Fiche descriptive : Adsorption – in situ

De : Services publics et Approvisionnement Canada

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Description

L'adsorption in situ est un processus qui consiste à retenir temporairement ou de manière permanente les contaminants organiques et les métaux, en phase dissoute ou gazeuse, à la surface d'un matériel adsorbant. Les adsorbants peuvent être constitués de matériaux tels que du charbon activé, de l'aluminium activé, de zéolithe ou de polymères. Dans le cas d'une contamination dissoute, il peut s'agir de mettre en place une barrière réalisée à partir de tranchées ou de forages ou d’injecter, à même le sol, du charbon activé et un amendement (chimique ou biologique). S'il s'agit d'une contamination gazeuse, un lit d’adsorbants peut être installé près de la surface du sol.

Les composés organiques sont souvent hydrophobes et peu solubles dans l'eau, ils ont donc tendance à s'adsorber préférentiellement sur l’adsorbant. Lorsque l’adsorbant devient saturé, il doit être remplacé. L’adsorbant saturé est alors récupéré, traité ou régénéré et réutilisé dans le système.

La combinaison de charbon actif et d'amendements chimiques ou biologiques est une nouvelle technologie d'assainissement appliquée aux contaminants présents dans les sols et l’eau souterraine. Le mélange de charbon actif et d’amendements est injecté à haute pression dans les sols peu perméables (en utilisant des mélanges de charbons granulaires/poudrés) et à basse pression dans la zone perméable (avec des mélanges de charbon colloïdal). Le charbon actif est responsable de l'adsorption des contaminants, alors que les amendements réactifs dégradent les contaminants adsorbés. En fonction des contaminants présents, le charbon actif peut avoir différentes porosités et les amendements réactifs peuvent être constitués de fer zérovalent, d'éléments nutritifs, d'accepteurs d'électrons, de peroxyde de calcium, etc. La rétention de contaminants dans la matrice de charbon actif permet un temps de résidence plus long des contaminants soumis à la dégradation stimulée par des amendements réactifs. Cette technologie est principalement utilisée pour le traitement des hydrocarbures pétroliers et des solvants chlorés.

Liens Internet :

Mise en œuvre de la technologie

La technologie d’adsorption in situ comprend l’installation d’une barrière réalisée à partir de tranchées ou de forages. Dans ce cas, les étapes suivantes doivent être considérées :

  • La mobilisation, l’accès au site et la mise en place d’installations temporaires; 
  • La réalisation de forages ou de tranchées;
  • L’installation d’une barrière de matériaux adsorbants (contamination dissoute);
  • L’installation de lits de matériaux adsorbants (contamination gazeuse);
  • Le renouvellement ou le remplacement des matériaux adsorbants.
  • Le type de contaminant
  • L’adsorbant
  • La taille et nombre de lits de matériaux adsorbants (contamination gazeuse);
  • Les amendements chimiques et/ou biologiques;
  • La porosité du charbon activé;
  • La méthode de régénération/disposition, au besoin;
  • Le temps pendant lequel l’adsorbeur doit être utilisé avant la régénération/disposition.

En ce qui concerne l’adsorption in situ par la combinaison de charbon activé et d’amendements, les étapes suivantes sont à considérer :

  • La mobilisation, l’accès au site et la mise en place d’installations temporaires; 
  • L’injection du mélange de charbon activé et d’amendements; 
  • Le renouvellement ou le remplacement des matériaux adsorbants, au besoin.

Les facteurs additionnels à considérer lors de la mise en œuvre de la technologie sont les suivants :

Matériaux et entreposage

Les matériaux requis pour l’installation des barrières ou zone d’adsorption sont progressivement mis en place sur le site pendant la construction. Une fois les systèmes installés, peu de matériel a à être conservé sur place.

Résidus et rejets

L’aménagement des puits ou des tranchées nécessite généralement des activités de forage ou d’excavation dans les zones contaminées. Cela entraîne la manipulation de sols contaminés qui devront être éliminés hors site.

À la fin de la durée de vie de la technologie, à la suite de l’excavation du système, peu de résidus demeurent sur le site. Le système peut cependant être construit avec l’intention de laisser les matériaux en place indéfiniment. Des résidus solides peuvent aussi être générés en cas de renouvellement ou réparation du système d’adsorption (matériaux provenant d’une tranchée, par exemple).

L’eau traitée ainsi que les effluents gazeux migrant à travers l’absorbant constituent les deux principaux rejets du système. La qualité de ces rejets doit être suivie pour s’assurer de son efficacité.

Analyses recommandées dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Analyses chimiques

  • pH
  • L'alcalinité
  • La conductivité
  • La capacité d'échange cationique (CEC)
  • La concentration des contaminants présents dans les phases :
    • dissoutes
    • dissoute

Analyses physiques

  • La température
  • Le coefficient de distribution du contaminant
  • L'analyse granulométrique

Essais recommandés dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Essais chimiques

  • Étude de traitabilité en laboratoire – Essai adapté en fonction du type d’amendement utilisé (chimique ou biologique)

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
  • La modélisation hydrogéologique

Remarques :

Des essais de laboratoire peuvent être requis afin de vérifier l'efficacité de l’adsorbant pour une concentration donnée d'un composé organique ou afin de sélectionner l’adsorbant le plus efficace.

Applications

  • Traitement des contaminants en phases dissoute et gazeuse
  • Efficace surtout pour les contaminants organiques
  • Peut s'appliquer pour certains métaux et solvants chlorés

Applications aux sites en milieu nordique

L’adsorption in situ est possible en milieu nordique, cependant, les sites éloignés nécessitent une mobilisation plus importante, ce qui entraîne des coûts de surveillance sur place plus élevés. La disponibilité des équipements est limitée et les fenêtres de travail sont relativement courtes.

