Fiche descriptive : Pompage et traitement

De : Services publics et Approvisionnement Canada

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Description

Les systèmes de pompage et traitement sont parmi les systèmes les plus couramment utilisés pour l’assainissement des eaux souterraines contaminées. Ces techniques sont pratiques pour traiter une large gamme de contaminants, à condition que les contaminants soient, dans une certaine mesure, solubles. Ces technologies impliquent l’augmentation du gradient hydraulique dans la zone saturée, à l’aide d’un système de pompage, afin de favoriser la migration de l’eau contaminée vers le ou les puits de pompage. Les eaux souterraines contaminées sont pompées et traitées à la surface avant d’être éliminées ou retournées dans l’aquifère. Cette technologie est souvent utilisée pour contrôler la migration et la propagation du panache de contaminants.

La décontamination d’un site peut être un processus difficile et long, qui prend des années à des décennies afin d’être complété. Dans certains cas, des techniques de pompage et de traitement sont utilisées lorsque des liquides non aqueux (LPNA) sont présents sur le site, en particulier lorsque la LPNA est associée à une contamination dissoute. De plus amples informations sur l’utilisation des techniques de pompage et de traitement pour l’enlèvement des LPNA sont disponibles dans les fiches descriptives « Système de pompage et de récupération des liquides en phase non aqueuse » et « Pompage et traitement des liquides denses en phase non aqueuse ».

L’utilisation efficace des technologies de pompage et de traitement nécessite une connaissance approfondie des propriétés physiques du ou des contaminants et des conditions géologiques et hydrogéologiques du site contaminé afin de permettre l’installation du système de pompage le plus efficace.

Liens internet :

Mise en œuvre de la technologie

Le système peut inclure :

  • La caractérisation détaillée du site environnemental, hydrologique et géologique
  • La mobilisation, la préparation du site et de l’accès au site et la mise en place d’installations temporaires
  • L’installation de puits de pompage des eaux souterraines et de puits d’observation
  • Pompage et contrôle des eaux souterraines, généralement à l’aide de pompes électriques ou pneumatiques
  • L’installation de pompes et de conduites d’adduction (souvent sous terre dans des tranchées conçues pour la protection contre le gel et la circulation)
  • L’accumulation dans des réservoirs de LPNA, si présente, pour une élimination hors site
  • L’installation du système de traitement des eaux souterraines ; cela peut nécessiter un petit bâtiment ou un conteneur ; le traitement varie selon le contaminant, mais il peut inclure : une filtration ou coagulation/précipitation, une sorption sur charbon activé, un stripage à l’air, une oxydation chimique et/ou UV, un traitement biologique, l’échange d’ions ou l’osmose inverse, une évaporation, une flottation à l’air dissous, un écrémage ou une séparation huile-eau, l’électrocoagulation, une phytoremédiation (lagunage), le balayage à la vapeur et une extraction liquide/liquide
  • Si des vapeurs sont générées (par exemple par stripage à l’air), un traitement de vapeurs/effluents gazeux pouvant inclure l’oxydation thermique, l’oxydation catalytique, la biofiltration ou la sorption sur charbon activé granulaire
  • L’installation d’un système d’évacuation impliquant l’évacuation vers des conduites existantes, un nouvel exutoire d’eau de surface, la réinjection dans le sol, des puits d’injection, un champ d’infiltration ou un bassin d’infiltration, des égouts pluviaux, sanitaires ou d’eaux de surface
  • Le démantèlement des puits de pompage et du système de traitement
  • Une surveillance à long terme est nécessaire pour s’assurer que les concentrations en contaminants dans l’eau souterraine sont inférieures aux niveaux réglementaires après l’arrêt du système de pompage et traitement
  • Le pompage et traitement nécessite une connaissance hydrogéologique approfondie du site et cette technologie est souvent mise en œuvre en fonction d’un certain nombre d’essais sur le terrain, tels que des essais de refoulement (slug test) et des essais de pompage, suivis d’une étude de modélisation des eaux souterraines. Une fois le système mis en fonction, les données de pompage peuvent permettre une analyse plus détaillée de la zone de captage, ce qui peut entraîner des modifications du système de pompage visant à améliorer son efficacité à capturer ou contenir la contamination des eaux souterraines.

