Brevet FR3100142A1 — publié le 20210305

Description Titre de l'invention : Dispositif d'extraction et de décontamination de substances organiques et/ou inorganiques à partir de matières solides ou semi-solides sous le contrôle de plusieurs paramètres [pool La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'extraction de substances organiques et/ou inorganiques à partir de matières solides ou semi-solides (sol, sédiments, aquifères, déchets, mâchefer, houe...) par séparation chimique (dissolution et/ou désorption) et/ou physique. L'objectif est de valoriser la matière solide après extraction et/ou les substances organiques et/ou inorganiques extraites. [0002] Ces matières solides ou serai-solides peuvent contenir des substances organiques et/ ou inorganiques sous forme de contaminants ou non contaminants. On cite : [0003] Substances inorganiques (métaux du tableau périodique) sous toutes les formes chimiques, par exemple : Arsenic, Baryum, Cadmium, Chrome, Cuivre, Mercure, Molybdène, Nickel, Plomb, Antimoine, Sélénium, Zinc... Substances organiques : hydrocarbures aromatiques polycycliques, benzène, toluène, éthylbenzène, xylènes, composés organohalogénés, polychlorobiphényle, dérivés azoté, dérivés soufrés, dérivés terpèniques, dérivés phénoliques... [0004] Généralement les substances organiques et/ou inorganiques peuvent être présentes à des concentrations variables entre ng/kg et g/kg. [0005] Les matières solides ou servi-solides à traiter peuvent être par exemple contaminés accidentellement, provenant de construction contenant des matières recyclées, sites industriels traitant une ou plusieurs contaminants organiques et/ou inorganiques... [0006] Pour éliminer ou réduire la présence des substances organiques et/ou inorganiques, plusieurs procédés existent mais qui sont spécifiques à quelques substances organiques ou inorganiques et n'éliminent pas l'ensemble des substances organiques et inorganiques en même temps. D'autre part, les protocoles existant sont limités à des approches spécifiques à un procédé particulier et/ou un agent d'extraction particulier (solvant, chélatant...). [0007] Dans cette invention, nous proposons des combinaisons de procédé/solvant non évoqué dans la littérature pour les matières solides ou semi-solides et les substances (organiques et/ou inorganiques) ciblées. [0008] Parmi les applications de cette invention, le recyclage du sol agricole ou habitable, le recyclage du mâchefer lors de la démolition de constructions contaminées par des substances organiques et/ou inorganiques. Parmi les autres applications, on trouve l'extraction de ces substances organiques et/ou inorganiques présentes en grande 2 concentration dans des déchets urbains (équipements électroniques, vêtements, poubelles...). Ce déchet urbain initialement toxique devient non toxique et/ou son recyclage devient plus facile et adapté au développement durable. Une des autres applications, est d'extraire des substances organiques et/ou inorganiques d'intérêts pour les utiliser dans d'autres domaines, par exemple enrichir un sol par les substances provenant d'un autre sol plus riche. [0009] Les substances organiques et inorganiques récupérées peuvent être purifiées et réutilisées par les entreprises chimiques et/ou autres industries. [0010] La majorité des procédés de la littérature sont limités à une partie des substances or- ganiques ou inorganiques mais ne combinent pas les deux grandes familles et ne balayent pas une large gamme des familles des substances chimiques. D'autre part, la majorité des procédés existants demandent des traitements assez longs pour pouvoir éliminer qu'une partie des substances organiques et inorganiques. [0011] Au regard des limitations des procédés déjà disponibles, il demeure un besoin de disposer d'un procédé multisubstances organiques et inorganiques qui soit à la fois efficace, rapide, économique, protège l'environnement, facile à mettre en oeuvre, fixe ou mobile et accessibles à des endroits encombrants. Il est donc désirable de mettre à disposition de nouveaux procédés propres et robustes pour la décontamination et le traitement des matières solides et scmi-solides. [0012] Cette invention se hase sur un dispositif qui se repose sur l'utilisation de solvant (s) spécifique (s) ayant différentes