Ce projet adopte une technologie indirecte de désorption thermique pour la remédiation des sols. « La désorption thermique indirecte » désigne le processus consistant à chauffer les polluants organiques présents dans le sol jusqu'à atteindre leur température d'ébullition, grâce à un échange thermique indirect sous conditions de vide ou en présence d'un gaz porteur, entraînant ainsi l'évaporation et la séparation des polluants organiques du sol, avant de collecter et traiter efficacement les polluants émis.

Plus précisément pour ce projet, les éléments techniques essentiels sont :

a. Cet ensemble d'équipements de désorption thermique indirecte utilise des gaz de combustion à haute température produits par des moteurs de combustion importés d'Italie brûlant du gaz naturel propre comme source de chaleur pour chauffer le sol pollué jusqu'à atteindre sa température d'ébullition, provoquant ainsi l'évaporation des polluants et permettant d'obtenir des effets de dépollution.

b. La réaction de désorption thermique est effectuée dans un équipement spécialisé de désorption thermique, et les gaz de combustion à haute température ne sont pas en contact avec le sol pendant le processus de chauffage.

c. L'équipement est livré avec un dispositif de sas, qui isole essentiellement le sol de l'atmosphère après son entrée dans l'équipement, et crée un léger état de pression négative grâce au ventilateur à tirage induit.

d. La fumée générée par la combustion ne contient pas de polluants et peut être rejetée directement.

e. Le gaz de désorption thermique produit par la volatilisation du sol est collecté et traité par un équipement autonome.

f. Lors du processus de traitement des gaz par désorption thermique, des eaux usées secondaires seront générées et devront être traitées avant d'être rejetées.

Flux de processus

Le processus indirect de désorption thermique pour la remédiation des sols comprend trois étapes : le prétraitement, le chauffage et la purification des gaz d'échappement.

(1) Prétraitement

Comme première étape du processus indirect de désorption thermique pour la remédiation des sols, le prétraitement est essentiel mais souvent négligé. Le but du prétraitement est de régulariser et d'homogénéiser le sol afin de répondre aux conditions d'alimentation de l'équipement de désorption thermique. C'est une condition préalable pour assurer le fonctionnement stable du système de désorption thermique et obtenir de bons résultats en matière de réparation.

Le prétraitement doit généralement être effectué dans un espace relativement fermé. En règle générale, les serres de prétraitement doivent être installées sur les chantiers de construction, et ces serres doivent être équipées des installations correspondantes de circulation et de purification des gaz d'échappement.

Le prétraitement comprend trois étapes : mélange du dessicant – tamis incliné fait maison – tamis grossier – broyage au tamis fin AULL

a. Mélange de dessiccant

Le sol extrait des sites contaminés présente généralement une teneur en humidité d'environ 30 %. Le projet est situé dans le comté de Pujiang, ville de Chengdu, province du Sichuan, à proximité d'une rivière alimentée par des affluents souterrains, dans un climat pluvieux. Lors de l'excavation de la fosse de fondation, il y a des infiltrations d'eau, ce qui entraîne une teneur en humidité bien supérieure à la normale. Au départ, il apparaît sous forme de blocs très visqueux. Introduire directement ces matériaux dans l'équipement de désorption thermique pourrait provoquer un chauffage inégal, une consommation énergétique élevée ainsi qu'un risque accru de pontage et d'obstruction. Par conséquent, un prétraitement est nécessaire pour réduire la teneur en humidité.

La pratique habituelle consiste à mélanger des agents dessiccants tels que la chaux hydratée. Le rapport de mélange dépend des conditions du sol d'origine. Après le mélange, le taux d'humidité du sol doit être ≤ 20 %, et le sol doit être dans un état meuble.

En raison d'une teneur en humidité du sol beaucoup plus élevée que la norme conventionnelle, lors de l'excavation de la fosse de fondation, la couche superficielle était constituée de sols sablonneux, qui étaient meubles et présentaient une bonne absorption d'eau. Les couches intermédiaires et inférieures du sol sont argileuses, fortement compactées et présentent une forte teneur en humidité. La méthode de mélange conventionnelle ne permet pas de réduire la teneur en humidité ni le diamètre des particules, ce qui entraîne finalement une diminution de la capacité de production des équipements ultérieurs, une augmentation du taux de défaillance ainsi qu'une hausse de la consommation d'énergie.

