d'incinération comporte avantageusement une ceinture périphérique ayant la forme d'une couronne dentée, et le dispositif comporte de préférence un moteur d'entraînement dont l'arbre moteur porte un pignon agencé pour engrener ladite couronne dentée. Selon un mode de réalisation préféré, ladite rampe de brûleurs est fixe et montée sur un rail coaxial à l'axe du four d'incinération. Le four d'incinération est avantageusement pourvu de moyens agencés pour incliner son axe par rapport à l'horizontale. Selon une forme de réalisation préférée, le four est associé à au moins une seconde rampe de brûleurs disposés à l'extérieur, sensiblement parallèlement à une génératrice passant par le point le plus bas de ce four. Selon une autre forme de réalisation, le four est associé à au moins une torche à plasma disposée à l'extérieur, sensiblement parallèlement à une génératrice passant par le point le plus bas de ce four. Selon une forme de réalisation avantageuse, le dispositif comporte une pompe à vide connectée auxdits moyens de traitement des gaz et vapeurs pour aspirer ces derniers hors du four. Les moyens de traitement comportent de préférence au moins une cuve à eau pour refroidir les gaz et recueillir le condensat. Selon une forme de réalisation préférée, le dispositif est monté sur une plateforme d'un véhicule tracté ou autonome. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux en référence à un mode de réalisation de l'invention et aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 illustre de façon schématique les différentes étapes du procédé selon la présente invention; - la figure 2 est une vue en coupe du four d'incinération faisant partie du dispositif selon la présente invention; et - la figure 3 est une vue de face du four d'incinération de la figure 2. En référence aux figures, le dispositif de traitement 10 comporte essentiellement des moyens de préparation 11 des matières contaminées, un four d'incinération 12, des moyens de traitement 13 des gaz et des vapeurs, des moyens de récupération 14 des produits polluants et des moyens de filtration 15. Les moyens de préparation 11 des matières comportent un dispositif de concassage 16 des matières brutes, dans lequel ces matières sont broyées de façon que les particules les plus grandes aient une dimension maximale de 0,4 à 25 mm, et un dispositif d'alimentation automatique 17 du four d'incinération en a matières concassées. Le four d'incinération 12 comporte une paroi extérieure 18 ayant une forme sensiblement cylindrique à base circulaire, cette paroi extérieure étant soutenue par les galets rotatifs 19 disposés autour du four de façon à permettre sa rotation. La paroi extérieure 18 est solidaire d'une ceinture périphérique constituée d'une couronne dentée 20 entraînée par un pignon 21 d'un moteur d'entraînement 22. Le four 12 comporte également un manteau intérieur 23 en acier réfractaire supporté par un rail 24 fixe disposé parallèlement à l'axe du cylindre. Chaque extrémité du rail 24 repose sur un pied 25 de hauteur réglable, de telle façon qu'en modifiant la hauteur des pieds, l'inclinaison du four puisse être modifiée.Cette inclinaison est généralement comprise entre 00et 15 , la partie la plus haute du four recevant la matière provenant du dispositif d'alimentation automatique 17. Les extrémités du four 12 sont fermées par deux couvercles 26, 27 solidaires du rail 24. Le premier couvercle 26, placé du côté du dispositif d'alimentation automatique, comporte une ouverture 28, sensiblement centrale, dans laquelle est déversé la matière provenant du dispositif d'alimentation. Le deuxième couvercle 27, placé à l'autre extrémité du four, comporte une ouverture inférieure 29, disposée de façon que la matière incinérée puisse sortir du four par cette ouverture inférieure. Un anneau 30 de fibres de céramique est disposé entre les couvercles 26, 27 et la paroi extérieure 18 du four, de façon à éviter des déperditions de chaleur trop importantes au niveau des couvercles, tout en permettant la rotation de la paroi par rapport aux couvercles. Le four 12 comporte en outre des éléments d'incinération 31, qui sont par exemple au nombre de trois. Chaque élément d'incinération est constitué d'un tube d'alimentation 32 relié à une rampe 33 sur laquelle sont montés des brûleurs 34. Le tube d'alimentation 32 et la rampe 33 comportent quatre canaux (non représentés). Deux de ces canaux sont reliés entre eux et sont utilisés pour y faire circuler un liquide de refroidissement tel que de l'eau. Les deux autres canaux débouchent à proximité des brûleurs et sont connectés à un dispositif d'alimentation et de régulation 35 qui introduit respectivement de l'oxygène et un combustible tel que du gaz naturel ou du fuel dans chacun des canaux. Chaque tube