Fiche descriptive : Oxydation chimique – Traitement à l'ozone – ex situ

De : Services publics et Approvisionnement Canada

Sur cette page

Description

L'oxydation chimique ex situ par l'ozone est une technologie de réhabilitation des sols et de l’eau souterraine qui consiste à mettre en contact l'ozone à l'état gazeux avec les sols ou l’eau contaminés. L’application de cette technologie nécessite l'excavation et l’homogénéisation des sols ou le pompage de l’eau souterraine à traiter ainsi que la gestion des sols ou de l’eau après le traitement. Le traitement par oxydation à l'ozone minéralise la majorité des composés organiques.

La destruction des contaminants est effectuée directement par la molécule d'ozone ou indirectement par les radicaux hydroxyles qui sont plus réactifs que l'ozone et peu spécifiques, ce qui leur permet d'oxyder un grand nombre de composés chimiques. L'ozone dégrade également la matière organique, produisant ainsi du dioxyde de carbone et de l'eau.

L'oxydation chimique se produit sur toutes les substances ayant un potentiel d'oxydation, c'est-à-dire les composés organiques et certains métaux. L'avantage du traitement ex situ par rapport au traitement in situ, est le contrôle des conditions d'oxydation (exemple : temps de contact) et l'assurance d'une répartition homogène de l'oxydant dans le matériel contaminé.

Liens internet :

Mise en œuvre de la technologie

Pour le traitement de l’eau souterraine, des structures d'extraction sont mises en place pour collecter les eaux souterraines contaminées et les acheminer vers le système de traitement, où elles sont traitées puis rejetées.

La mise en œuvre de cette technologie peut inclure :

  • la mobilisation, l'accès au site et les installations temporaires;
  • l’aménagement de puits, de tranchées de collecte ou l'installation de drains perméables;
  • l’installation de pompes et de conduites d’adduction (souvent souterraines ou en tranchées et conçues pour résister au gel et à l’abri de la circulation);
  • l’installation d’équipement nécessaire pour générer l’ozone sur le site;
  • l'installation d’un système de traitement (pouvant nécessiter un petit bâtiment ou un conteneur);
  • l'installation d’un système de rejet (évacuation vers des conduites existantes, nouvel exutoire d’eau de surface, réinjection, champ d'infiltration ou bassin d'infiltration).

Pour le traitement des sols contaminés, de l'équipement d'excavation conventionnel est utilisé pour retirer ou mélanger le sol contaminé en faible profondeur afin de procéder au traitement sur le site. Cela peut notamment inclure :

  • la mobilisation, l'accès au site et la mise en place d'installations temporaires;
  • l’entreposage temporaire et le brassage des sols, afin de les uniformiser avant le traitement;
  • l'ajout d'additifs pour augmenter la perméabilité des sols;
  • la gestion des sols traités (élimination hors site, épandage sur le site ou remblayage des zones excavées);
  • la restauration de la surface.

Des contrôles de vapeurs et d'effluents gazeux pourraient être requis si les contaminants présents dans les sols ou l’eau souterraine traités sont volatils. L’ozone est un gaz toxique, donc le contrôle des émissions d’ozone est primordial.

Matériaux et entreposage

  • Cette technologie est mise en place au moyen de méthodes et d’équipements traditionnels et couramment disponibles pour des travaux d’excavation ou d’aménagement de puits, tranchées ou drains;
  • Les unités de traitement peuvent être construites sur place ou préalablement assemblées et acheminées dans des conteneurs d’expédition, des remorques ou sur des palettes;
  • Les équipements de traitement nécessitent la mise en place d’une source d’énergie;
  • L'ozone gazeux est instable et hautement réactif, il doit être produit directement sur le site avant son utilisation, à l’aide de générateurs d’ozone (ozonateur). Un ozonateur est généralement composé d’un générateur d'oxygène qui extrait l’oxygène de l'air atmosphérique et sous l’action d’un courant électrique transforme les molécules d’oxygène en ozone. Le stockage de l’ozone n'est généralement pas effectué puisque l'ozone est un gaz toxique et également instable à forte concentration.

Résidus et rejets

La mise en place du système pour le traitement de l’eau souterraine pourrait mener à la gestion de sols contaminés résultant des activités de forage ou d’excavation. Dans ce cas, ces sols doivent être éliminés hors site.

L’ozone laisse peu de résidus autres que l’oxygène. La minéralisation complète de composés organiques produit du dioxyde de carbone, de l’eau et des ions inorganiques (comme le chlorure). Dans certains cas, la minéralisation complète ne se produit pas. Dans la plupart des cas, les méthanes chlorés ne sont pas oxydables. La qualité des sols doit être vérifiée avant sa réutilisation.

La génération de vapeurs riches en oxygène en présence de quantités importantes de contaminants inflammables (p.ex. : les hydrocarbures pétroliers) peut poser des préoccupations en termes de sécurité.

Si des sorbants sont utilisés (le charbon actif) pour le traitement des émissions gazeuses émises lors du traitement, ils doivent être récupérés et gérés hors site, lorsque nécessaire.

Généralement, l‘eau souterraine traitée respecte les critères applicables et ne présente pas de risque élevé lors de son rejet. Dans le cas contraire, l’eau peut contenir des sous-produits ou des agents réactifs ou des niveaux inacceptables de pH. Un suivi de la qualité de l’eau traitée permet de confirmer sa qualité avant son rejet.

Les sols traités doivent être analysés pour vérifier leur conformité avant leur réutilisation.

