Fiche descriptive : Adsorption – ex situ

De : Services publics et Approvisionnement Canada

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Description

La technologie d'adsorption ex situ, permet le traitement des effluents liquides et gazeux contaminés. Cette technologie ne détruit pas les contaminants, mais réduit la concentration des contaminants présents. Elle représente souvent une technologie complémentaire dans un traitement global de restauration (ex situ ou in situ), elle est alors utilisée comme technologie de polissage.

L’effluent liquide ou gazeux est pompé et transporté à travers un système contenant un matériau adsorbant. À son contact, les contaminants sont retenus, tandis que l’effluent liquide ou gazeux continue de s’écouler. Lorsque le matériau adsorbant devient saturé, il est remplacé. L’effluent liquide ou gazeux traité est ensuite analysé afin de vérifier s'il respecte les normes de rejet avant d'être retourné dans l'environnement.

Cette technologie peut être utilisée pour le traitement d’effluents provenant des déchets municipaux, industriels et dangereux.

Il existe plusieurs types de matériau adsorbant, les plus utilisés étant les matières actives, les matières organiques et les résines. L’adsorbant le plus courant est le charbon activé granulé. Les autres adsorbants naturels et synthétiques comprennent l’alumine activée, les éponges de lignine, les argiles de sorption et les résines synthétiques.

Lien Internet :

Mise en œuvre de la technologie

La mise en œuvre de l’adsorption ex situ requiert de mettre en place un système adapté permettant le traitement des effluents liquides ou gazeux. Le choix de l’unité à mettre en place et du type d’adsorbant dépend à la fois du type d’effluent à traiter, du type de contaminant et des autres éléments de la série de traitement précédent l’adsorption ex situ.

Les facteurs principaux à considérer pour le dimensionnement des éléments sont les suivants :

  • Le système de circulation des effluents sur l’adsorbant;
  • La taille et le nombre de lits de matériaux adsorbants;
  • La méthode de remplacement/régénération de l’adsorbant;
  • Le temps d’utilisation de l’adsorbant et sa fréquence de changement ou de régénération.

La mise en œuvre d’un système d’adsorption ex situ peut inclure :

  • la mobilisation et l’accès au site;
  • la mise en place et le raccordement au système existant, si nécessaire, de l’unité de traitement (peut nécessiter l’aménagement d’un bâtiment ou d’un conteneur);
  • la mise en place de réservoirs pour la récupération des effluents liquides résultant du traitement;
  • les équipements d’évacuation des liquides traités (pour rejet).

Étant donné que l’adsorption ex situ est souvent complémentaire à d’autres étapes d’une série de traitements, d’autres étapes de mise en œuvre spécifiques à ces technologies devront aussi être considérées comme, par exemple, la mise en place d’équipements de prétraitement (filtre à sac, bassin de décantation, etc.).

Matériaux et entreposage

Les travaux d’aménagement requis pour la mise en œuvre de cette technologie ont généralement peu d’impact et requièrent peu de matériel sur le site. Des adsorbants propres ainsi que des déchets, comme des matériaux de sorption usagés, peuvent être conservés sur le site pendant le traitement.

D’autres matériaux ou de l’entreposage liés aux autres technologies de la série de traitements peuvent aussi se trouver sur le site.

Résidus et rejets

Les matériaux adsorbant utilisés et les solides accumulés doivent être transportés hors site, généralement en lots.

À la suite de leur traitement, les eaux souterraines devraient respecter les critères de rejet et ne devraient pas présenter de risques élevés lors de leur évacuation.

Les rejets d’effluents gazeux sont traités lors du procédé et les émissions de vapeurs sont minimes.

Le système de traitement peut générer d’importantes quantités de résidus, mais la gestion, l’entreposage et l’élimination des résidus de traitement font partie du fonctionnement efficace du système.

Analyses recommandées dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Analyses chimiques

  • pH
  • La concentration des contaminants présents dans les phases :
    • dissoutes
    • gaseuses
  • La concentration des contaminants présents dans l’air
  • La concentration des métaux dans l’eau

Analyses physiques

  • La température
  • L’humidité de l'effluent gazeux
  • La concentration des matières en suspension
  • Les caractéristiques physiques du contaminant incluent :
    • la viscosité
    • la densité
    • la solibilité
    • la pression de la vapeur
    • etc.

Essais recommandés dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Sans objet.

Autre information recommandée pour une caractérisation détaillée

Phase III

  • Le volume d’eau ou d’effluent gazeux à traiter
  • Le débit d’eau à traiter

Remarques :

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

Applications

  • Contamination en phases dissoute et gazeuse
  • Efficace surtout pour les composés organiques
  • Efficace pour la réduction de concentrations de certains métaux lourds

Applications aux sites en milieu nordique

Le traitement des eaux souterraines n’est pas toujours approprié dans les régions nordiques qui n’ont pas accès aux services publics ou à de la main-d’œuvre locale pouvant assurer le fonctionnement et l’entretien du système. Le système doit être adapté au climat et considérer les facteurs tels le gel en profondeur et le soulèvement par le gel.

De plus, 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.