Forts de l'expérience acquise lors de la réhabilitation d'autres sites pollués, et en tenant compte des conditions locales du site, un plan de prétraitement destiné au mélange a été élaboré après plusieurs essais : a. Après l'excavation, le sol est entassé de manière centrale, et de la chaux en blocs dont la granulométrie est comprise entre 5 mm ≤ taille des particules de chaux en bloc ≤ 8 mm est utilisée pour un mélange unique, avec un temps de réaction d'au moins 12 heures. b. Une fois que la chaux en bloc a entièrement réagi avec le sol, celui-ci est remué une fois, puis le deuxième temps de réaction doit être d'au moins 8 heures. c. Avant le tamisage, mélanger deux fois une petite quantité de chaux vive en poudre ; après 2 heures de réaction, le sol peut être passé au tamis. À ce stade, le sol atteint un état friable. Ce procédé permet de traiter efficacement les sols argileux présentant une forte teneur en humidité.

b. Tamis diagonal fait maison, tamis grossier

Le but du criblage grossier est d'éliminer les grosses pierres et les débris du sol, comprenant généralement du béton, des pierres et des déchets ménagers présents à la surface des sites désaffectés. Le criblage grossier permet d'éliminer efficacement les grosses pierres, le béton et les déchets ménagers du sol, tout en offrant également les conditions nécessaires au traitement ultérieur.

c. Seau de criblage AULL, tamis fin et broyage

Le criblage fin et le broyage du godet de criblage AULL consistent en un criblage et un broyage supplémentaires des matériaux, après le criblage grossier. Après le criblage fin, les particules de sol doivent mesurer ≤ 50 mm, et cela joue également un rôle dans le mélange secondaire, rendant ainsi le sol plus meuble. Cela permet de s'assurer que le sol est chauffé uniformément, qu'il est moins sujet à l'accumulation de matières, et qu'il offre un bon effet de traitement.

(2) Chauffage

Le principe de base de la désorption thermique consiste à chauffer le sol pour obtenir une séparation entre la phase gazeuse et la phase solide ; par conséquent, le chauffage constitue le processus central de la remédiation du sol par désorption thermique indirecte.

La source de chauffage utilise généralement des gaz de combustion à haute température produits par la combustion du gaz naturel.

Le sol, en tant que substance solide présentant une très faible fluidité, possède généralement une efficacité de transfert de chaleur beaucoup plus faible que les substances liquides et gazeuses, et nécessite un équipement spécialisé pour les opérations connexes.

La désorption thermique indirecte exige que le sol et la source de chaleur ne soient pas en contact ; le transfert de chaleur se fait entre les parois, et le sol doit être placé dans un espace relativement fermé pour la collecte des gaz volatils.

(3) Purification des gaz d'échappement

Après avoir été chauffé, l'humidité et les polluants présents dans le sol s'évaporent sous forme de gaz, qui se sépare alors du sol. Les principaux composants du gaz ainsi séparé, outre l'humidité et les polluants, entraînent également de la poussière et nécessitent un traitement de purification.

La méthode indirecte de purification des gaz d'échappement par désorption thermique consiste en : un lavage par cycle de pulvérisation d'eau, suivi d'une adsorption sur charbon actif.

a. Processus de purification des gaz d'échappement

En raison du processus indirect de désorption thermique, les gaz de combustion à haute température ne sont pas en contact avec le sol, celui-ci étant relativement isolé de l'atmosphère. Par conséquent, les principaux composants des gaz issus de la désorption thermique sont de la vapeur à haute température contenant de l'eau et des polluants, et le refroidissement constitue une mesure efficace de purification.

Ce projet adopte la méthode de lavage par circulation d'eau pulvérisée, qui refroidit rapidement la vapeur à haute température jusqu'à l'état liquide et dissout les poussières dans l'eau. L'eau en circulation absorbe l'humidité et les matières organiques présentes dans le gaz de désorption thermique, atteignant ainsi l'effet de traitement des gaz d'échappement grâce à la circulation de l'eau.

b. Adsorption par charbon activé

Après le cycle de lavage par pulvérisation d'eau, cet appareil est équipé d'une adsorption par charbon actif et est finalement évacué vers la chambre de combustion à haute température pour une incinération à haute température, assurant ainsi une purification complète des gaz d'échappement.