d'alimentation 32 est entouré d'une couche isolante en laine de céramique afin d'éviter une surchauffe et une destruction des tubes. Les brûleurs 34 sont disposés vers le bas et répartis de telle façon que la température des matières contenues dans le four soit sensiblement uniforme. Un tube d'aspiration 36 est disposé au-dessus de chaque rampe de brûleurs, ces tubes étant reliés aux moyens de traitement 13 des gaz et des vapeurs par l'intermédiaire d'une pompe à vide 37. Cette pompe peut par exemple être un échangeur air/air à ailettes, muni d'un système de refroidissement. Les moyens de traitement 13 des gaz et des vapeurs comportent une cuve à eau 38 fermée pourvue d'une entrée 39 et d'une sortie 40 et contenant de l'eau à température ambiante. Cette cuve comporte une vanne de récupération 41 dans le fond, permettant de récupérer les produits condensés précipités dans la cuve. Les moyens de traitement 13 comportent également un filtre à charbon actif 42 modifié au soufre et une turbine 43 permettant de rejeter les gaz purifiés dans l'atmosphère. Ce filtre à charbon actif peut être modifié selon le type de polluant à traiter. Le procédé selon la présente invention est décrit en référence à un mode de réalisation concret dans lequel la matière contaminée est formée de terre et de roches polluées au mercure. Le terrain est tout d'abord excavé et la matière contaminée est introduite dans le dispositif de concassage 16. Elle est broyée jusqu'à ce que les particules les plus grandes aient une dimension maximale comprise entre 0,4 et 25 mm. Ces particules sont introduites dans le dispositif d'alimentation automatique 17 qui les déverse dans le four 12 par l'ouverture centrale 28 du premier couvercle 26. Les brûleurs 34 sont alimentés en gaz naturel et en oxygène de telle façon que la température à l'intérieur du four soit comprise entre 1000"C et 12000C. Le four est incliné d'un angle compris entre 5"et 150, la partie la plus haute recevant la matière concassée. Le four est mis en rotation au moyen de la couronne dentée 20. Les matières introduites dans le four sont mélangées grâce à la rotation du four et avancent grâce à son inclinaison. Cette inclinaison est déterminée expérimentalement en fonction du type de matière à dépolluer, de telle façon que les matières restent dans le four pendant une durée supérieure au temps de migration du mercure dans la matière. Le mercure est vaporisé et aspiré par les tubes d'aspiration 36. Les matières solides incinérées sortent du four par l'ouverture inférieure 29 du deuxième couvercle 27 et sont contrôlées au moyen d'un spectromètre. Les gaz et les vapeurs aspirés par les tubes 36 et contenant du mercure ont une température sensiblement égale à 900" C à la sortie du four. Elles traversent la pompe à vide 37 et en ressortent à une température d'environ 420" C. Ces gaz sont introduits dans la cuve 38 par son entrée 39 et son refroidis jusqu'à une température d'environ 20 C. Le mercure se condense et peut alors être récupéré sous forme liquide par la vanne de récupération 41. Les gaz et les vapeurs restants traversent le filtre à charbon actif 42 modifié au soufre. Le soufre du filtre forme un sulfure de mercure avec les particules de mercure non condensées dans la cuve 38, ce qui permet une purification optimale des gaz. Ils peuvent ensuite être rejetés dans l'atmosphère. Le même procédé peut être utilisé pour décontaminer un sol pollué aux hydrocarbures. Dans ce cas, le combustible peut être du fuel et il est possible d'utiliser un seul brûleur. Le procédé selon la présente invention peut aussi bien être utilisé pour décontaminer des sols contenant différents hydrocarbures lourds, que des sols contenant des métaux tels que du mercure. ll consomme peu d'énergie par rapport aux procédés utilisés actuellement, tout en présentant une souplesse d'utilisation plus grande. L'ensemble du dispositif de traitement peut être monté sur une remorque tractée ou sur un camion, ce qui facilite son transport et permet de traiter aussi bien des petites quantités de matière que des grandes, sans qu'il soit nécessaire de mettre en place une installation particulièrement complexe. Le coût lié à la décontamination d'un terrain pollué est ainsi considérablement réduit par rapport aux procédés de l'art antérieur. La présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, mais s'étend à toute modification évidente pour l'homme de l'art. En particulier, le nombre et la disposition des brûleurs, ainsi que le type de combustible utilisé dans le four peuvent être modifiés. I1 est également possible d'ajouter un tube d'aspiration en haut du four, de façon à récupérer les gaz et les vapeurs qui n'ont pas été aspirés par les tubes 36 liés aux rampes. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement in situ de matières minérales contaminées par une substance polluante, notamment une substance liquide ou solide minérale ou organique telle que du mercure, des hydrocarbures, des solvants ou similaires, dans lequel on procède à une incinération et/ou une désorption thermique desdites matières minérales contaminées et à un traitement des gaz et des vapeurs par rinçage et/ou filtration, caractérisé en ce que l'on procède à ladite incinération et/ou désorption thermique à l'intérieur d'un four d'incinération (12) cylindrique rotatif pourvu d'au moins une rampe (33) de brûleurs (34) disposée à l'intérieur dudit four, sensiblement parallèlement à son axe. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on procède à un broyage préalable desdites matières pour les ramener à l'état de particules dont la plus grande dimension est au maximum comprise entre 0,4 et 50 mm et de préférence entre 0,4 et 10 mm. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on procède à un traitement de refroidissement des gaz et vapeurs en les faisant barboter dans une cuve à eau (38). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on procède à un traitement de purification des gaz et vapeurs en les faisant traverser au moins un filtre à charbon actif (42). 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on provoque un déplacement axial des matières à l'intérieur du four d'incinération (12) en inclinant ce dernier par rapport à l'horizontale au cours de sa rotation. 6. Procédé selon les revendications 1, 2 et 3, dans lequel ladite substance polluante est du mercure imprégnant lesdites matières minérales, caractérisé en ce que l'on chauffe ces matières à une température supérieure à la température d'évaporation du mercure, pendant une durée supérieure au temps de migration du mercure hors des particules de matières broyées, en ce que l'on recueille les vapeurs à la sortie du four d'incinération (12) par aspiration au moyen d'une pompe à vide (37) et en ce que l'on condense le mercure gazeux dans la cuve à eau (38). 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on module la vitesse de déplacement axial des matières à l'intérieur du four d'incinération (12) en variant l'inclinaison dudit four par rapport à l'horizontale. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on associe audit four d'incinération (12).au moins une seconde rampe (33) de brûleurs (34) disposés à l'extérieur sensiblement parallèlement à une génératrice passant par le point le plus bas du four. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on associe audit four d'incinération (12) au moins une torche à plasma disposée à l'extérieur, sensiblement parallèlement à une génératrice passant par le point le plus bas de ce four. 10. Dispositif de traitement in situ de matières minérales contaminées par une substance polluante, notamment par une substance liquide ou solide minérale ou organique telle que le mercure, des hydrocarbures, des solvants ou similaires, ce dispositif comportant un four d'incinération desdites matières minérales contaminées et des moyens de traitement des gaz et des vapeurs par rinçage et/ou filtration, caractérisé en ce que ledit four d'incinération (12) est cylindrique et rotatif autour de son axe et en ce qu'il est pourvu d'au moins une rampe (33) de brûleurs (34) disposée à l'intérieur dudit four, sensiblement parallèlement à son axe. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit four d'incinération (12) comporte une ceinture périphérique ayant la forme d'une couronne dentée (20), et en ce que le dispositif comporte un moteur d'entraînement (22) dont l'arbre moteur porte un pignon (21) agencé pour engrener ladite couronne dentée. 12. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite rampe (33) de brûleurs est fixe et montée sur un rail (24) traversant coaxial à l'axe du four d'incinération (12). 13. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le four d'incinération (12) est pourvu de moyens agencés pour incliner son axe par rapport à l'horizontale. 14. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le four d'incinération (12) est associé à au moins une seconde rampe (33) de brûleurs (34) disposés à l'extérieur, sensiblement parallèlement à une génératrice passant par le point le plus bas de ce four. 15. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte une pompe à vide (37) connectée auxdits moyens de traitement (13) des gaz et vapeurs pour aspirer ces derniers hors du four. 16. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de traitement (13) comportent au moins une cuve à eau (38) pour refroidir les gaz et recueillir le condensat. 17. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il est monté sur une plate-forme d'un véhicule tracté ou autonome.