Matériau et entreposage

  • Les installations de pompage et traitement sont mis en place au moyen de méthodes traditionnelles et couramment utilisées de puits d’eau, de drainage, de construction de systèmes d’alimentation en eau potable ou de services publics d’aqueduc. L’adduction se fait généralement sous pression à plein débit d’écoulement. Le drainage par gravité a été employé dans un petit nombre de sites possédant une capacité hydraulique appropriée. L’extraction et l’adduction nécessitent de l’énergie
  • Des produits chimiques d’entretien sont nécessaires pour nettoyer périodiquement l’entartrage ou l’encrassement
  • Les travaux de construction ont généralement peu d’impact, et requièrent peu d’entreposage de matériel sur le site
  • Les systèmes de traitement conservent généralement sur le site des réactifs frais, des produits chimiques ainsi que les déchets recueillis comme des saumures concentrées, des médias de sorption usés ou des boues résiduelles. Ceux-ci peuvent inclure une gamme d’oxydants (comme le peroxyde d’hydrogène ou le chlore), de réducteurs (comme les polysulfures), de substrats biologiques, d’absorbants, de saumures régénérantes et d’agents antisalissures, de composés pour prévenir l’entartrage (y compris des phosphonates, des polyphosphates et de l’acide sulfamique), de briseurs d’émulsion (solvants, agents surfactifs non ioniques, amines diverses, polymères spécialisés), d’agents antimousse, etc.

Résidus et rejets

  • L’installation du système nécessite généralement des opérations de forage ou d’excavation dans des zones contaminées, entraînant la manipulation et l’élimination de sols contaminés généralement placés dans des conteneurs et éliminés hors site. Les déblais de forage et les équipements de forage peuvent être fortement contaminés
  • Les systèmes de traitement peuvent générer d’importantes quantités de résidus solides, liquides et gazeux. Par exemple :
    • Les sorbants utilisés (par exemple, le charbon activé) et les solides collectés (boues) doivent être collectés et transportés hors site
    • Les résidus de saumure, provenant de l’évacuation de l’osmose inverse ou de solutions de régénération des colonnes échangeuses d’ions, peuvent contenir des contaminants concentrés
    • Les systèmes biologiques peuvent libérer des composés comme du dioxyde de carbone, du méthane et du sulfure d’hydrogène. Les bassins d’écumage peuvent libérer des contaminants volatils accumulés
    • Les émissions de vapeur peuvent être préoccupantes si, par exemple, des systèmes de traitement d’air, d’aération ou d’ozonation sont utilisés. Dans de rares cas, les eaux souterraines produisent des gaz résiduels à un degré significatif (par exemple, les eaux minérales effervescentes)
    • Les liquides en phase libre sont généralement conservés en lots de barils ou dans des réservoirs pour une expédition éventuelle hors du site. Le produit est utilisé ou détruit sur le site (généralement par incinération ou co-incinération avec d’autres combustibles). À noter que l’utilisation de combustible résiduaire, de carburant sale ou la combustion d’huiles usées dans des équipements non spécialisés peuvent provoquer des émissions atmosphériques nocives
  • En théorie, les eaux souterraines traitées respectent les critères applicables et ne présentent pas un risque &eacut

Analyses recommandées dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Analyses physiques

  • L'analyse granulométrique
  • Le contenu en sels minéraux et les types de sels

Essais recommandés dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Essais hydrogéologiques

  • Essai de perméabilité
  • Essai de pompage

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
    • le risque de migration hors site

Phase III

  • La stratigraphie du sol
  • La détermination des voies préférentielles de migration des contaminants
  • La connaissance détaillée de la géologie et de l'hydrogéologie incluant :
    • la direction d'écoulement des eaux souterraines
    • la conductivité hydraulique
    • les fluctuations saisonnières
    • le gradient hydraulique

Applications

  • Permet de récupérer une multitude de contaminants dissous
  • Permet de récupérer les NAPL (léger ou dense)
  • Le pompage doit être couplé avec d’autres techniques pour le traitement de l’eau contaminée
  • L’opération et l’entretien du système sont simples
  • Les sols doivent être suffisamment perméables pour permettre le mouvement du contaminant vers les puits de pompage. En principe, les sols ayant une perméabilité supérieure à 10-4 cm/s permettent une circulation suffisante.
  • Le pompage peut augmenter l’aération de la zone vadose, ce qui permet d’améliorer l’activité biologique. Cet effet est particulièrement prononcé au niveau du cône de rabattement où les contaminants résiduels ont tendance à s’accumuler

