Brevet FR2759000A1 — publié le 19980807

La présente invention concerne un dispositif et un procédé de dépollution de sols contaminés par des produits polluants dont la densité est inférieure ou sensiblement égale à 1 et de type principalement hydrophobe, par exemple des hydrocarbures, des huiles végétales, des huiles de coupe, ou encore des huiles anthracéniques. La mise en oeuvre de la présente invention présente notamment l'avantage de pouvoir se faire aisément sur site puisque le dispositif est facilement transportable et d'un coût relativement peu élevé. Le principe du traitement est fondé sur la libération du produit polluant par rupture des ménisques formés entre les grains constituants le sol, grâce à une injection optimisée d'air dans un volume déterminé de matériau pollué et saturé en eau. La rupture, par l'action de l'air, des contacts entre les grains provoque la remontée du produit polluant de densité sensiblement inférieure à celle de l'eau dans laquelle baignent les grains de sol. De plus, le brassage du sol provoqué par l'injection d'air dans un milieu saturé en eau, favorise l'aéroflottation des particules fines chargées en produit polluant. Ainsi, l'entraînement des fines en surface participe à l'efficacité de la dépollution, tout en nettoyant les plus grosses particules des fines. Dans une variante, l'injection d'eau au sein du matériau pollué se fait avec des moyens comparables à ceux utilisés pour l'injection d'air. Ainsi, la présente invention concerne un dispositif de dépollution de matériaux granulaires contaminés par des produits polluants de densité sensiblement inférieure à 1 et de type principalement hydrophobe. Le dispositif comporte une cuve à fond sensiblement plat, des moyens d'injection d'air et des moyens d'injection d'eau. Les moyens d'injection d'air comportent des orifices répartis sur le fond de la cuve de façon à ce que les matériaux, une fois chargés dans la cuve et saturés en eau soient brassés sensiblement uniformément par l'air injecté. Les moyens d'injection d'eau peuvent comporter des orifices répartis sur le fond de façon à ce que les matériaux, chargés dans la cuve et saturés en eau, soient brassés sensiblement uniformément par l'injection d'air et par l'injection d'eau. On peut disposer une bande imperméable sur le périmètre de ladite cuve. Les moyens d'injection d'air et les moyens d'injection d'eau peuvent être constitués par des tubes comportant des perforations réparties le long des tubes de façon à ce que le débit du fluide soit sensiblement équivalent à la sortie des orifices de même nature. Les tubes d'injection d'air peuvent être parallèles et régulièrement espacés sur le fond de la cuve et les tubes d'injection d'eau peuvent être intercalés entre les tubes d'injection d'air. L'invention concerne également un procédé de dépollution de matériaux granulaires contaminés par des produits polluants de densité sensiblement inférieure à 1 et de type principalement hydrophobe. Dans le procédé, on effectue les étapes suivantes: - on dispose une quantité desdits matériaux dans une cuve comportant des moyens d'injection d'air et des moyens d'injection d'eau, lesdits moyens d'injection d'air comportant des orifices répartis sur le fond de la cuve - on sature en eau la quantité des matériaux par les moyens d'injection d'eau de façon à ce qu'une lame d'eau surmonte les matériaux stockés dans la cuve, - on injecte de l'air par lesdits moyens d'injection d'air de façon à brasser à l'air l'ensemble des matériaux granulaires, - on retire la lame d'eau chargée en produits polluants par pompage et/ou déversement. On peut effectuer une étape préliminaire de malaxage des matériaux avant chargement de la cuve de brassage. On peut effectuer une étape d'injection d'eau par lesdits moyens d'injection d'eau qui comportent des orifices répartis sur le fond de la cuve. On peut effectuer une étape d'injection d'air et d'eau de façon simultanée. On peut disposer dans la cuve une bande imperméable sur le périmètre de la cuve. Le fluide provenant de la lame d'eau peut être recueilli dans un bac de décantation. La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus nettement à la lecture de l'exemple ci-après, nullement limitatif et illustré par les figures annexées, parmi lesquelles: - la figure 1 représente une perspective éclatée d'une réalisation du dispositif selon l'invention, et - la figure 2 représente un détail des moyens d'injection d'air ou d'eau. La figure 1 et la figure 2 décrivent une cuve de traitement 15 étanche munie d'une vanne de vidange 11 et d'une vanne de trop plein 10. En amont de la vanne de vidange 11 se trouve un filtre (toile à mailles millimétriques) 12 destiné à retenir le matériau lors du ressuyage des sables en fin de traitement. La cuve 