propriétés physico-chimiques combinées à des procédés pour extraite les substances organiques et/ou inorganiques pour des nouvelles applications pour résoudre des problèmes d'efficacité de traitement et d'environnement. [0013] La demande EP0161698 (1984) concerne un procédé pour le nettoyage et la déconta- mination de sols par a) une séparation d'extraction du sol contaminé principalement par des hydrocarbures ou d'autres substances organiques, des métaux lourds et/ou des cyanures, en agitant le sol contaminé en utilisant comme agent d'extraction de l'eau à un pH déterminé b) la séparation du sol nettoyé ou au moins partiellement nettoyé, de l'eau, c) la réparation des contaminants de l'eau et d) le recyclage de l'eau utilisée comme agent d'extraction. [0014] L'invention EP0335162 (1988) concerne un procédé, ainsi qu'un dispositif, pour l'épuration de couches de sol contenant des substances nocives, au moyen d'un agent d'épuration, recueillant les substances nocives, introduit à travers un tube de forage dans les couches du sol, qui est aspiré hors des couches du sol. L'épuration a lieu à l'intérieur d'une chambre entourant le tube de forage, qui, ensemble avec le tube de forage ou séparé de celui-ci, est descendue dans le sol à épurer. [0015] EP0365898 (1988) évoque un procédé et dispositif d'assainissement de matériaux de 3 sol contaminés. Les substances toxiques sont tout d'abord extraites par délayage du matériau de sol au dioxyde de carbone (CO2) liquide. Le CO2 est ensuite porté à l'état gazeux. Les substances toxiques sont séparées du CO2 gazeux, le CO2 est à nouveau liquéfié et réutilisé. [0016] La méthode EP0438568 (1989) résume la décontamination in situ de la couche contaminée de sol par l'injection de vapeur dans des puits d'injection et par l'extraction des liquides et des vapeurs issus de ces puits d'extraction, dans des conditions de pression suhatmosphérique par lesquelles la vapeur traverse la zone contaminée suivant une direction essentiellement horizontale. [0017] La demande EP0509474 (1991) cible la décontamination du sol pollué par des produits nocifs par traitement avec un milieu d'extraction après un préclassement et une séparation des matières légères et des métaux; grâce à ce milieu d'extraction, les produits nocifs sont dilués, extraits et/ou transformés en matières insolubles. Pour cc traitement, ils commencent par générer des espaces de porcs ou encore par agrandir des espaces de porcs existants dans le sol à traiter, à travers lesquels on guide le milieu d'extraction, les durées de contact entre le sol et le milieu d'extraction étant choisies de telle manière que les produits nocifs sont accueillis par celui-ci par le moyen d'une diffusion. Il est utile de diviser le sol à traiter dans des fractions de graines différentes et de les traiter séparément. [0018] EP0548766 (1991) présente un système pour remédier à un gradient de pression élevé, pour la décontamination de sol, qui comporte au moins un puit d'extraction fonctionnant indépendamment ou en liaison avec un puit d'injection. Le puit d'injection est employé pour injecter de la vapeur, de l'air ambiant ou chauffé, à travers le sol, et une sonde d'extraction qui extrait les fluides, les contaminants et éventuellement l'eau du sol. [0019] L'invention EP0548765 (1991) concerne un système pour décontaminer un volume de terre qui comporte une sonde constituée par un tube creux allongé, une pointe formant une vis hélicoïdale insérable de telle sorte que la sonde puisse être plantée de façon amovible dans le sol et un certain nombre d'ouvertures formées sur le tube pour une injection d'un fluide sous pression dans le sol afin d'en extraire les fluides et les substances polluées. Au moins une sonde peut être utilisée indépendamment en tant que sonde d'extraction par aspiration des substances polluées. [0020] W09404289 (1992) propose la décontamination des matières solides contaminées par des polluants organiques. Les matières solides sont mélangées avec une micro-émulsion, le cas échéant après avoir été broyées et mécaniquement désagrégées. Les impuretés organiques sont solubilisées dans le compartiment apolaire de la micro-émulsion et la micro-émulsion est décomposée, notamment par un changement de la température, en une phase riche en agents tensio-actifs