Applications aux sites en milieu nordique

Les sites nordiques et isolés entraînent généralement des coûts de mobilisation et d’installation élevés et peuvent souffrir d’une disponibilité limitée de l’équipement. Les systèmes actifs d’extraction et de traitement des eaux souterraines peuvent ne pas être appropriés pour les sites nordiques éloignés sans accès aux services publics ou à la main-d’œuvre locale d’exploitation et d’entretien. Les technologies passives telles que les « barrières perméables réactives passives » peuvent être considérées comme une alternative. Les systèmes du Nord exigent généralement une conception adaptée au climat, y compris la prise en compte du gel profond dans les sols, des changements saisonniers de l’état du sol et de longues périodes sans intervention de l’opérateur.

Type de traitement

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
Ne s’applique pas
Contamination dissoute
S’applique
Contamination résiduelle
Ne s’applique pas
Contrôle
S’applique
Phase libre
Ne s’applique pas
Physique
S’applique
Résorption
S’applique
Thermique
Ne s’applique pas

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
Avec restrictions
Chlorobenzène
S'applique
Composés inorganiques non métalliques
S'applique
Composés phénoliques
Avec restrictions
Explosifs
Avec restrictions
Hydrocarbures aliphatiques chlorés
S'applique
Hydrocarbures aromatiques monocycliques
S'applique
Hydrocarbures aromatiques polycycliques
Avec restrictions
Hydrocarbures pétroliers
S'applique
Métaux
Avec restrictions
Pesticides
Avec restrictions

Durée du traitement

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

Remarques :

Le système de pompage et traitement peut fonctionner pendant plusieurs années ou décennies. Au démarrage du système, les concentrations diminuent rapidement. Avec le temps, les concentrations de l’eau souterraine pompée ont tendance à atteindre une asymptote se situant au-dessus des critères de réhabilitation, nécessitant ainsi l’utilisation indéfinie du système de collecte et de traitement.

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

Lorsqu’un système est mis hors service, une augmentation des concentrations de contaminants dans les eaux souterraines est souvent observée après l’arrêt du système de pompage et de traitement. Ces concentrations doivent être surveillées afin de s’assurer que les concentrations dans les eaux souterraines, à la suite de l’arrêt du système, demeurent en dessous des valeurs réglementaires.

Lorsque la récupération des contaminants ne devient plus viable économiquement, le système est souvent remplacé par une autre stratégie de gestion des impacts résiduels, comme la biorestauration ou l’atténuation naturelle surveillée.

Produits secondaires ou métabolites

En général, il n’y a pas de génération de produits secondaires in situ provenant des opérations de pompage et de traitement. Cependant, dans un système de traitement donné, une réaction incomplète peut entraîner des produits de dégradation dangereux. Dans les rares cas où la chloration est employée, des sous-produits de désinfection tels que le trichlorométhane peuvent se former.

Afin de limiter les risques d’ajouter des substances nocives dans l’eau lors du traitement, certains praticiens recommandent d’utiliser des agents réactifs et des fournisseurs certifiés pour le traitement de l’eau potable (p.ex., NSF/ANSI Standard 60, WQA Gold Seal, etc.).

Limitations et effets indésirables de la technologie

  • Le temps de traitement peut être long et indéfini
  • Le coût du traitement peut être important compte tenu de la durée du traitement
  • La contamination résiduelle est difficile à traiter
  • La perméabilité du sol doit être supérieure à 10-4 cm/s
  • Une grande quantité d’eau doit être traitée et gérée
  • La présence d’horizons imperméables ou de voies préférentielles peut réduire l’efficacité de la récupération des contaminants
  • Un colmatage ou un encrassement biologique (croissance excessive de microorganismes) des puits d’extraction et de l’équipement de traitement associé peuvent se produire et nécessiter des besoins d’entretien supplémentaires
  • Des modifications importantes à l’écoulement des eaux souterraines ont le potentiel de modifier l’infiltration, le transport et l’évacuation et par conséquent de changer certaines propriétés comme le pH et le potentiel d’oxydoréduction
  • Le pompage (avec ou sans réinjection) change sensiblement l’hydraulique des eaux souterraines. La réinjection et l’infiltration modifient également les voies d’écoulement, créant ainsi des crêtes de nappe phréatique pouvant amener l’eau à s’écouler dans de nouvelles directions
  • Les accidents pouvant survenir lors de la collecte ou de l’adduction ne sont pas susceptibles d’affecter les récepteurs hors du site, sauf dans les cas où des fuites d’eau contaminée surviennent dans des zones non contaminées
  • Un traitement inadéquat ou inapproprié peut exposer les récepteurs en aval du point de rejet du système à des contaminants ou des sous-produits
  • Les produits chimiques utilisés lors du traitement peuvent inclure des acides forts, des bases, des oxydants ou des réducteurs. Une manipulation inappropriée ou un entreposage inadéquat peut entraîner une fuite ou une explosion

