Fiche descriptive : Désorption thermique à basse température – ex situ

De : Services publics et Approvisionnement Canada

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Description

La désorption thermique à basse température (DTBT) est un procédé qui consiste à chauffer les matières contaminées excavées afin de volatiliser les contaminants. La technique de DTBT vise particulièrement le traitement des composés organiques volatils (COV) non halogénés et les carburants. Cette technologie peut également être utilisée, à une efficacité réduite, pour le traitement de certains composés organiques semi-volatils (COSV).

La DTBT est distincte des systèmes d’incinération et de désorption thermique à haute température. La DTBT consiste à chauffer les sols à des températures allant de 93 à 315 °C (200 à 600 °F) comparativement à 315 à 538 °C (600 à 1 000 °F) pour la désorption thermique à haute température. Contrairement au traitement d’incinération qui oxyde les contaminants, le système de DTBT traite la matière contaminée à une température et un temps de traitement adaptés pour que les contaminants soient volatilisés et non pas oxydés. En raison des températures plus basses utilisées par le traitement de DTBT, les sols traités peuvent conserver leurs propriétés physiques et la matière organique requises pour soutenir l’activité biologique future.

La DTBT consiste généralement à chauffer un sol excavé et prétamisé dans un réacteur. Les unités de DTBT sont typiquement transportables directement sur le site contaminé et elles sont communément constituées d’un séchoir rotatif ou d’une vis thermique. Les débits peuvent varier de moins de 10 à environ 50 tonnes par heure selon le type de sol et l’unité de traitement. Pendant le traitement, les émissions de gaz sont extraites du réacteur et traitées séparément pour éliminer les particules et les contaminants volatilisés. Le sol traité peut être utilisé sur place comme remblai s’il répond aux exigences réglementaires ou il peut être disposé hors site.

Liens Internet :

Mise en œuvre de la technologie

Les systèmes DTBT peuvent comprendre :

  • la caractérisation physique et chimique des sols ou des sédiments
  • la préparation du site (le défrichage, l’essouchement et la démolition et le décapage de la terre végétale et du stockage temporaire);
  • la mobilisation de l’équipement (comprenant l’installation du système de désorption thermique et la construction d’installations temporaires et les considérations d’accès au site);
  • les travaux d’excavation qui incluent :
    • l’assèchement des excavations;
    • le contrôle de la stabilité des pentes;
    • la protection des fondations pour les structures retenues (étaiement, reprise en sous-œuvre, etc.).
  • le tamisage du sol pour séparer et enlever (ou écraser) les matériaux surdimensionnés (> 5 cm), le cas échéant, avant leur mise en place dans l’unité de chauffage appelée la chambre de traitement primaire;
  • le séchage du sol (requis seulement si la teneur en eau du sol excavé dépasse 20 à 25 %);
  • chauffage du sol dans la chambre de traitement primaire à une température prédéterminée. Deux types de conceptions pour les réacteurs de désorption thermique sont couramment utilisés, soit le sécheur rotatif et la vis thermique. Les séchoirs rotatifs sont des cylindres horizontaux ou inclinés qui peuvent être chauffés directement ou indirectement. L’unité de vis thermique se compose de convoyeurs à vis ou de tarières creuses qui sont utilisées pour transporter le sol à travers une chambre fermée. De l’huile chaude ou de la vapeur circule à travers la vis sans fin pour chauffer indirectement le sol;
  • la collecte et le traitement du gaz par oxydation thermique, condensation ou adsorption (y compris l’enlèvement des particules de poussière);
  • l’échantillonnage de conformité des empilements de sols traités et la réutilisation sur place du sol (remblayage ou épandage sur place) ou l’élimination hors site;
  • le démantèlement et la démobilisation de l’équipement et des systèmes de désorption thermique et de collecte et de traitement du gaz;
  • restauration de la surface des sols (Plantation, pavage, etc.).

Les vapeurs captées (effluents gazeux), y compris la vapeur d’eau et les composés organiques volatils (COV), nécessitent un traitement pour éliminer les particules et les contaminants. Les équipements utilisés pour l’enlèvement des particules peuvent être des dépoussiéreurs par voie humide ou à sac filtrants, tandis que des équipements de condensation ou d’adsorption (par exemple, des filtres aux charbons activés granulaires [CAG]) peuvent être utilisés pour éliminer les contaminants. Sinon, les contaminants dans les effluents gazeux peuvent être détruits dans un système d’oxydation thermique, qui peut être opéré sans flamme, avec une flamme directe ou dans un environnement catalytique oxydant. Un gaz vecteur ou un vide peut être utilisé pour transporter l’eau ou les vapeurs de COV vers le système de traitement de gaz. 

Matériau et entreposage

La méthode est basée sur l’équipement de construction et les méthodes de génie civil et de terrassement conventionnels ou habituellement disponibles pour la partie excavation. Des équipements commerciaux et transportables sont disponibles pour la partie traitement. Selon le volume des sols à traiter, les équipements peuvent être transportés sur une à cinq remorques.