15 est alimentée par un réseau de drains alimentés en air comprimé et munis chacun d'une vanne 1 et un réseau de drains constitués par des tubes alimentés en eau, et munis chacun d'une vanne 6. Il existe également deux vannes de fuite 7 et 8 permettant une montée en pression progressive de l'alimentation d'air et d'eau. Les drains 5 sont posés à même le fond de la cuve 15, sensiblement horizontalement. Des orifices 17 sont aménagés le long des tubes d'air, la section des orifices et leur nombre sont déterminés de façon à ce qu'en fonction du débit d'air disponible et de la surface du fond du bac, le débit de sortie de l'air au niveau de l'ensemble des orifices soit sensiblement égal. Ainsi, on obtient un brassage à l'air le plus régulier et homogène possible, ce qui favorise la rupture du plus grand nombre de ménisques de polluants. La disposition et la forme des orifices d'eau 18 sur les tubes d'injection d'eau sont effectuées selon le meme principe, mais adaptées à l'eau. Une plaque 4 est disposée le long du pourtour (largeur d'environ 30 cm) de la cuve de traitement de façon à empêcher la remontée privilégiée de l'air en bordure de cuve (effet de bord). Cette plaque 4, qui joue le rôle d'une chicane à l'air peut être métallique ou plastique, et directement fixée sur les bords de la cuve. L'arrivée d'air se fait en 13 et l'arrivée d'eau en 14. Lorsque la cuve 15 est en place sur le site, on dépose le matériau à traiter 3 sur le fond de la cuve et l'on sature en eau par remplissage de la cuve, de préférence par les drains d'eau. L'injection d'air débute lorsque la saturation est complète, c'est à dire lorsque une lame d'eau 2 apparaît au-dessus du matériau. De préférence, les injections d'air et d'eau se poursuivent de manière concomitante jusqu'à ce que la lame d'eau 2 ait une hauteur suffisante compte tenu de la quantité de produits polluants et de fines qui surnagent au fur et à mesure du brassage. De préférence, l'injection d'eau est ensuite arrêtée. Le procédé est amélioré lorsque la quantité de matériau à traiter est homogénéisée au préalable dans des moyens de malaxage, par exemple du type toupie à béton ou équivalent. On peut également équiper un autre bac de moyens de malaxage du type hélice ou vis d'Archimède. Au cours du traitement, la lame d'eau 2 de la cuve de traitement est rejetée ou déversée dans un autre bac de décantation (non représenté). On peut utiliser des pompes ou des goulottes de déversement pour régler le niveau de la lame d'eau en cours de brassage à l'air avec injection conjointe d'eau. Un test de traitement est réalisé à l'aide du dispositif tel que représenté sur les figures 1 et 2, sur un matériau dont la teneur initiale en produit polluant du type huile paraffinique est de 5,1 g/kg (5100 ppm). L'huile paraffinique se caractérise par une viscosité de 18 cst à 11"C, une tension superficielle de 28,5 mN/m, une tension interfaciale de 21 mN/M et une masse volumique à 20"C de 0,87 g/cm3. Le matériau pollué est composé d'alluvions anciennes de Seine d'une granulométrie de type bimodale : 20% des éléments sont de taille inférieure à 0,2 mm et 80% des grains sont compris entre 0,2 mm et 2 mm. Bien entendu, le dispositif selon l'invention est adapté aux sols dont la répartition granulométrique est différente du présent exemple. De préférence, les sols à traiter sont classifiés en tant que sables ou graviers. Le procédé de dépollution est effectué de la façon suivante. Le matériau pollué est placé dans la cuve de traitement (7 m3 de terre pour une surface de 10 m2). En premier lieu, l'eau est injectée par le réseau des drains d'eau afin de saturer le matériau. Ensuite, l'air et l'eau sont injectés par les deux réseaux de drains situés à la base de la cuve. Les drains sont disposés de manière horizontale de façon à ne pas initier d'injection d'eau ou d'air dans certaines portions des drains. L'espacement entre drains air (idem pour les drains eau) est de 50 cm. La diminution de l'espacement entre drains (25 cm par exemple) peut être envisagée et devrait améliorer l'efficacité de la dépollution. Dans le cas du présent test, chaque drain a une longueur de 4 mètres et comporte des fentes de 0,15 mm2, à raison de 11 fentes par mètre. On a utilisé une crépine en PVC de 35x42 mm (largeur des fentes de crépine: 0,3 mm) dont on a obturé une grande partie des fentes. Cette disposition particulière des orifices a pour objectif de correctement répartir le débit d'injection d'air ou d'eau sur la longueur des tubes. Dans l'exemple présent, l'air est injecté par un ventilateur à raison de 350 m3/h à une pression de 0,24 bars. L'eau est injectée à la base du bac (la saturation est en général obtenue pour 1 m3 d'eau par m3 de terre polluée). L'action de l'air met en mouvement le matériau