Technologies complémentaires améliorant l’efficacité du traitement

  • Le traitement thermique peut augmenter l’écoulement de la contamination résiduelle vers les puits de pompage
  • Le traitement thermique combiné à un système d’extraction des vapeurs peut augmenter le mouvement du (des) contaminant(s) résiduel(s) vers les puits de pompage lors du traitement de la contamination de LPNA
  • L’ajout d’agents tensioactifs (surfactants) peut améliorer la récupération de la contamination résiduelle
  • La fracturation du sol peut être utilisée pour créer de nouvelles voies de transport et augmenter le rendement des eaux souterraines
  • L’application d’un vide à la tête de puits (récupération sous vide) peut améliorer l’écoulement de l’eau et de contaminants. Cette technique est connue, entre autres, sous le nom de récupération sous vide

Traitements secondaires requis

Le pompage et traitement est une technique de récupération et elle peut être appliquée à une vaste gamme de contaminants solubles. Le choix d’un système de traitement en surface approprié dépend de la nature des contaminants identifiés et des propriétés de l’eau souterraine. Les options de traitement peuvent être séparées en deux catégories, soit celles utilisées pour la contamination organique dissoute et celles appropriées pour la contamination inorganique dissoute. La liste ci-dessous présente des exemples de méthodes de traitement.

  • Oxydation chimique pour traiter les composés organiques volatils et semi-volatils (COV et COSV, respectivement) et les pesticides ;
  • Stripage à l’air ou balayage à la vapeur pour traiter les COV
  • Adsorption sur des matrices, telles que du charbon activé, pour traiter les composés organiques volatils ou semi-volatils et pour les métaux lourds
  • Traitement dans un bioréacteur pour traiter les COV non halogénés, les COSV et les hydrocarbures pétroliers
  • Séparation par membrane pour les hydrocarbures volatils et semi-volatils
  • Oxydoréduction pour le fer ferreux, le chrome hexavalent, le plomb et le mercure
  • La séparation par membrane
  • L’échange d’ions
  • La précipitation pour les métaux
  • La coagulation-floculation
  • La filtration

Exemples d'application

Le lien internet suivant fournit trois exemples d’application :

U.S. EPA. Hydraulic Optimization Demonstration for Groundwater Pump-and- Treat Systems, Volume I - Pre-Optimization Screening (Method and Demonstration)

Performance

  • Méthode éprouvée pour le contrôle de la migration de contaminants
  • Le pompage et traitement est un traitement à long terme et n’est souvent pas efficace et coûteux
  • L’assainissement complet d’un site est souvent impossible avec les systèmes de pompage et de traitement

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

  • S’assurer de l’optimisation de la taille de la pompe et de son efficacité énergétique
  • Optimisation du calendrier afin de favoriser le partage des ressources et réduire le nombre de jours de mobilisation
  • Utilisation d’énergie renouvelable et d’équipement à faible consommation d’énergie (comme l’énergie solaire pour les pompes, l’énergie géothermique ou solaire pour l’unité de traitement)
  • Optimisation du débit de pompage pour réduire la consommation d’énergie (système de pompage et de traitement de l’eau)
  • Optimisation des processus de traitement de l’eau pour réduire les déchets et les biens non durables tel que le charbon activé

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

Non disponible pour cette fiche

Références

Auteur et mise à jour

Fiche rédigée par : Martin Désilets, B.Sc., Conseil national de recherches

Mise à jour par : Jennifer Holdner, M.Sc., Travaux publics et Services gouvernementaux Canada

Date de mise à jour : 30 avril 2014

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