Fiche descriptive : Pompage et traitement des liquides denses en phase non aqueuse (LDPNA)

De : Services publics et Approvisionnement Canada

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Description

Le système de pompage et traitement pour des liquides denses en phase non aqueuse (LDPNA) consiste à pomper un produit en phase libre ou un mélange de produit en phase libre et d’eau souterraine du sol afin de le traiter à la surface. Le mouvement d’un panache de contamination en phase libre et dense peut être contrôlé en installant des puits en aval de ce dernier. Par contre, cette méthode de contrôle génère de grandes quantités d’eaux usées à traiter, ce qui engendre d’importants coûts d’opération et de traitement. Plus d’information sur la technique de pompage et traitement en général est disponible dans la fiche « Pompage et traitement ».

Dans les années 1980 et 1990, cette technologie était l’une des technologies les plus couramment utilisées pour le traitement des LDPNA. Cependant, avec le temps, cette technologie n’a pas permis l’atteinte des objectifs de réhabilitation. Le pompage et traitement pour LDPNA est maintenant principalement utilisé comme approche de confinement ou en combinaison avec d’autres technologies de réhabilitation.

La technique de pompage et traitement des LDPNA nécessite une connaissance approfondie des propriétés physiques du contaminant ainsi que de la géologie et de l’hydrogéologie locale du site. La localisation et la délimitation précises de la contamination sont aussi critiques. Ces informations sont importantes pour la conception du système de pompage et l’emplacement des puits de pompage.

Pour faciliter la mobilisation du contaminant vers le système de pompage, des surfactants ou des solvants organiques peuvent être injectés dans la zone contaminée. Plus de détails sur les techniques pour augmenter la mobilité des LDPNA sont fournis dans la fiche : Lavage, lessivage ou extraction chimique des sols in situ.

Liens Internet :

Dense Nonaqueous Phase Liquids - S.G. Huling & J.W. Weaver - EPA/540/4-91-002, March 1991 - US EPA pdf

U.S. EPA. 2010. Dense Nonaqueous Phase Liquid Cleanup: Accomplishments at Twelve NPL Sites

4.47 Ground Water Pumping/Pump and Treat - FRTR Remediation Technologies Screening Matrix and Reference Guide, Version 4.0

ESTCP. 2011. DECISION GUIDE: A Guide for Selecting Remedies for Subsurface Releases of Chlorinated Solvents. ESTCP Project ER-200530

Mise en œuvre de la technologie

Le système peut inclure :

  • Des investigations environnementales, hydrologiques et géologiques détaillées sur le site
  • 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 et de puits d’observation
  • L’installation de pompes (typiquement des pompes électriques ou pneumatiques) et de conduites d’adduction (souvent souterraines en tranchées, conçues pour être protégées contre le gel et la circulation)
  • L’installation d’un système de traitement pouvant nécessiter un petit bâtiment ou un conteneur. Le traitement varie selon le contaminant, mais il peut comprendre : la filtration ou la coagulation/précipitation, la sorption sur charbon activé, le stripage à l’air, l’oxydation chimique ou aux UV, le traitement biologique, l’échange d’ions ou l’osmose inverse, l’évaporation, la flottation à l’air dissous, l’écumage ou la séparation huile-eau, l’électrocoagulation, la phytoremédiation (lagunage), le balayage à la vapeur et l’extraction liquide/liquide.
  • Si des vapeurs sont générées (par exemple par stripage à l’air), le traitement de vapeurs/effluents gazeux peut 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.

La technologie de pompage et traitement nécessite une connaissance hydrogéologique approfondie du site et souvent, elle est 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 au 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 mises en place au moyen de méthodes et d’équipements traditionnels/courants facilement disponibles pour des travaux d’installation de puits d’eau, de systèmes de drainage, d’aqueduc ou de services publics. Des unités de traitement peuvent être construites sur place. Des unités préassemblées acheminées dans des conteneurs d’expédition, sur des remorques ou sur des palettes sont couramment disponibles. L’extraction et l’adduction de l’eau nécessitent de l’énergie. Des produits chimiques sont également nécessaires à des fins d’entretien tels que le nettoyage périodique de l’entartrage ou de l’encrassement.
  • À l’exception des sites nécessitant de vastes réseaux de tranchées, les travaux de construction ont généralement peu d’impacts et un faible besoin d’espace et d’entreposage sur le site.
  • Les systèmes de traitement requièrent généralement l’entreposage de réactifs, de produits chimiques ainsi que des résidus collectés, tels que des saumures concentrées, des médias de sorption souillés ou des boues collectées. Ceux-ci peuvent inclure une gamme d’oxydants (tels que le peroxyde d’hydrogène ou le chlore), des réducteurs (tels que les polysulfures), des substrats biologiques, des sorbants, des saumures régénérantes, des antisalissures, des anticalcaires (tels que les phosphonates, les polyphosphates et l’acide sulfamique), des agents anti-émulsions (solvants, agents de surface non ioniques, diverses amines, polymères spéciaux), des agents anti-mousse, etc.