  • Une aire d’entreposage suffisante pour loger le système de traitement thermique est requise.
  • L’entreposage sur le site est habituellement limité à de petites quantités de carburant et de lubrifiant (le ravitaillement quotidien des excavatrices se fait souvent à partir d’un réservoir mobile) ainsi que pour des fournitures diverses de chantier de construction.
  • L’entrepreneur peut créer des empilements temporaires de matériaux contaminés en attendant le traitement.
  • Il faut couvrir les empilements de sols et l’équipement d’alimentation à l’unité de désorption thermique pour les protéger contre la pluie et réduire la teneur en eau du sol.

Résidus et rejets

  • Les résidus provenant de la désorption thermique comprennent les effluents gazeux, les particules, les filtres, les catalyseurs et les gaz de combustion. La production d’effluents gazeux contenant des dioxines et des furanes, ainsi que des acides halogénés, peut survenir pendant le traitement par désorption thermique des sols avec des composants halogénés. Bien qu’il existe des procédés qui ont été conçus pour réduire la production de dioxines et de furanes, ou pour retirer ces composants des effluents gazeux par l’incinération, il faut envisager le traitement des composés halogénés avec prudence.
  • De la poussière emportée par le vent peut provenir, par exemple, du chargement de sol, du mouvement de véhicules ou des empilements et peut également se déposer directement sur des surfaces sous le vent.
  • Les rejets solides provenant de la désorption thermique comprennent les matières particulaires.
  • Le charbon activé usé pourrait nécessiter un transport hors site périodique et une régénération ou une élimination. Si un dépoussiéreur par voie gazeuse humide est utilisé, les boues qui proviennent des particules dans l’écoulement des eaux de ruissellement nécessitent une élimination appropriée.
  • Les eaux de ruissellement dérivées et récupérées ou traitées passent habituellement dans le réseau d’égout pluvial local.
  • La désorption thermique produit des effluents gazeux qui nécessitent un contrôle et un traitement éventuel avant leur libération dans l’atmosphère.
  • Dans des cas particuliers, du radon produit naturellement peut également être mobilisé.

Analyses recommandées dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Analyses physiques

  • La teneur en eau du sol
  • L'analyse granulométrique
  • Les caractéristiques physiques du contaminant incluent :
    • la viscosité
    • la densité
    • la solibilité
    • la pression de la vapeur

Essais recommandés dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Sans objet.

Autre information recommandée pour une caractérisation détaillée

Sans objet.


Remarques :

Des essais de faisabilité sont recommandés pour déterminer les températures d’opération et le temps de traitement de la matière contaminée qui seront efficaces pour vaporiser les contaminants.

Applications

  • Les contaminants visés par la technique de DTBT sont les COV.
  • La DTBT est moins efficace pour traiter les COSV.
  • Le procédé de DTBT ex situ est transportable sur le site contaminé.

Applications aux sites en milieu nordique

Les sites éloignés sont sujets à des coûts élevés de mobilisation et de surveillance sur le site, une disponibilité limitée d’équipement et des périodes de travail courtes. Comme elle nécessite des équipements considérables et complexes et une consommation élevée d’énergie, la désorption thermique n’est pas bien adaptée aux environnements nordiques et éloignés.

Type de traitement

Type de traitement
Type de traitementS’applique ou Ne s’applique pas
In situ
Ne s’applique pas
Ex situ
S’applique
Biologique
Ne s’applique pas
Chimique
Ne s’applique pas
Contamination dissoute
Ne s’applique pas
Contamination résiduelle
S’applique
Contrôle
Ne s’applique pas
Phase libre
S’applique
Physique
S’applique
Résorption
S’applique
Thermique
S’applique

État de la technologie

État de la technologie
État de la technologieExiste ou N'existe pas
Démonstration
N'existe pas
Commercialisation
Existe

Contaminants ciblés

Contaminants ciblés
Contaminants ciblésS'applique, Ne s'applique pas ou Avec restrictions
Biphényles polychlorés
Ne s'applique pas
Chlorobenzène
S'applique
Composés inorganiques non métalliques
Ne s'applique pas
Composés phénoliques
Ne s'applique pas
Explosifs
Ne s'applique pas
Hydrocarbures aliphatiques chlorés
Avec restrictions
Hydrocarbures aromatiques monocycliques
S'applique
Hydrocarbures aromatiques polycycliques
Avec restrictions
Hydrocarbures pétroliers
S'applique
Métaux
Ne s'applique pas
Pesticides
Avec restrictions

Durée du traitement

Durée du traitement
Durée du traitementS’applique ou Ne s’applique pas
Moins de 1 an
S’applique
1 à 3 ans
Ne s’applique pas
3 à 5 ans
Ne s’applique pas
Plus de 5 ans
Ne s’applique pas

Remarques :

Selon le volume des sols nécessitant un traitement, l’unité de traitement peut opérer pendant des semaines, voire des mois.

Considérations à long terme (à la suite des travaux d'assainissement)

Rien de lié au système de traitement thermique. Si le sol traité sert à du remblayage, de légers problèmes à long terme sont liés aux facteurs géotechniques (changements structurels) et à la décomposition des constituants du sol (par exemple, la teneur en composés organiques).

