Brevet FR3056421A1 — publié le 20180330

Système et procédé pour l'assainissement d'un sol contaminé La présente invention concerne un système et une méthode pour l'assainissement d'un sol contaminé. L'invention peut être utilisée pour le traitement des sols, des nappes aquifères, des nappes phréatiques et de tout matériau contaminé. Art antérieur La contamination des matériaux poreux tel que les sols est un sujet de grande préoccupation. Les sols peuvent être contaminés par des contaminants chimiques, biologiques et/ou radioactifs. La décontamination de ces sols est un essentiel pour préserver l'environnement et la santé publique. Les sols peuvent êtres décontaminés par désorption thermique qui consiste en la dégradation des contaminants par l'effet de l'augmentation de la température du sol à traiter. La désorption thermique est applicable in-situ par l'injection de chaleur dans les sols ou ex-situ et donc sur des sols excavés. La désorption thermique permet d'extraire les contaminants volatiles et semi-volatiles. Les systèmes et procédés in-situ de décontamination des sols par injection de vapeur ont été décrits dans l'art antérieur. Ces systèmes et procédés utilisent des grandes quantités d'énergie pour le processus de chauffage. Une partie importante de cette énergie est perdue pour le transport de vapeur vers ou depuis le sol. D'un point de vue énergétique, ces procédés sont coûteux et non respectueux de l'environnement. En plus, l'installation de ces systèmes est compliquée due à l'utilisation d'éléments, par exemple tuyaux et tubes, assez grand, volumineux et conçus pour des pressions et des températures élevées. Le processus de décontamination utilisant les systèmes de l'art antérieur est assez long et très couteux. Autre inconvénient des systèmes existants est qu'ils sont dépourvus de moyens permettant de suivre l'évolution du procédé d'assainissement en temps réel. Il y ainsi besoin de réduire la perte d'énergie, le temps et le coût du procédé d'assainissement des sols. Il y a aussi besoin d'une système et méthode permettant le suivi en temps réel du processus d'assainissement. La présente invention vise à fournir une solution à au moins l'un des problèmes mentionnés ci-dessus. Résumé de l'invention Dans un premier aspect, la présente invention fournit un système d'assainissement d'un sol comprenant des contaminants. Le système comprend : 3056421 2 - au moins un élément chauffant destiné à être inséré dans le sol, ledit élément chauffant comprend un tube externe non perforé ayant une extrémité ouverte et une extrémité fermée et un tube interne non perforée ayant les deux extrémités ouvertes, le tube interne est insérée dans le tube externe formant ainsi un espace interne entre les deux tubes, les 5 extrémités ouvertes des tubes et l'espace interne sont connectable à une source de chaleur pour chauffer le sol transformant ainsi les contaminant présent dans le sol en vapeur de contaminants, - au moins un élément de masse métallique insérable dans l'espace annulaire formé entre les tubes externe et interne relié à une des extrémités des tubes par une tige dont la 10 hauteur peut être réglée - au moins un tube vapeur perforé et connectable à un moyen d'aspiration pour l'extraction de la vapeur de contaminants en dehors du sol, le diamètre du tube vapeur est compris entre 25mm et 60mm, - au moins une chambre de combustion constituée de deux cylindres concentriques, dont le 15 cylindre intérieur est composé de matériau réfractaire, constituant ainsi une partie annulaire au travers de laquelle de l'air secondaire est introduit au moyen d'une entrée d'air séparée, afin de refroidir l'extérieur de ladite chambre de combustion et d'apporter de l'air de combustion supplémentaire pour oxyder les polluants gazeux introduits dans ladite chambre de combustion par l'entrée, 20 - au moins un boitier régulant la source de chaleur, ledit boitier est connectable à l'extrémité de l'élément chauffant, dans le prolongement direct de la chambre de combustion, - au moins un moyen de mesure de la température du sol, le dit moyen est inséré dans le sol contaminé, 25 - au moins un moyen de mesure de la masse métallique insérable dans l'espace annulaire - au moins un moyen de mesure de la température des fluides de combustion de l'élément chauffant, le dit moyen est connectable à l'élément chauffant, - au moins un boitier de chauffage connecté à l'extrémité de la chambre de combustion est régulé en fonction des températures mesurées par les trois éléments décrits ci-dessus 30 - au moins un moyen de mesure de la pression du sol inséré dans le sol contaminé, - au moins un moyen de mesure