Résidus et rejets

  • L’installation du système nécessite généralement des activités de forage ou d’excavation dans les zones contaminées, entraînant la manipulation et l’élimination de sols contaminés généralement placés dans des conteneurs en vue d’être éliminés hors du site. Les déblais de forage et les équipements de forage peuvent être fortement contaminés.
  • Les systèmes de traitement peuvent générer de grandes quantités de résidus solides et liquides, qui peuvent varier en fonction de la nature de la contamination présente et des méthodes de traitement utilisées. Les sorbants usés tels que le charbon activé et les solides collectés (boues) doivent être collectés et transportées hors site. Dans des conditions spécifiques, les résidus solides peuvent être inflammables, corrosifs ou produire des lixiviats toxiques. Le stockage, la gestion et l’élimination appropriés des résidus de traitement font partie du bon fonctionnement du système de traitement. Se référer également à : « Fiche d’information sur la pompe et le traitement ».
  • Idéalement, l’eau souterraine traitée doit satisfaire tous les critères applicables au moment de son évacuation et elle ne doit pas présenter un rejet à haut risque. Des rejets d’eau insuffisamment traités contenant des sous-produits ou des excédents de réactifs peuvent constituer un danger pour les récepteurs en aval.
  • 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.

Analyses recommandées dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Analyses physiques

  • L'analyse granulométrique
  • Les caractéristiques physiques du contaminant incluent :
    • la viscosité
    • la densité
    • la solibilité
    • la pression de la vapeur
  • La tension superficielle eau/liquides immiscibles dans les conditions du site
  • La présence des liquides en phase non aqueuse (légers ou denses)

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
  • Une modélisation hydrogéologique
  • 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 la phase libre et la contamination dissoute ;
  • 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 ;
  • La viscosité du LDPNA doit être faible ;
  • Une quantité minimale de phases libres doit être présente dans le système pour permettre le pompage de la contamination.

Applications aux sites en milieu nordique

Le pompage intensif n’est pas toujours approprié dans les régions éloignées qui n’ont pas facilement accès aux services publics ou à de la main-d’œuvre locale pouvant assurer le fonctionnement et l’entretien du système. Les alternatives possibles comprennent l’excavation de la zone source, l’écrémage passif, des barrières réactives passives ou la bioventilation. Les systèmes nordiques ont généralement besoin de techniques adaptées au climat tenant compte notamment du gel profond du sol, des changements saisonniers des conditions du sol et de longues périodes sans intervention de l’exploitant du système, sans ravitaillement en carburant et sans enlèvement des produits recueillis.

Dans les climats froids, les cycles de congélation-décongélation peuvent entraîner la remobilisation du résidu de LDPNA. Lorsque le sol humide gèle, son volume augmente. L’augmentation du volume entraîne le transport de la matière par le soulèvement résultant du gel et des phénomènes connexes. L’augmentation de la viscosité associée aux températures froides peut également limiter les taux de récupération du LDPNA.

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
S’applique
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
Avec restrictions
Composés inorganiques non métalliques
Ne s'applique pas
Composés phénoliques
Avec restrictions
Explosifs
Ne s'applique pas
Hydrocarbures aliphatiques chlorés
Avec restrictions
Hydrocarbures aromatiques monocycliques
Avec restrictions
Hydrocarbures aromatiques polycycliques
Avec restrictions
Hydrocarbures pétroliers
Avec restrictions
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
Ne s’applique pas
1 à 3 ans
Ne s’applique pas
3 à 5 ans
S’applique
Plus de 5 ans
S’applique

Remarques :

Les systèmes de pompage et traitement des LDPNA qui sont conçus principalement pour la récupération et le traitement du produit libre du sol peuvent être opérés pendant des périodes plus courtes. De grands volumes de LDPNA doivent être présents pour que le traitement soit efficace et une fois que la LDPNA récupérable a été pompée, le système peut être modifié ou remplacé par une technologie moins énergivore et coûteuse pour atteindre les objectifs de réhabilitation à long terme.