L'eau et la matière organique présentes dans le gaz de désorption à chaud s'accumulent continuellement dans l'eau de circulation, et la quantité totale d'eau de circulation augmente progressivement. L'excès d'eau de circulation devient des eaux usées secondaires, qui nécessitent un traitement de purification supplémentaire.

En raison des différences dans la composition des polluants et des indicateurs de rejet des eaux usées entre les différents sites pollués, le traitement complémentaire d'épuration des eaux usées secondaires n'entre généralement pas dans le cadre de la présente construction de projet.

Solution d'équipement spécialisé

L'équipement de remédiation des sols par désorption thermique indirecte de 3 t/h est utilisé comme équipement spécialisé pour la réalisation de ce projet.

La technologie de désorption thermique indirecte est conçue pour les sites de pollution organique de petite et moyenne taille ainsi que pour les sites de pollution organique mixte en Chine, où les situations de pollution sont complexes. Elle offre une grande efficacité, une faible consommation d'énergie, une forte manœuvrabilité, et permet d'assurer un taux de suppression des polluants supérieur à 90 %. Elle est équipée d'un dispositif de purification des gaz d'échappement et présente un faible risque de pollution secondaire, ce qui répond aux besoins des industries de réhabilitation des sites contaminés par des substances chimiques, pharmaceutiques et autres polluants organiques. La technologie clé de la désorption thermique indirecte apporte un soutien technique essentiel à ce projet.

Composition d'équipements spécialisés

L'équipement de désorption thermique de 3 t/h comprend principalement : un équipement d'alimentation/décharge, un dispositif de génération d'air chaud, le corps de désorption thermique, une unité de purification des gaz d'échappement, un système de contrôle automatique (comprenant la salle de contrôle du conteneur), ainsi que des équipements auxiliaires tels qu'un équipement de criblage de prétraitement.

L'équipement principal adopte une conception modulaire intégrée, avec tous les équipements regroupés en sept modules principaux : chambre de combustion, corps de désorption thermique, purification des gaz d'échappement, réservoir d'eau de sédimentation tampon circulant, unité de pompe de circulation, refroidisseur d'air et salle de contrôle centralisée.

La taille d'un seul bloc de levage ne doit pas dépasser 12 196 mm × 2438 mm × 2896 mm, ce qui le rend pratique pour le transport et l'assemblage.

Des couches multiples d'installation empilées sont utilisées entre les cales de levage, ce qui est pratique à installer et permet d'économiser de l'espace. Le corps de l'équipement occupe environ

a. Équipement entrant/sortant

L'équipement d'alimentation assure principalement le tamponnement, la dose et le transport du sol, notamment les silos, les cribles et filtres, les doseurs quantitatifs, les alimentateurs à bande, etc.

L'équipement de décharge effectue principalement le transport et le refroidissement du sol à haute température après le traitement par désorption thermique, notamment la vis de décharge, l'humidificateur et les canalisations qui les soutiennent.

b. Dispositif de génération d'air chaud

La fonction du dispositif de génération d'air chaud est de produire des gaz de combustion à haute température grâce à la combustion de gaz naturel. Le dispositif comprend une chambre de combustion, un brûleur, un ventilateur de soutien à la combustion, etc. Les gaz de combustion à haute température générés par le dispositif de génération d'air chaud sont reliés au corps de désorption thermique via la sortie, fournissant ainsi une source de chaleur au corps de désorption thermique.

c. Corps de désorption thermique

Le corps de désorption thermique est l'équipement central utilisé pour la réaction de désorption du sol lorsqu'il est chauffé. Il adopte une structure en spirale à cloison comme modèle de réacteur de base, composée d'un dispositif d'entraînement, d'une vis sans fin, d'un dispositif de verrouillage gazeux, d'un convoyeur d'alimentation, etc.