saturé en eau. Pour améliorer le mouvement, il est avantageux d'injecter conjointement de l'air et de l'eau, notamment dans une phase préliminaire. L'hydrocarbure et les fines chargées en hydrocarbure remontent à la surface dans une lame d'eau située au-dessus du matériau. Cette lame d'eau est ensuite pompée vers un bac de décantation. L'hydrocarbure surnageant y est ensuite récupéré (la quantité est faible: de l'ordre du litre compte tenu de la teneur originelle de 5,1 g/kg, relativement faible). Le volume de fines argileuses (dont la teneur en huile est alors de l'ordre de 30 g/kg) est de 1,5 m3. L'eau contenue par le matériau traité est évacuée à l'égout sans traitement particulier (la teneur en hydrocarbure de l'ordre de 3 mg/l) à l'aide d'une vanne de vidange située en fond de cuve de traitement. Lorsque l'hydrocarbure surnageant est récupéré du bac de décantation, la lame d'eau (au-dessus des fines) est également évacuée à l'égout (pour une sédimentation correcte des fines, il convient d'attendre environ deux jours). Les durées d'injection d'air et d'eau ont été, respectivement, de 5h et 2h30. La teneur résiduelle en hydrocarbure dans le matériau, après traitement, est de 1,8 g/kg (1800 ppm). Pour le matériau testé dans le cas présent et pour le type de polluant considéré, le rendement dudit procédé (l'abattement de la teneur en polluant) est - r '- ?- de 60r . De plus, le sable a été nettoyé des particules fines. Ce procédé et ce dispositif de dépollution peuvent s'appliquer à divers types de produits polluants dans la mesure où ils sont plus légers que l'eau et de type principalement hydrophobe. REVENDICATIONS 1) Dispositif de dépollution de matériaux granulaires contaminés par des produits polluants de densité sensiblement inférieure à 1 et de type principalement hydrophobe, caractérisé en ce qu'il comporte une cuve à fond sensiblement plat (15), des moyens d'injection d'air et des moyens d'injection d'eau (5), en ce que lesdits moyens d'injection d'air comportent des orifices (17) réparti s sur le fond de la cuve de façon à ce que les matériaux une fois chargés dans la cuve et saturés en eau, soient brassés sensiblement uniformément par l'air injecté. 2) Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens d'injection d'eau (5) comportent des orifices (18) répartis sur le fond de façon à ce que les matériaux chargés dans la cuve et saturés en eau, soient brassés sensiblement uniformément par l'injection d'air et l'injection d'eau. 3) Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel on dispose une bande imperméable (4) sur le périmètre de ladite cuve. 4) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens d'injection d'air et les moyens d'injection d'eau sont constitués par des tubes (5) comportant des perforations (17 ; 18) réparties le long des tubes de façon à ce que le débit du fluide soit sensiblement équivalent à la sortie de tous les orifices de même nature. 5) Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les tubes d'injection d'air sont parallèles et régulièrement espacés sur le fond de la cuve et dans lequel les tubes d'injection d'eau sont intercalés entre les tubes d'injection d'air. 6) Procédé de dépollution de matériaux granulaires contaminés par des produits polluants de densité sensiblement inférieure à 1 et de type principalement hydrophobe, caractérisé en ce que l'on effectue les étapes suivantes: - on dispose une quantité desdits matériaux dans une cuve (15) comportant des moyens d'injection d'air et des moyens d'injection d'eau (5), lesdits moyens d'injection d'air comportant des orifices (17) répartis sur le fond de la cuve, - on sature en eau la quantité des matériaux par les moyens d'injection d'eau de façon à ce qu'une lame d'eau surmonte les matériaux stockés dans la cuve, - on injecte de l'air par lesdits moyens d'injection d'air de façon à brasser à l'air l'ensemble des matériaux granulaires, - on retire la lame d'eau chargée en produit polluant par pompage et/ou déversement. 7) Procédé selon la revendication 6, dans lequel on effectue une étape préliminaire de malaxage desdits matériaux avant remplissage de la cuve de brassage. 8) Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel on effectue une étape d'injection d'eau par lesdits moyens d'injection d'eau qui comportent des orifices (18) répartis sur le fond de la cuve. 9) Procédé selon l'une des revendications 6 ou 8, dans lequel on effectue une étape d'injection d'air et d'eau de façon simultanée. 10) Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, dans lequel on dispose dans la cuve une bande imperméable (4) sur le périmètre de la cuve. 11) Procédé selon l'une des revendications 6 à 10, dans lequel le fluide provenant de la lame d'eau est recueilli dans un bac de décantation.