Les systèmes de pompage et de traitement conçus pour le confinement et le traitement des eaux souterraines contaminées par la DNAPL fonctionnent généralement pendant de longues périodes, des années ou des décennies. Comme tous les systèmes de pompage et de traitement, ils ont tendance à accumuler des résidus de façon telle que les concentrations de contaminants dans les eaux souterraines peuvent asymptomatiquement approcher un état stationnaire se situant au-dessus des critères d’élimination, nécessitant ainsi l’utilisation illimitée du système de collecte et de traitement.

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

Les systèmes des pompage et traitement sont typiquement inefficaces afin de traiter la contamination résiduelle. Une stratégie de gestion de contamination résiduelle à long terme peut être nécessaire. 

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.

Produits secondaires ou métabolites

En général, la procédure de pompage ne produit pas de sous-produits dans le sol. Cependant, une réaction incomplète dans un système de traitement peut générer de produits de dégradation dangereux. Dans de rares cas où la chloration est utilisée, des sous-produits de désinfection, comme le trichlorométhane (chloroforme), peuvent apparaître. La gestion des sous-produits générés par les systèmes de traitement fait partie du fonctionnement normal du système de traitement.

Limitations et effets indésirables de la technologie

  • La récupération dépend grandement de la connaissance de la localisation et de la délimitation des panaches de LDPNA
  • Les coûts de traitement sont élevés ;
  • La durée du traitement peut être longue et indéfinie ;
  • La récupération complète du LDPNA par pompage n’est presque jamais possible sans l’application d’une technologie d’assainissement complémentaire, telle que l’extraction multiphase ou d’une technologie d’assainissement à la source (par exemple les technologies d’oxydation thermique ou chimique) ;
  • Le pompage et traitement, seul, a une capacité limitée afin de traiter la contamination résiduelle
  • La perméabilité du sol doit être supérieure à 10-4 cm/s ;
  • Une grande quantité d’eau peut devoir être gérée si le système est conçu pour des aquifères à haute perméabilité ;
  • La présence d’horizons imperméables ou de voies préférentielles peut réduire l’efficacité de la récupération.
  • Le colmatage ou l’encrassement biologique (croissance excessive de microorganismes) des puits de pompage et de l’équipement de traitement associé peut se produire et vont nécessiter des besoins en maintenance plus importants.
  • 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 en phase libre et leurs vapeurs peuvent comporter des risques graves d’incendie ou d’explosion. Les produits en phase libre contiennent généralement des concentrations relativement élevées de contaminants. En raison de leur inflammabilité ou de leur toxicité, ils sont habituellement manipulés, entreposés, transportés et traités en tant que matières dangereuses.

Technologies complémentaires améliorant l’efficacité du traitement

  • Le système de traitement thermique (conduction, résistance électrique ou chauffage par injection de vapeur) peut augmenter le mouvement du (des) contaminant(s) vers les puits de pompage.
  • L’injection de solutions de lavage (surfactant) peut augmenter la récupération de LDPNA par pompage.
  • La fracturation du sol peut être utilisée pour créer de nouvelles voies de transport et augmenter le rendement des eaux souterraines.

Traitements secondaires requis

  • Cette technologie requiert un système de séparation des liquides pompés. Les séparateurs de phases comprennent des séparateurs air-eau et des séparateurs huile-eau.
  • Le traitement des eaux pompées est également nécessaire. Le système du traitement varie en fonction de la nature de la contamination présente. Plus de détails sur les types de traitement typiquement utilisés dans les systèmes pompage et traitement sont disponibles dans la fiche « Pompage et traitement ».

Exemples d'application

Le système de pompage et traitement pour LDPNA n’est plus utilisé comme technologie de remédiation. Les récents exemples et les applications de cette technologie sont très limités.

Performance

  • L’utilisation de systèmes de pompage et traitement est peu commune pour la contamination LDPNA
  • Le pompage et traitement est une technologie coûteuse et ayant une longue durée de traitement
  • Les systèmes de pompage et traitement ne permettent pas toujours la réhabilitation complète des sites

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 (par exemple, énergie géothermique ou solaire pour l’unité de traitement).
  • Optimisation du débit de l’eau dans le système de pompage et l’unité de traitement pour réduire la consommation d’énergie
  • Optimisation des procédés de traitement de l’eau usée pour réduire les déchets et la consommation d’intrants tel que le charbon activé         
  • Recyclage des liquides non aqueux récupérés
  • Utilisation de biofiltres pour le traitement d’eau
  • Fonctionnement cyclique plutôt que continu pour améliorer la récupération
  • Limite du nombre de visites sur le terrain en utilisant la télémétrie pour la surveillance à distance des conditions du site

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 : 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 : 29 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