de la pression du sol connectable au tube vapeur, et - au moins un système d'injection de liquide dans le tube perforé, destiné à vaporiser un liquide injecté dans ledit tube. 35 Dans un deuxième aspect, l'invention fournit une méthode d'assainissement d'un sol comprenant des contaminants. La méthode comprend les étapes suivantes : a) introduire dans le sol contaminé au moins trois élément chauffant tel que décrit ci-dessus pour fournir de la chaleur au sol, lesdits éléments chauffants ont introduit de façon à créer un triangle équilatéral et tel que les extrémités ouvertes des tubes desdits éléments 40 chauffants sont à la surface du sol, 3056421 3 b) connecter chaque élément chauffant à un boitier tel que décrit tel que décrit ci-dessus, ou c) connecter deux ou trois éléments à un boitier tel que décrit tel que décrit ci-dessus, d) introduire dans le sol à proximité de chaque élément chauffant au moins un tube vapeur 5 tel que décrit tel que décrit ci-dessus pour l'extraction de la vapeur de contaminants, e) connecter le tube vapeur à au moins un moyen d'aspiration, f) introduire dans le sol au centre du triangle équilatéral formé par les éléments chauffant au moins un moyen de mesure de la température du sol pour suivre l'évolution de la température du sol, 10 g) augmenter la température de l'élément chauffant au moins à 400°C, h) maintenir la température de l'élément chauffant à 400°C ou plus pendant plusieurs 7 à 20 jours pour évaporer l'eau contenu dans le sol contaminé et provoquer la vaporisation des contaminants du sol et l'obtention d'une vapeur de contaminants, i) extraire la vapeur de contaminants du sol via le tube vapeur en activant le moyen 15 d'aspiration. L'invention est décrite dans ce qui suit en référence à un sol comme exemple. Le système et le procédé de l'invention ne sont pas limités au traitement des sols et peuvent être utilisés pour traiter tout autre matériel poreux et/ou nappe aquifère. 20 Le système et la méthode de l'invention présentent plusieurs avantages parmi lesquels on peut citer : faibles pertes thermiques vers l'extérieur, le système est dépourvu de circuits aériens résistant à haute pression et à haute température, meilleur ajustement du temps de traitement grâce à un contrôle aisé des paramètres de fonctionnement, installation à faible 25 coût et installation flexible. Brève description des figures Figure 1 représente le brûleur selon un mode de réalisation de l'invention. 30 Figure 2 représente une coupe longitudinale du brûleur. Figure 3 représente une vue en perspective du système selon un mode de réalisation de l'invention. Figure 4 représente une vue en coupe du système selon un mode de réalisation de l'invention. 35 Description des modes de réalisation exemplaires L'invention concerne un système et une méthode d'assainissement d'un sol contaminé par traitement thermique. 40 3056421 4 Le mot « environ » tel que utilisée ici fait référence à une valeur mesurable comme un paramètre, une quantité, un intervalle de temps. Le mot « environ » couvre les variations de +7-25% ou moins, de préférence +7-10% ou moins, plus de préférence +/-5% ou moins, encore plus de préférence +/-1% ou moins, et encore plus de préférence +/-0.1% 5 ou moins de et à partir de la valeur spécifiée, dans la mesure où de telles variations sont appropriées pour réaliser l'invention décrite. Toutefois, il est bien entendu que la valeur à laquelle le mot «environ» fait référence est lui-même également spécifiquement décrit. L'invention permet le traitement thermique des sols, des nappes aquifères et de tout 10 matériau contaminé par des composés volatils et semi volatils ayant un point d'ébullition à pression atmosphérique REVENDICATIONS1. Système d'assainissement d'un sol comprenant des contaminants, ledit système comprend : - au moins un élément chauffant destiné à être inséré dans le sol, ledit élément chauffant comprend un tube externe non perforé ayant une extrémité ouverte et une extrémité fermée et un tube interne non perforée ayant les deux extrémités ouvertes, le tube interne est insérée dans le tube externe formant ainsi un espace interne entre les deux tubes, les extrémités ouvertes des tubes et l'espace interne sont connectable à une source de chaleur pour chauffer le sol transformant ainsi les contaminant présent dans le sol en vapeur de contaminants, - au moins un élément de masse métallique insérable dans l'espace annulaire formé entre les tubes externe et interne relié à une des extrémités des tubes par une tige dont la hauteur peut être réglée - au moins un tube vapeur perforé et connectable à un moyen d'aspiration pour l'extraction de