d. Unité de purification des gaz d'échappement

Le sol est chauffé dans le réacteur de désorption thermique, produisant une grande quantité de gaz de désorption thermique, qui est collecté et traité par l'unité de purification des gaz d'échappement. La méthode de traitement des gaz d'échappement consiste en : lavage par pulvérisation + adsorption sur charbon actif. L'équipement comprend : salle de lavage par pulvérisation, déshumidificateur, dispositif d'adsorption sur charbon actif, ventilateur à tirage induit, réservoir d'eau de sédimentation tampon circulante, unité de pompe circulante, refroidisseur d'air, etc.

e. Système de contrôle automatique

Cet équipement est équipé d'un système de contrôle automatique conçu et développé indépendamment par Zhongchuan Oasis. Le système comprend un système de contrôle des opérations, un système d'alarme et un système de contrôle des installations auxiliaires. Il peut effectuer automatiquement diverses fonctions telles que la collecte de données, l'affichage des paramètres, l'alarme en cas de dépassement des limites, ainsi que l'impression de rapports pour l'ensemble du processus de traitement, y compris la quantité d'alimentation et l'état de fonctionnement des équipements utilisés sur le sol pollué, atteignant ainsi une interface homme-machine intelligente.

L'ensemble du système de contrôle automatique se compose d'instruments et de compteurs sur site, de boîtes de commande sur site, de boîtes de transfert, de boîtes de distribution principales, de boîtes de commande centrales, d'un ordinateur supérieur, etc.

Les opérateurs peuvent consulter l'état de fonctionnement en temps réel du système, interroger les données historiques et contrôler le démarrage et l'arrêt des équipements sur site, ainsi que définir les principaux paramètres de contrôle tels que la température de chauffage sur l'ordinateur central. Le système ajuste automatiquement l'état de fonctionnement des équipements en fonction des paramètres définis.

f. Équipement de prétraitement

Cet équipement est équipé d'un écran incliné de fabrication propre et d'un godet de criblage AULL destiné au prétraitement du criblage du sol.

Après un criblage grossier du sol avec une taille de particules inférieure à 200 mm et un traitement par broyage AULL, la taille des particules de sol atteint moins de 50 mm, ce qui peut répondre aux exigences de la construction ultérieure par désorption thermique.

g. Équipement accessoire

L'équipement externe de remédiation des sols par désorption rotative à chaleur comprend des équipements auxiliaires tels que des cheminées, des plates-formes, des échelles inclinées et des canalisations non intégrées. La hauteur de la cheminée doit respecter les exigences de la norme GB16297 « Normes complètes pour les émissions atmosphériques », et la sortie d'échappement ne doit pas être inférieure à 15 m. Une ouverture de prélèvement de fumée est installée sur la cheminée, et une plate-forme de prélèvement doit être aménagée autour pour faciliter les opérations de prélèvement et de surveillance de la fumée.

Méthode de construction de réparation

Le site de traitement est installé dans une zone non polluée comprise dans le périmètre d'offre, et le site de travail consiste en une serre à structure rigide fermée. D'une superficie d'environ 300 mètres carrés, il comprend une aire de prétraitement des sols contaminés ainsi qu'une zone de mélange.

Circulation du sol sur le terrain : Après avoir excavé le sol contaminé, celui-ci est transporté vers la zone de prétraitement pour y être mélangé à de la chaux et passé au tamis grossier. Ensuite, un godet de criblage ALLU est installé dans la zone de prétraitement afin d'excaver le sol contaminé pour procéder au mélange avec un dessicant (mélange de chaux vive en blocs), au criblage grossier, ainsi qu'au broyage et au criblage effectués par le godet de criblage AULL (taille des particules inférieure à 50 mm). Le sol est ensuite transféré par une chargeuse vers la zone d'entretien et d'inspection, où il sera maintenu en attente de réparation.

1) Conception de site anti-filtration

Tous les sites de travail sont traités par un durcissement anti-filtration, et la structure anti-filtration consiste à nettoyer le sol d'origine et à le compacter avec de la terre ordinaire, avec un coefficient de compactage d'au moins 0,93. On y pose ensuite deux tissus et une couche d'étanchéité en film (600 g/㎡ de géotextile non tissé + film double HDPE rugueux anti-filtration de 1,5 mm d'épaisseur + 600 g/㎡ de géotextile non tissé), puis on verse par-dessus une couche de béton ordinaire C30 de 300 mm d'épaisseur pour le traitement de durcissement.