L’utilisation de la technologie en milieu nordique comporte des avantages par rapport au traitement conventionnel des eaux dans les régions nordiques éloignées, qui n’ont pas accès aux services publics ou à la main-d’œuvre locale pour assurer le fonctionnement et l’entretien. Le système doit être adapté au climat et considérer les facteurs tels le gel en profondeur et le soulèvement par le gel. Puisque la technologie ne comprend pas d’équipements ou de matériaux complexes ni d’entretien régulier, il y a moins de risques de bris d’équipement par le froid ou de besoin en main-d’œuvre.

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
Ne s’applique pas
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
S'applique
Chlorobenzène
S'applique
Composés inorganiques non métalliques
Avec restrictions
Composés phénoliques
S'applique
Explosifs
Avec restrictions
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

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
Ne s’applique pas
Plus de 5 ans
S’applique

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

La technologie avec barrière peut être utilisée pendant de nombreuses années et aucune remise en état, à la suite du procédé de réhabilitation, ne serait vraisemblablement nécessaire. Il faut cependant s’assurer du bon fonctionnement et de l’entretien de la technologie, car les précipitations et l’encrassement pourraient entraîner la consommation d’adsorbants avec le temps, et diminuer le rendement de la technologie.

Pour la technologie avec injection de charbon activé et amendements, il existe peu de données concernant l’efficacité à long terme du traitement. Une évaluation plus approfondie doit être réalisée pour cette technologie. Entre autres, la possibilité de relargage des contaminants adsorbés à long terme, dans le cas où le matériel adsorbant est laissé en place après le traitement.

Un système de surveillance doit être mis en place pour s'assurer de la qualité de l'effluent à la sortie du système ou en aval hydraulique.

Produits secondaires ou métabolites

Aucun produit secondaire n'est formé par le processus d’adsorption.

Lorsque la technologie d’adsorption est combinée avec des amendements biologiques pour stimuler la dégradation des composés adsorbés, des sous-produits de dégradation sont susceptibles d’être générés.

Limitations et effets indésirables de la technologie

  • Entretien de l'adsorbant (régénération ou changement périodique des matériaux);
  • Pour le traitement des effluents gazeux, la superficie à traiter ne doit pas être trop importante;
  • Perte d'efficacité du charbon activé pour les gaz en présence d'humidité dans l'air;
  • Peu efficace pour les composés inorganiques non métalliques;
  • Pour l’adsorption par le charbon activé et amendements, il y a peu de données disponibles concernant l’efficacité à long terme du traitement. La technologie doit être évaluée de façon plus approfondie.

Technologies complémentaires améliorant l’efficacité du traitement

Dans le cas d'une contamination avec composés organiques volatils, la technologie du barbotage ou celle de la volatilisation peut être utilisée en combinaison avec le système d'adsorption in situ.

Traitements secondaires requis

Dans certains cas, l’adsorbant peut être régénéré, comme le charbon activé qui est régénéré par chauffage en présence d'une contamination organique.

Exemples d'application

Les sites suivants fournissent des exemples d'application :

Performance

La performance du système d'adsorption varie en fonction du type d'adsorbant utilisé, des caractéristiques spécifiques du site contaminé et du type de contaminants visé.

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

  • Optimisation du calendrier afin de favoriser le partage des ressources et réduire le nombre de jours de mobilisation;
  • Optimisation de la configuration de la barrière pour réduire la quantité d’adsorbants à mettre en place;
  • Utilisation prioritaire de matières adsorbantes recyclables;
  • Utilisation de la télémétrie pour la surveillance à distance des conditions du site et limiter le nombre de visites.

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

Poussière

Ne s’applique pas (mineur pendant la construction)

S. O.

Émissions atmosphériques/de vapeurs – sources ponctuelles ou cheminées

Ne s’applique pas

S. O.

Émissions atmosphériques/de vapeurs – sources non ponctuelles

S’applique

Surveillance de la source, du périmètre ou des récepteurs

Air/vapeur – sous-produits

Ne s’applique pas

S. O.

Ruissellement

Ne s’applique pas

S. O.

Eau souterraine – déplacement

S’applique

Modélisation des effets de la barrière, surveillance de la migration de l’eau souterraine et surveillance des changements de gradients

Eau souterraine – mobilisation chimique/géochimique

S’applique

Modélisation des effets de la barrière, surveillance de la migration de l’eau souterraine et surveillance des changements de gradients

Eau souterraine – sous-produit

S’applique

Modélisation du comportement et du transport des contaminants, validation du modèle, surveillance de la qualité de l’eau et essais pilotes

Accident/défaillance – dommage aux services publics

S’applique

Vérifications des dossiers et obtention des permis préalables aux travaux d’excavation ou de forages, élaboration de procédures d’excavation et d’intervention d’urgence

Accident/défaillance – fuite ou déversement

Ne s’applique pas

S. O.

Accident/défaillance – incendie/explosion

Ne s’applique pas

S. O.

Autre – manipulation de sols contaminés

S’applique lors de la mise en place du traitement

Examen des risques, élaboration de plans d’intervention en cas d’accident et d’urgence, surveillance et inspection des conditions dangereuses

Références

Auteur et mise à jour

Fiche rédigée par : Mahaut Ricciardi-Rigault, M.Sc., MCEBR

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

Date de mise à jour : 8 juin 2016

Dernière mise à jour par : Nathalie Arel, P.Eng., M.Sc., Christian Gosselin, P.Eng., M.Eng. and Sylvain Hains, P.Eng., M.Sc., Golder Associés Ltée

Date de mise à jour : 22 mars 2019

Version :
1.2.5