la vapeur de contaminants en dehors du sol, le diamètre du tube vapeur est compris entre 25mm et 60mm, - au moins une chambre de combustion (Figures 1 et 2) constituée de deux cylindres concentriques, un cylindre externe [1] pourvue d'au moins deux entrées d'air [3] et [4] et un cylindre interne [2], ledit cylindre intérieur [2] est composé de matériau réfractaire, constituant ainsi une partie annulaire au travers de laquelle de l'air secondaire est introduit au moyen d'une entrée d'air séparée [3], afin de refroidir l'extérieur de ladite chambre de combustion et d'apporter de l'air de combustion supplémentaire pour oxyder les polluants gazeux introduits dans ladie chambre de combustion par l'entrée [4], - au moins un boitier régulant la source de chaleur, ledit boitier est connectable à l'extrémité de l'élément chauffant, dans le prolongement direct de la chambre de combustion - au moins un moyen de mesure de la température du sol, le dit moyen est inséré dans le sol contaminé, - au moins un moyen de mesure de la masse métallique insérable dans l'espace annulaire - au moins un moyen de mesure de la température des fluides de combustion de l'élément chauffant, le dit moyen est connectable à l'élément chauffant, - au moins un boitier de chauffage connecté à l'extrémité de la chambre de combustion est régulé en fonction des températures mesurées par les trois éléments décrits ci-dessus - au moins un moyen de mesure de la pression du sol inséré dans le sol contaminé, - au moins un moyen de mesure de la pression du sol connectable au tube vapeur, et 3056421 10 - au moins un système d'injection de liquide dans le tube perforé, destiné à vaporiser un liquide injecté dans ledit tube. 2. Système selon la revendication 1 dans lequel l'épaisseur minimale du tube externe est de 3mm. 5 3. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'épaisseur minimale du tube interne est de 0.5mm. 4. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'épaisseur du tube vapeur est comprise entre 2 et 3mm. 5. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les tubes de 10 l'élément chauffant et le tube vapeur sont de longueurs identiques. 6. Système selon l'une des revendications précédentes , dans lequel les moyens de mesure de température sont des thermocouples et le moyen de mesure de pression est un capteur de pression différentielle. 7. Méthode d'assainissement d'un sol comprenant des contaminants comprenant les 15 étapes suivantes : a) introduire dans le sol contaminé au moins trois élément chauffant tel que décrit dans l'une des revendications 1-6 pour fournir de la chaleur au sol, lesdits éléments chauffants ont introduit de façon à créer un triangle équilatéral et tel que les extrémités ouvertes des tubes desdits éléments 20 chauffants sont à la surface du sol, b) connecter chaque élément chauffant à un boitier tel que décrit dans l'une des revendications 1-6, ou c) connecter deux ou trois éléments à un boitier tel que décrit dans l'une des revendications 1-6, 25 d) introduire dans le sol à proximité de chaque élément chauffant au moins un tube vapeur tel que décrit dans l'une des revendications 1-5 pour l'extraction de la vapeur de contaminants, e) connecter le tube vapeur à au moins un moyen d'aspiration, f) introduire dans le sol au centre du triangle équilatéral formé par les 30 éléments chauffant au moins un moyen de mesure de la température du sol pour suivre l'évolution de la température du sol, g) augmenter la température de l'élément chauffant au moins à 400°C, h) maintenir la température de l'élément chauffant à 400°C ou plus pendant plusieurs 7 à 20 jours pour évaporer l'eau contenu dans le sol contaminé et 35 provoquer la vaporisation des contaminants du sol et l'obtention d'une vapeur de contaminants, i) extraire la vapeur de contaminants du sol via le tube vapeur en activant le moyen d'aspiration. 8. Méthode d'assainissement selon la revendication 7 dans laquelle la température du 40 sol est mesurée répétitivement une fois à la fin d'un laps de temps T à compter de 3056421 11 l'étape f) et jusqu'à la fin du processus, ledit laps de temps T est d'au moins 10 min. 9. Méthode d'assainissement selon une des revendications 7-8 dans laquelle la pression du sol est mesurée pour évaluer le fonctionnement du moyen d'aspiration, 5 ladite pression est mesurée par un moyen de mesure de pression connecté au sol. 10. Méthode d'assainissement selon la revendication 9 dans laquelle la pression du sol est mesurée répétitivement une fois à la fin d'un laps de temps T' à compter à partir de l'étape h) et jusqu'à la fin du processus, ledit laps de temps T' est d'au moins 10 min. 10