2) Conception de la structure du site

Le chantier adopte une serre à structure en acier, et la zone fermée comprend des zones de prétraitement et de traitement du sol.

3) Conception du système de drainage

Le site présente une pente allant du centre vers les deux côtés, avec un coefficient de pente de 0,5 %. Des fossés de drainage en brique d'une dimension de 300 × 300 mm sont installés autour du site afin principalement d'intercepter les eaux pluviales extérieures et d'éviter qu'elles pénètrent sur le chantier et entraînent l'érosion du sol. Un réservoir de collecte des eaux de pluie est installé le long du côté en pente du site et relié au fossé de drainage pour recueillir l'eau de pluie. Les eaux de pluie ainsi collectées font régulièrement l'objet d'échantillonnages, de tests et d'analyses. Si elles dépassent la norme, un équipement de traitement intégré est utilisé pour les traiter, puis soit réutiliser, soit évacuer par des canalisations.

Excavation du sol

Après avoir excavé le sol contaminé, transportez-le vers une serre de prétraitement.

Prétraitement

Plan de prétraitement : a. Après l'excavation, le sol doit être empilé de manière centralisée, en utilisant de la chaux en blocs dont la granulométrie se situe entre 5 mm et 8 mm pour un mélange unique, et le temps de réaction ne doit pas être inférieur à 12 heures. b. Une fois que la chaux sous forme de blocs a entièrement réagi avec le sol, on remue une première fois, puis on laisse réagir une deuxième fois pendant au moins 8 heures, suivi d'un tamisage grossier. c. Avant d'effectuer le tamisage fin, le broyage et le criblage, mélanger à nouveau une petite quantité de poudre de chaux vive en poudre pendant 2 fois. Après 2 heures de réaction, le broyage et le criblage peuvent être réalisés. À ce moment-là, le sol a atteint un état friable. Le diamètre des particules est inférieur à 50 mm, ce qui répond aux exigences de production.

Traitement thermique

Préchauffez à l'avance l'équipement de désorption thermique.

Utilisez un chargeur pour alimenter le sol fin dans la benne dédiée de l'équipement de désorption thermique.

Le sol subit une réaction de désorption thermique lorsqu'il est chauffé dans un équipement spécialisé pour la désorption thermique.

Après environ 40 minutes, les polluants organiques présents dans le sol atteignent la température de point d'ébullition, et la concentration des polluants diminue en dessous de la valeur cible de réhabilitation. Ils sont ensuite évacués de l'équipement spécialisé destiné à la désorption thermique, puis pulvérisés avec de l'eau pour refroidir et humidifier, donnant ainsi le sol traité.

Transférez le sol traité vers la zone d'inspection à l'aide d'une chargeuse.

Auto-inspection et inspection externe

Après la remédiation à haute température, le sol doit faire l'objet d'une inspection interne ainsi que d'un suivi et d'une réception par une inspection de qualité effectuée par un tiers, avant que toute autre opération d'élimination puisse être réalisée.

Divisez la zone d'inspection en zones de 500 tonnes chacune, prélevez un échantillon représentatif dans chaque zone, et sélectionnez tout d'abord 30 % des échantillons représentatifs pour une auto-inspection. Après avoir réussi l'auto-inspection, demandez au propriétaire et au service (institution) autorisé d'organiser l'acceptation.

Inspection propre : Pour le sol pollué traité, l'unité de construction doit effectuer une analyse d'inspection propre en prélevant des échantillons et en les envoyant au laboratoire pour tests et analyses. Une fois que la valeur cible correspondante de réhabilitation est atteinte, le traitement par remblayage peut être réalisé.

Inspection externe : Avant de remblayer le sol traité, des échantillons doivent être prélevés sous la supervision de l'unité chargée de la surveillance et envoyés à une unité d'analyse tierce pour analyse. La fréquence de prélèvement est d'un échantillon mixte tous les 500 tonnes.

Décharge sécurisée

Après avoir passé l'inspection interne, une unité d'acceptation tierce doit effectuer des essais de réception sur le fond de la fosse d'excavation, les parois latérales et le sol réparé, émettre un rapport d'acceptation, et remblayer le sol réparé après s'être assurée que la réparation est conforme.

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