Fiche descriptive : Oxydation chimique – Traitement au permanganate – in situ

De : Services publics et Approvisionnement Canada

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Description

L'oxydation chimique au permanganate (MnO4-) est l'une des techniques d'oxydation chimique in situ les plus utilisées et les mieux connues. Comparé au peroxyde d'hydrogène et à l'ozone, le permanganate a un potentiel d'oxydation moins élevé; cependant, il est plus stable et plus persistant dans les sols. Cette dernière caractéristique permet au permanganate de migrer par advection et diffusion dans la matrice du sol (FRTR, 2002), ce qui augmente le rayon d'action de l'oxydation chimique au permanganate. Un tel système comprend généralement des puits d'injection verticaux ou horizontaux et un système d'injection sous pression pour favoriser l'entrée et la distribution rapide du permanganate dans la matrice du sol.

Le permanganate se retrouve sous forme de liquide (exemple : NaMnO4) ou de sel. Le sel le plus communément utilisé est le permanganate de potassium (KMnO4). Outre ce dernier, les sels de calcium et de magnésium sont aussi utilisés. La solution d'injection (KMnO4 ou NaMnO4) est plus dense que l'eau, ce qui facilite le transport vertical de l'oxydant à travers la matrice du sol et améliore le contact entre l'oxydant et les contaminants. L'oxydation au permanganate est efficace dans des conditions de potentiel hydrogène (pH) variant de 3.5 à 12, mais la réaction spécifique d'oxydation varie en fonction du potentiel hydrogène (pH). La réaction d'oxydation peut aussi abaisser le potentiel hydrogène (pH) si le milieu de réaction ne contient aucun agent tampon. Les taux de dégradation avec le permanganate dépendent également de la température et de la présence de matière organique ou d'espèces minérales réduites.

L'oxydation chimique au permanganate est possible pour toutes les substances pouvant être oxydées, notamment les métaux et les contaminants organiques. Comparativement au traitement d'oxydation chimique ex situ, la technique in situ génère que très peu de déchets à gérer et est efficace sur une période de temps plus longue.

Source :

Analyses recommandées dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Analyses chimiques

  • La concentration des contaminants incluent :
    • dans les phases adsorbée
    • dissoute
    • libre
  • Potentiel hydrogène (pH)
  • La teneur en matière organique
  • La concentration en composés ou matières réagissant avec l'oxydant incluent :
    • la matière organique naturelle
    • les métaux réduits
    • le carbonate
    • autres capteurs de radicaux libres
  • Les paramètres de la réaction incluent :
    • la cinétique
    • la stœchiométrie
    • la thermodynamique de la réaction

Analyses physiques

  • L'analyse granulométrique
  • La présence des liquides en phase non aqueuse (légers ou denses)

Autre information recommandée pour une caractérisation détaillée

Phase II

  • La profondeur et l'étendue de la contamination
  • La présence de récepteurs :
    • la présence de récepteurs potentiels, la présence d'infrastructures de surface et souterraines et le risque de migration hors site

Phase III

  • La stratigraphie du sol
  • La connaissance détaillée de la géologie et de l'hydrogéologie incluent :
    • la direction d'écoulement des eaux souterraines
    • la conductivité hydraulique
    • les fluctuations saisonnières
    • le gradient hydraulique
  • La détermination des voies préférentielles de migration des contaminants
  • Le volume de sol à traiter
  • Une modélisation hydrogéologique

Essais recommandés dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Essais chimiques

  • Évaluation de la demande en oxydants chimiques

Essais physiques

  • Relevé des vapeurs
  • Évaluation du rayon d’influence
  • Évaluation des conditions d’opération (pression/extraction)

Essais hydrogéologique

  • Essais avec traceur

Remarques :

Essai pilote sur le terrain afin de déterminer le type de puits d'injection, le rayon d'influence des puits d'injection ainsi que le taux d'injection du permanganate

Applications

  • Technique efficace dans des conditions de potentiel hydrogène (pH) variant entre 3.5 et 12
  • Applicable à l'oxydation des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), des composés aliphatiques chlorés comme le perchloréthylène (PCE), le trichloréthylène (TCE), le dichloréthylène (DCE) et le chlorure de vinyle (CV), ainsi qu'à d'autres types de contaminants organiques
  • Les sols doivent être suffisamment perméables pour permettre le mouvement de l'oxydant. Une perméabilité du sol entre 0,25 et 0,5 volume de pores/jour permet l'utilisation efficace de la technique d'oxydation chimique au permanganate

Type de traitement

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

État de la technologie

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

Contaminants ciblés

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

Durée du traitement

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

Produits secondaires ou métabolites

L'oxydation chimique par le permanganate produit principalement du dioxyde de carbone (CO2), de l'eau (H2O) mais aussi du chlore gazeux et des composés inorganiques chlorés lors de la dégradation de composés chlorés. Certains sous-produits peuvent être toxiques selon la nature du contaminant dégradé. Des composés volatils peuvent aussi être dégagés lors des réactions chimiques. Le traitement au permanganate peut également générer des dépôts d'oxyde de manganèse (MnO2 (s)) pouvant entraîner une réduction de la perméabilité de l'aquifère.

Limitations de la technologie

  • La réaction d'oxydation au permanganate dépend de la température
  • La perméabilité et l'hétérogénéité du sol influencent la migration de l'oxydant et donc l'efficacité de la technique
  • Risque de voir migrer l'oxydant par des voies préférentielles uniquement
  • Réduction de la perméabilité en cours de traitement (causée par le piégeage du CO2, la précipitation du KMnO4, l'accumulation de MnO2 (s), etc.)
  • Mobilisation de certains métaux
  • La présence de composés ou de matières réagissant avec le permanganate peut réduire l'efficacité du traitement
  • La technique nécessite la manipulation de produits nocifs et la poussière de permanganate doit être maintenue au minimum en tout temps lorsque le produit est utilisé sous la forme solide
  • Les réactions chimiques causes par le permanganate peut entraver d'autres techniques de réhabilitation tel que la déhalogénation réductive naturelle.
  • Le coût de cette technologie peut augmenter rapidement lorsque de grandes quantités d'oxydant sont nécessaires

Technologies complémentaires améliorant l’efficacité du traitement

  • Les contaminants en phase libre doivent être enlevés de la matrice contaminée avant L'application de la technique d'oxydation chimique au permanganate
  • Le chauffage par radiofréquence ou par résistance électrique ainsi que l'ajout d'un surfactant peuvent augmenter l'efficacité de l'oxydation au permanganate in situ

Traitements secondaires requis

Contrôle des effluents gazeux provenant des réactions d'oxydation.

Exemples d'application

On peut trouver un exemple d'application à l'adresse suivante :

Performance

Selon le FRTR (2002), le traitement in situ au permanganate peut atteindre des taux élevés d'efficacité lors du traitement de certains composés aliphatiques chlorés (trichloréthylène [TCE]) avec un temps de traitement rapide (exemple : 90 % de dégradation en quelques minutes).

Références

Auteur et mise à jour

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

Dernière mise à jour par : Karine Drouin, M.Sc. Conseil national de recherches

Date de mise à jour : 12 février 2013

Version :
1.0