Fiche descriptive : Désorption thermique à haute température

De : Services publics et Approvisionnement Canada

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Description

La désorption thermique à haute température (DTHT) consiste à chauffer des matériaux et des sols excavés contaminés afin de volatiliser l’eau, les contaminants organiques et certains métaux volatils. La DTHT requiert des températures allant de 315 à 540 °C (600 et 1 000 °F), alors que la désorption thermique à basse température implique des températures allant de 90 à 315 °C (200 à 600 °F). Les températures plus élevées utilisées avec la DTHT facilitent l’enlèvement de composés organiques semi-volatils (COSV) (composés ayant une pression de vapeur <0,01 mm Hg). Toutefois, des températures plus élevées peuvent changer les propriétés physiques du sol et la perte de la matière organique qui en résulte peut inhiber l’activité biologique.

Le traitement des sols contaminés à l’aide d’un DTHT nécessite l’excavation et le transport des sols vers le réacteur où ils sont chauffés à une température prédéterminée. Il existe 2 types de réacteurs communément utilisés, soit le four rotatif et la vis thermique. Les taux de production peuvent varier de moins de 5 à 10 tonnes métriques jusqu’à environ 50 tonnes métriques à l’heure, selon le type de sol et l’équipement de traitement. Les systèmes de réhabilitation thermique ex situ utilisent des quantités relativement importantes d’énergie pour chauffer le sol excavé. Les sols traités peuvent être utilisés sur place pour le remblayage s’ils sont conformes aux exigences réglementaires, ou éliminés hors site.

Un système d’extraction des émissions gazeuses transporte les gaz et la vapeur contenant des contaminants vers un système de traitement ou les particules et les contaminants sont enlevés.

Liens Internet :

Mise en œuvre de la technologie

Les systèmes DTHT 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 (incluant l’installation du système de désorption thermique, la construction d’installations temporaires et les questions 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;
  • Le séchage du sol (requis seulement si la teneur en eau du sol excavé dépasse 20 à 25 %);
  • Le chauffage du sol dans à l’aide d’un four rotatif ou d’une vis thermique. Le four rotatif est un cylindre horizontal ou incliné qui peut être directement ou indirectement chauffé. Le réacteur à vis thermique est composé d’un convoyeur à vis ou d’un cylindre creux qui transporte la matière contaminée vers une chambre thermique. De l’huile chaude ou de la vapeur sont utilisées pour chauffer indirectement la matière contaminée;
  • 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;
    • li>La réutilisation des sols sur le site (remblayage des excavations ou épandage) 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;
  • La 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, des mouvements de véhicules ou des empilements et peut également se déposer directement sur des surfaces sous le vent (la poussière peut également avoir un impact sur l’eau de ruissellement); 
  • Les rejets solides provenant de la désorption thermique comprennent les matières particulaires;
  • Le charbon activé usé pourrait nécessiter un transport périodique hors site 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 dégagements 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 :

Remarques : Des essais de faisabilité sont recommandés afin pour déterminer la température 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 DTHT sont les COSV, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), les biphényles polychlorés (BPC) et les pesticides;
  • La technique de DTHT peut aussi traiter les composés organiques volatils (COV) et l’essence;
  • Le procédé s’applique à la séparation des composés organiques provenant des raffineries de pétrole et il s’applique aussi pour traiter les résidus goudronnés, les résidus de bois traité, les sols contaminés à la créosote et aux hydrocarbures pétroliers, les résidus de production de caoutchouc synthétique, les pesticides et les résidus de peinture;
  • Le procédé ex situ de DTHT est mobile et peut être transporté 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
Ne s’applique pas
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
S'applique
Chlorobenzène
S'applique
Composés inorganiques non métalliques
Ne s'applique pas
Composés phénoliques
Avec restrictions
Explosifs
Ne s'applique pas
Hydrocarbures aliphatiques chlorés
S'applique
Hydrocarbures aromatiques monocycliques
S'applique
Hydrocarbures aromatiques polycycliques
S'applique
Hydrocarbures pétroliers
S'applique
Métaux
Avec restrictions
Pesticides
S'applique

Remarques:

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

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

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

Aucune considération majeure liée aux systèmes de traitement thermique. Si le sol traité sert à du remblayage, de légers problèmes à long terme peuvent inclure des changement aux propriétés géotechniques des sols ou des modifications de la teneur en composés organiques en raison de la décomposition des constituants du sol pendant le chauffage.