et en une phase contenant les polluants. Une installation de mise en oeuvre du procédé comprend un dispositif d'extraction en plusieurs étapes, dans lequel les matières solides polluées sont mélangées avec la micro-émulsion et les impuretés se concentrent dans la phase huileuse apolaire. [0021] Cette demande EP0608238 (1992) cite la combinaison d'une source d'extraction par le vide, destinée à aspirer des contaminants volatils et des liquides, et dc courant électrique pour chauffer in situ les contaminants volatils et la couche géologique afin d'éliminer des contaminants de la zone vadose. [0022] W09507773 (1993) se rapporte à un procédé et à un dispositif destinés respec- tivement à la détection de la pollution du sol et au nettoyage du sol pollué in situ. Selon ce procédé, de l'air pollué et/ou un liquide pollué est extrait du sol pollué par une ou plusieurs conduites d'extraction qui sont situées dans le sol au-dessus du niveau de la nappe phréatique, sont respectivement analysés ou décontaminés. [0023] Douglas et al (48th Proceedings of the Industrial Wastc Conference (1994), 179-85) ont évoqué l'utilisation du CO2 supercritique pour extraire quelques composés organiques du sol. [0024] W09702906 (1995) porte sur un processus dc décontamination d'un mélange de terre contaminé par des métaux qui permet d'obtenir un produit comprenant un fragment de terre traité dont la teneur en métaux est inférieure au mélange de terre contaminé par des métaux. L'opération consiste à préparer un coulis de terre aqueux de départ contenant le mélange de terre contaminé, à le mélanger avec au moins un dialkyledithiocarbamate soluble dans l'eau de manière à pouvoir produire un coulis de terre aqueux comprenant un ou plusieurs complexes de métal-dialkyledithiocarbamate insolubles dans l'eau, à séparer un ou plusieurs complexes insolubles dans l'eau du coulis de terre aqueux obtenu. [0025] Fisher et al (Environ. Sci. Technol. 19973141120-1127, 1997) ont étudié le sol contaminé par des pesticides et/ou des hydrocarbures aromatiques polycycliques par l'extraction accélérée au solvant comparée à l'extraction Soxhlet et par sonication. Le solvant utilisé est dichlorométhane/acétone 1:1. [0026] La présente invention W00000871 (1998) concerne un appareil amélioré et un procédé pour la décontamination et la biorestauration de sols chargés d'hydrocarbures organiques et de composés inorganiques toxiques. Le sol à traiter est placé dans un bac de traitement lui-même placé à l'intérieur d'une chambre de traitement. Un dispositif de chauffage par rayonnement à grilles multiples est placé au-dessus de la chambre de traitement et les composés contaminants sont chauffés et volatilisés. Un ventilateur soufflant crée une dépression qui extraie les gaz d'hydrocarbures organiques et autres contaminants volatilisés, à travers le sol, et les évacue vers l'unité d'extraction/condensation de vapeur des contaminants où les composés sont liquéfiés et conditionnés. [0027] Richter et al (Journal of Chromatography A, 874, 2, 2000, 217-224) ont utilisé l'extraction accélérée au solvant pour la décontamination des hydrocarbures des sols secs et humides. Les températures de 125 à 200°C et différents solvants ont été étudiées (hexanc, heptane, dichlorométhane, acétone) avec des mélanges. Les solvants non polaires n'ont pas pu récupérer complètement les contaminants des sols humides aux températures étudiées. Les récupérations quantitatives des matières organiques de la gamme diesel et des huiles organiques usées ont été obtenues en utilisant les conditions optimales. Ces résultats montrent qu'une extraction accélérée au solvant peut générer des résultats comparables à ceux obtenus avec Soxhlet ou la sonication. [0028] L'invention W00172343 (2000) concerne un système et un procédé permettant d'accélérer la décontamination des sols contaminés, de la zone non saturée et/ou des eaux souterraines. Les contaminants sont éliminés par apport d'énergie thermique via des tranchées ou une tuyauterie de distribution à forage et à installation dirigés ou horizontaux, par apport d'oxygène pur via une tuyauterie séparée, par bioventilation, par barbotage et par hiorestauration. Enfin par extraction des contaminants volatils du sol via des puits verticaux, qui sont tous contenus dans un