Produits secondaires ou métabolites

Le contrôle et le traitement des émissions gazeuses durant le procédé de DTBT sont des éléments extrêmement importants. Le traitement de DTBT ne devrait pas causer d’émissions gazeuses de métaux volatils, de certains composés d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) ou de dioxines et furanes.

Limitations et effets indésirables de la technologie

  • Les particules abrasives dans les sols peuvent endommager le système de traitement;
  • Les sols riches en argile et en silt ou riches en matière organique augmentent le temps de traitement en raison de la liaison des contaminants.
  • Les sols à forte teneur en eau ou en carbone organique peuvent réduire l’efficacité des systèmes d’assainissement thermique ex situ par une diminution de la désorption.
  • La poussière et la matière organique dans le sol augmentent la difficulté d’extraction des gaz.
  • Lorsque la teneur en eau est de plus de 20 % dans le matériel contaminé, elle doit être réduite avant le traitement de la DTBT afin de réduire le coût du traitement.
  • Si les sols traités sont utilisés pour du remblayage, leurs propriétés géochimiques pourraient avoir changé, ce qui pourrait alors avoir un impact sur les conditions géochimiques du site.
  • La perturbation physique de l’excavation est importante; des éboulements, des effondrements et des dommages connexes aux structures avoisinantes sont possibles si les travaux géotechniques ou de génie civil sont inadéquats. Des changements importants, quoique de courte durée, à l’hydrologie et à l’hydrogéologie à l’échelle du site sont courants. De grandes excavations sous le niveau de la nappe phréatique nécessitent habituellement l’installation de murs (palplanches) étanches ou un pompage important, les deux altérant les chemins d’écoulement à l’échelle du site.
  • Il y a un risque limité d’exposition de vapeurs aux récepteurs hors site si le système de traitement des effluents gazeux est correctement conçu et utilisé. Il faut toutefois prendre soin de choisir la technologie qui correspond au type de contamination pour éviter des émissions imprévues de composés toxiques. Par exemple, selon le procédé de désorption thermique et la température, des dioxines et des furanes ou des acides halogénés peuvent être produits pendant le traitement de contaminants halogénés. 
  • La manutention, par exemple, de vapeurs de carburant à des concentrations près de la limite inférieure d’explosivité (LIE), ou l’usage de carburant supplémentaire ou de catalyseurs d’oxydation réactifs, peuvent créer un risque d’incendie ou d’explosion. Les concepteurs spécifient habituellement de l’équipement spécial « de sécurité intrinsèque » aux endroits où des vapeurs inflammables sont manipulées, et comprenant de la ventilation, des alarmes, des systèmes de verrouillages et des moyens de lutte contre l’incendie.
  • Les limitations associées à la technologie d’excavation des sols s’appliquent en général (vérifications et protection de la stabilité des pentes, assèchement des eaux souterraines, protection des infrastructures, mesures de sécurité, etc.).

Technologies complémentaires améliorant l’efficacité du traitement

  • La DTBT est souvent appliquée en combinaison avec des techniques d’incinération, de solidification et de stabilisation ou de déshalogénation selon le type de contaminants présents.

Traitements secondaires requis

  • Les émissions gazeuses doivent être contrôlées et traitées.
  • Un système de contrôle des poussières est requis.
  • Des traitements tels que la déshydratation, le calibrage, l’écrasement, le mélange avec du sable ou l’enlèvement de débris peuvent être nécessaires avant la désorption thermique.

Exemples d'application

Les liens suivants fournissent des exemples d’application :

Performance

Selon le FTRT (2002), la technologie de la DTBT atteint un taux supérieur à 95 % de réduction des contaminants dans les unités postcombustion de DTBT. Plusieurs vendeurs offrent un traitement de DTBT directement sur le site contaminé.

Mesures pour améliorer la durabilité de la technologie et/ou favoriser l’assainissement écologique

  • Utilisation d’énergie renouvelable et de machinerie écoénergétique (par exemple, l’énergie géothermique, éolienne ou solaire).
  • Optimisation du procédé pour réduire les déchets et les produits consommables.
  • Optimisation du calendrier pour le partage des ressources et pour diminuer les jours de mobilisation.
  • Évaluation des choix de prétraitement de la matière première pour améliorer l’efficacité du système de traitement thermique (par exemple, teneur en eau optimale des sols). Consulter les feuilles de calcul respectives pour les activités d’excavation ou de dragage.
  • Ajuster la température de traitement aux contaminants concernés.

Impacts potentiels de l'application de la technologie sur la santé humaine

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Références

Auteur et mise à jour

Fiche rédigée par : Josée Thibodeau, M.Sc, Conseil national de recherches

Mise à jour par : Martin Désilets, B.Sc., Conseil national de recherches

Date de mise à jour : 1 mars 2008

Dernière mise à jour par : Marianne Brien, P.Eng., Christian Gosselin, P.Eng., M.Eng., Golder Associés Ltée

Date de mise à jour : 31 mars 2018

Version :
1.2.5