Type de traitement

Type de traitement
Type de traitementS’applique ou Ne s’applique pas
In situ
Ne s’applique pas
Ex situ
S’applique
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
S'applique
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

Remarques:

Le matériel adsorbant doit être sélectionné en fonction des contaminants présents dans l'effluent à traiter (liquide ou gazeux). Chaque composé chimique présente une isotherme d’adsorption spécifique au matériel adsorbant. Il est important de considérer ces isothermes d’absorption pour le choix du matériel adsorbant. Par exemple, en général les composés organiques de petite taille, comme le chlorure de vinyle, sont adsorbés plus difficilement par rapport aux autres dont la masse molaire est plus importante.

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 matériel adsorbant doit être sélectionné en fonction des contaminants présents dans l'effluent. Les composés organiques de petite taille comme le chlorure de vinyle sont adsorbés plus difficilement.

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

À la suite des travaux d’assainissement, les matériaux adsorbants devront être traités et disposés de façon adéquate.

Produits secondaires ou métabolites

La technique d'adsorption ex situ n'est pas destructive et ne produit pas de sous-produits secondaires de réaction. Toutefois, l'effluent liquide et gazeux traité doit être analysé avant d'être disposé, pour contrôler les concentrations résiduelles de contaminants et s’assurer d'être conforme aux normes de rejet.

Limitations et effets indésirables de la technologie

  • Le matériel adsorbant doit être réactivé ou changé périodiquement;
  • La présence de poussières, de microorganismes, de matière organique et de composés inorganiques peut obstruer les pores du matériau d'adsorption;
  • Un taux d'humidité élevé dans l'effluent gazeux peut encrasser le système;
  • La présence de phase libre peut nécessiter un prétraitement avant la filtration dans le matériel adsorbant;
  • Les composés hydrosolubles et les petites molécules ne sont pas bien adsorbés en général;
  • La présence de contaminant résorbable en concentration élevée peut amener un remplacement fréquent du matériel adsorbant;
  • Les composés traces peuvent nécessiter un temps de résidence important dans le matériel adsorbant;
  • Les coûts de traitement peuvent s’avérer élevés selon les autres technologies de traitement auxquelles l’adsorption ex situ est combinée (pompage de l’eau souterraine, par exemple);
  • Dans le cas de contaminants peu usuels ou émergents, ou d’une contamination complexe (par exemple contaminants inorganiques/organiques), une étude de traitabilité en laboratoire (d’adsorption) pourrait être nécessaire.

Le principal avantage de la technologie est que la durée du traitement est généralement plus courte et que l’uniformité du traitement est mieux assurée en raison de la possibilité de surveiller et de mélanger en continu les eaux souterraines. Le traitement requiert toutefois le pompage des eaux souterraines, ce qui entraîne une augmentation des coûts et du temps alloué à l’installation des équipements.

Technologies complémentaires améliorant l’efficacité du traitement

  • Un système d’élimination de poussières et de déshumidification de l'effluent gazeux peut être installé en amont du matériel adsorbant, si requis;
  • Un système de préfiltration ou de décantation des matières en suspension dans l’eau est souvent requis pour éviter le colmatage prématuré du matériel adsorbant.

Traitements secondaires requis

Lorsque saturé et lors de sa disposition, le matériel adsorbant contenant les contaminants doit être traité selon des techniques telles que le traitement thermique et l'incinération. Dans certains cas, il peut être récupéré et recyclé.

Exemples d'application

La technologie d'adsorption ex situ est bien connue et plusieurs compagnies offrent des systèmes d'exploitation adaptables à tous les types de sites contaminés.

Le site suivant fournit des exemples d'application :

Performance

Le rapport de l'institut des produits pétroliers (CPPI, 1994) mentionne que cette technologie est principalement efficace pour des effluents contenant de faibles concentrations d'hydrocarbures (jusqu'à 1?000 µg/L) et que, dans ce cas, l'efficacité du traitement est de 99 % (CSMWG, 2005).

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

  • Optimisation de la taille de l’unité de circulation;
  • 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;
  • Optimisation du débit de circulation pour réduire la consommation d’énergie;
  • Optimisation des processus de traitement de l’eau et des gaz pour réduire les déchets et les biens non durables (charbon actif);
  • Régénération et réutilisation du matériel adsorbant.

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

Principaux mécanismes d’exposition

S’applique ou ne s’applique pas

Surveillance et atténuation

Poussière

Ne s’applique pas

s/o

Émissions atmosphériques/de vapeurs – sources ponctuelles ou cheminées

S’applique

Surveillance de la source, intégrer la collecte et le traitement des effluents gazeux dans la conception, si applicable

Émissions atmosphériques/de vapeurs – sources non ponctuelles

Ne s’applique pas

s/o

Air/vapeur – sous-produits

Ne s’applique pas

s/o

Ruissellement

Ne s’applique pas

s/o

Eau souterraine – déplacement

Ne s’applique pas

s/o

Eau souterraine – mobilisation chimique/géochimique

Ne s’applique pas

s/o

Eau souterraine – sous-produit

Ne s’applique pas

s/o

Accident/défaillance – dommage aux services publics

Ne s’applique pas

s/o

Accident/défaillance – fuite ou déversement

S’applique

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

Autre – Rejets liquides (source ponctuelle)

S’applique

Surveillance de la source, intégrer la collecte et le traitement des effluents liquides dans la conception, si applicable

Références

Auteur et mise à jour

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

Mise à jour par : Magalie Turgeon, Conseil national de recherches

Date de mise à jour : 24 août 2017

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 :
1.2.2