système de traitement mobile. Les contaminants sont séparés des gaz souterrains par filtrage ou oxydation. Des contaminants résiduels sont soumis à une volatilisation par augmentation de température duc à un apport d'énergie thermique et/ou à une oxydation via des microorganismes dégradant les contaminants. [0029] Cette demande JP2002307047 (2001) cite une méthode et un dispositif de puri- fication de sol contaminé avec injection à haute pression. Le procédé est réalisé en formant un trou avec une profondeur permettant d'atteindre le sol contaminé par un axe rotatif comportant une buse, une injection d'air et d'eau à haute pression via la buse permettant de créer un espace par excavation du sol contaminé et de décharger le sol. [0030] L'invention W003027331 (2001) porte sur un détergent actif de type colloïde dont les microsphères colloïdales ont une grosseur de particule prédéterminée. Le détergent actif de type colloïde est dilué dans une concentration d'eau spécifique, avec des nutriments et des agents d'oxydation en vue de procéder à la dégradation et à la bioremédiation de composés organiques qui sont réduits par l'oxyde en mélanges non contaminants. L'invention porte également sur un procédé qui comprend la dégradation chimique dans une cuve de traitement, la biodégradation par des bactéries (en milieu aérobie ou anaérobie) dans une cuve de rétention, la dégradation, le lavage par immersion et la bioremédiation du sol ciblé contaminé. L'installation de traitement comprend une cuve pour l'injection du remède écologique contre les contaminants et de l'eau phréatique traitée, cette cuve possédant des tubes d'injection, des puits 6 d'extraction et un équipement de circulation et de traitement associé. [0031] W003035290 (2001) concerne un procédé qui permet d'éliminer les contaminants d'un sol contaminé. Il est possible extraire des vapeurs d'un puits d'extraction de vapeur et appliquer de la chaleur sur le sol contaminé à partir d'une pluralité de puits chauffants à une vitesse inférieure ou égale à celle à laquelle la quantité estimée de vapeur d'eau s'évaporerait. L'application de chaleur peut augmenter la perméabilité du sol. [0032] KR2002082973 (2002) cite un système de bioremédiation pour purifier les sols contaminés par le pétrole en utilisant l'extraction du sol par des vapeurs d'air sous pression. Le système de hioremédiation comprend plusieurs puits installés sous terre jusqu'à l'extraction des gaz ou liquide. [0033] La demande KR2002082974 (2002) cite un système pour assainissement des sols pour traiter la contamination des sols. Le système comprend une extension équipé d'un premier organe de pompage d'air pour fournir une certaine puissance de pompage pour l'extraction des gaz et liquide. Un dispositif d'injection d'air est équipé d'un second élément de pompage pour fournir un certain pouvoir de pompage afin d'injecter sélectivement de l'air dans les éléments de puits. [0034] W003091534 (2002) concerne un procédé de récupération d'un filon houiller, d'une substance organique ou d'une substance organique fossile dans le sous-sol au moyen d'un processus de gazéification sans combustion à son endroit d'origine. Ledit processus consiste à pousser du CO2 supercritique depuis la surface du sol. Ce procédé cible les substances organiques de petite taille telles que le CH4 sans traiter les composés les moins volatils du sol. [0035] La demande de brevet JP2005180968 (2003) est basée sur un système de pré- lèvement et méthode d'analyse du contaminant organique. Le système proposé n'utilise que le CO2 supercritique à une pression assez élevée (300 bar) combinée à 130°C. [0036] La demande de brevet EP2412454 (2010) concerne l'application de CO2 à l'état gazeux ou liquide dans l'assainissement des sols, sédiments et nappes aquifères contaminés. Ce procédé vise à favoriser la désorption et/ou la dissolution des contaminants organiques et/ou inorganiques de sols/sédiments. Les mécanismes de désorption et/ou de dissolution du CO2 permettent d'obtenir : - l'extraction et/ou la récupération des contaminants ; - le transport de contaminants provenant des couches plus profondes vers les couches les plus superficielles du sol ; - la disponibilité des contaminants pour des procédés d'élimination ultérieurs (procédés biologiques, chimiques