Produits secondaires ou métabolites

Le contrôle et le traitement des émissions gazeuses durant le procédé de DTHT sont des éléments très importants. La production de dégagements gazeux contenant des dioxines et des furanes ou des acides halogénés peut survenir pendant le traitement par désorption thermique des sols avec composés halogénés. Le système de DTHT devrait être conçu, exploité et entretenu pour éviter de causer des émissions gazeuses de métaux volatils, de HAP, ou de dioxines et furanes.

Limitations et effets indésirables de la technologie

  • Les particules abrasives peuvent endommager le système de traitement;
  • Les sols riches en argile et en silt ou riches en matière organique font augmenter le temps de traitement en raison de la liaison des contaminants;
  • La poussière et la matière organique des sols augmentent la difficulté de traiter les effluents gazeux;
  • La présence de composés chlorés peut affecter la volatilisation de certains métaux tels que le plomb;
  • Les piles de sols contaminés entreposés avant le traitement doivent être recouvertes afin de les protéger de la pluie (pour minimiser l’infiltration d’eau) et du vent;
  • Le lessivage des métaux lourds tels que le mercure provenant des piles d’entreposage de sols contaminés dans l’eau souterraine est une problématique à considérer;
  • Il est possible que le sol traité avec la DTHT ne puisse plus supporter d’activité microbienne ce qui peut être problématique si le sol est réutilisé sur un site préalablement ou partiellement contaminé;
  • Le sol traité peut présenter des propriétés géochimiques différentes de celles du sol non traité. Si les sols traités sont utilisés pour du remblayage, ils pourraient alors avoir un impact sur les conditions géochimiques du site;<
  • La perturbation physique associée aux travaux d’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 de l’eau souterraine important; tous deux altérant les chemins d’écoulement à l’échelle du site;
  • Le potentiel d’exposition des récepteurs hors site aux vapeurs contaminé est limité à condition que le système de traitement des effluents gazeux soit correctement conçu et exploité. Il faut toutefois prendre soin de choisir la technologie correspondant 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 situées 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 un équipement « à sécurité intrinsèque » aux endroits où des vapeurs inflammables sont manipulées, et incorporent des mesures, telles que de la ventilation, des alarmes, des systèmes de verrouillages et des moyens de lutte contre les incendies;
  • 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 DTHT est souvent appliquée en combinaison avec des techniques d’incinération, de solidification et de stabilisation ou de déshalogénation selon les conditions spécifiques du site.

Traitements secondaires requis

  • Les émissions gazeuses doivent être contrôlées, recueillies 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;
  • La présence de métaux lourds dans les matériaux contaminés peuvent produire un résidu solide qui nécessiter un traitement par stabilisation.

Exemples d'application

Les adresses suivantes fournissent des exemples d’applications :

Performance

La technologie de la DTHT peut réduire les concentrations en contaminants en dessous de 5 mg/kg (FRTR, 2002). Les coûts de la DTHT au Canada sont comparables aux coûts de l’élimination en décharge (dépotoir) ou des traitements biologiques (GTGLC, 2005).

Le temps requis pour compléter la réhabilitation d’un site standard de 18 200 tonnes métriques utilisant la DTHT est d’un peu plus de 4 mois (FRTR, 2002).

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);
  • Optimalisation du procédé pour réduire les déchets et les produits consommables;
  • Optimalisation du calendrier pour le partage des ressources et la réduction du nombre de 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).

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 :
1.2.4