et/ou physiques). L'invention couvre les systèmes de rernédiation in-situ, sur site et ex-situ. En cas de traitement sur site ou ex-situ, l'invention concerne l'injection/ditfusion de CO2 dans un sol excavé ou des sédiments dragués, recueillis en tas ou envoyés dans des réacteurs dédiés. Le CO2 peut être injecté dans le sol et les 7 sédiments à l'état gazeux ou liquide. Dans tous les cas, in situ, sur site ou ex-situ, le CO2 peut être injecté pur ou mélangé et/ou combiné avec d'autres gaz inertes, oxydants et/ou réducteurs. [0037] La méthode citée dans ce travail KR2011092171 (2011) consiste à: (1) ajouter un agent chélatant dans un sol contaminé par des métaux lourds et du pétrole pour obtenir un mélange, (2) dans un réacteur et en le maintenant à 40-50 c, (3) alimenté par le CO2 supercritique en maintenant la pression à 12-16 MPa (120-160 bar) et en fournissant des ondes ultrasonores pour extraire les contaminants. [0038] L'invention W02012165025 (2011) fournit un procédé destiné à éliminer unc pollution causée par des substances radioactives par application d'une technique de traitement d'oxydation/réduction, et à décontaminer des déchets, unc terre et un sol pollués dans un environnement extérieur, tout en permettant la réutilisation après purification de l'effluent mis en oeuvre pour la décontamination. Le procédé de l'invention comporte unc étape d'extraction, une étape de nettoyage à l'aide d'une eau soumise à un traitement de réduction; une étape de séparation solide/liquide; une étape d'adsorption à l'aide d'un adsorbant; et une étape de traitement de microbulles par cavitation. [0039] L'invention W02015187692 (2014) concerne un procédé de décontamination du sol. Le procédé comprend le forage de trous d'injection et d'extraction dans le sol, l'injection d'un réactif dans le trou d'injection, le traitement du sol par un agent chélatant à chélater un métal présent dans le sol, la réaction du métal chélaté avec un peroxyde pour produire des ions hydroxyde. Les contaminants piégés sont libérés et transférés à la surface du sol. [0040] La présente invention CN105436200 (2015) décrit une solution d'extraction de volatile/servi-volatile du sol contaminé. Le procédé traite des sites contaminés par un dispositif comprenant un système de vapeur chaud suivi de la condensation des composés volatils sur du charbon actif. [0041] La présente invention KR1671753 (2016) concerne un purificateur souterrain avec un système de lavage par une solution oxydante in-situ dans le sol pour les polluants pétroliers et huiles en même temps la désorption des contaminants adsorbés sur le sol par le processus d'injection d'eau. [0042] L'invention CN107350278 (2017) concerne un système de remédiation in situ et un procédé permettant de supprimer de manière synergique un organisme polluants dans le sol et les eaux souterraines. Le procédé comprend l'injection d'un oxydant dans le sol et les eaux souterraines, à haute température. La pression dans le puits favorise la désorption du sol des composés organiques et serai-volatile, puis traitement dans un réservoir d'adsorption de charbon actif, et déchargement. 8 DESCRIPTION DETAILLEE [0043] Le procédé et le dispositif sont susceptibles de comporter une première étape de broyage de la matière à extraire pour avoir des tailles inférieures à 50 mm (dispositif de tamis vibrant par exemple). Par la suite, la matière solide ou semi-solide est avantageusement introduite dans un réacteur qui résiste à la combinaison de la pression (1-500 bar), de la température (15-300°C), des solvants organiques apolaires ou polaires (gaz et liquide), à l'eau (0 REVENDICATIONSUn dispositif mobile et/ou fixe, pour une extraction et/ou de décontamination de substances organiques et/ou inorganiques à partir des matières solides ou semi-sol ides, de préférence sol, sédiments, aquifères, déchets, mâchefer, houe, comprenant plusieurs compartiments a. un système de broyage si une matière solide ou semi-solide n'est pas assez fine de préférence de taille inférieur à 50 mm suivi d'un tamisage ; b. un réacteur (I) d'extraction et/ou de décontamination, de préférence pour un dispositif mobile ou fixe, comprenant une entrée principale de préférence pour une matière solide ou serai-solide et des solvants liquides, de préférence eau (0