Analyses recommandées dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Analyses chimiques

  • pH
  • La teneur en matière organique
  • La concentration en composés ou matières réagissant avec l'oxydant incluent :
    • la matière organique naturelle non reliée aux contaminants
    • les métaux réduits
    • le carbonate
    • autres capteurs de radicaux libres
  • La concentration des contaminants présents dans les phases :
    • adsorbées
    • dissoutes

Analyses physiques

  • La teneur en eau du sol
  • L'analyse granulométrique
  • La capacité tampon du sol

Essais recommandés dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Essais chimiques

  • Évaluation de la demande en oxydants chimiques

Remarque :

Un essai à petite échelle sur le terrain est requis afin de déterminer l'efficacité de la technologie ainsi que le design adapté aux conditions spécifiques du site contaminé (temps de résidence, débit de pompage, nécessité d'un prétraitement).

  • Essai de traitabilité (dosage) en laboratoire
  • Essais physiques

    • Évaluation de la fréquence optimale de brassage

    Autre information recommandée pour une caractérisation détaillée

    Phase III

    • Le volume de sol à traiter
    • Le volume ou le débit d’eau à traiter

    Applications

    • Traitement des sols accessibles par excavation;
    • Traitement de l’eau souterraine pompée;
    • Traitement des composés organiques volatils ou semi-volatils halogénés ou non halogénés, des hydrocarbures pétroliers et des pesticides.

    Applications aux sites en milieu nordique

    L’application de cette technologie en milieu nordique pourrait s’avérer difficile en raison de la surveillance qu’un tel système requiert. La production d’ozone demande un minimum de supervision par du personnel spécialisé. Pour des sites éloignés, cela implique une mobilisation plus importante et entraîne des coûts de surveillance sur place plus élevés. La disponibilité des équipements est limitée et demande une mobilisation supplémentaire. Les fenêtres de travail sont relativement courtes en tenant compte que cette technologie implique soit l’excavation des sols, soit le pompage de l’eau souterraine. Ces deux activités, de même que la manipulation des sols ou de l’eau jusqu’à l’unité de traitement pourraient demander des efforts et des coûts supplémentaires en condition de basses températures ou simplement en présence de risque de gel.

    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
    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 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
    Ne s'applique pas
    Composés phénoliques
    S'applique
    Explosifs
    S'applique
    Hydrocarbures aliphatiques chlorés
    Avec restrictions
    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
    S’applique
    1 à 3 ans
    S’applique
    3 à 5 ans
    Ne s’applique pas
    Plus de 5 ans
    Ne s’applique pas

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

    À la suite du traitement des sols, qu’ils soient utilisés pour le remblayage des excavations ou qu’il s’agisse de matériel importé, un contrôle environnemental et géotechnique des matériaux doit être réalisé afin de s’assurer que ces sols n’excèdent pas les critères applicables pour le site et qu’ils ne créent pas de problèmes de stabilité géotechnique ou de tassement différentiel.

    Produits secondaires ou métabolites

    L'oxydation chimique à l'ozone des composés organiques produit du dioxyde de carbone. L'obtention de sous-produits toxiques peut être une source de préoccupation en cas de réaction incomplète lors de l’oxydation. Des essais en laboratoire et/ou des essais pilotes, ainsi qu’un contrôle strict de la qualité des réactifs (oxygène dans ce cas) injectés peuvent être requis. Les produits résultant d’un procédé d’oxydation sont généralement (mais pas toujours) moins toxiques, plus mobiles et plus biodégradables que leurs précurseurs.

    Limitations et effets indésirables de la technologie

    • La présence de composés réagissant avec l'oxydant (fer, manganèse, carbonates etc.) peut réduire l'efficacité de la technologie;
    • La nécessité de produire l'ozone sur place;
    • L'ozone est un gaz très réactif et nocif, il ne peut être entreposé;
    • Le coût de cette technologie peut être élevé si des quantités importantes d'oxydant sont nécessaires;
    • Il peut être nécessaire de récupérer et de traiter les gaz produits (composés volatils et ozone);
    • La teneur élevée en humidité et en matière organique du sol peut réduire l'efficacité du traitement;
    • Les sols de faible perméabilité (argileux à silteux) sont plus difficiles à traiter;
    • La profondeur des sols contaminés à excaver peut limiter l’application de la technologie;
    • La présence d'infrastructures hors sol ou souterraine peut rendre impossible l'excavation des sols contaminés;
    • Les coûts de manutention du sol sont supérieurs à ceux d’un traitement in situ comparable;
    • Le contrôle des poussières durant la manipulation des sols excavés peut être nécessaire;

    Technologies complémentaires améliorant l’efficacité du traitement

    • Un procédé de séparation de la phase libre doit être mis en place avant un traitement d’oxydation chimique des sols ou de l’eau souterraine;
    • L'oxydation par l'ozone couplé au peroxyde d'hydrogène est plus agressive pour l'enlèvement des produits pétroliers que l'ozone seule.

    Traitements secondaires requis

    Les émissions gazeuses, lorsque produites, doivent être captées et traitées.

    Exemples d'application

    Les sites suivants fournissent des exemples d'application :

    Performance

    Potentiel de restauration complète en un court laps de temps ; la réaction d'oxydation chimique par l'ozone est très rapide et le temps de traitement varie de quelques semaines à quelques mois.

    L'avantage du traitement ex situ par rapport au traitement in situ, est le contrôle des conditions d'oxydation (exemple : temps de contact) et l'assurance d'une répartition homogène de l'oxydant dans le matériel contaminé.

    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;
    • Utilisation d'énergie renouvelable et d’équipement à faible consommation d’énergie.

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

    Dust Applies only for soil treatment Monitoring conditions favorable to dispersion during the excavation of the soil to be treated.
    Atmospheric/Steam Emissions—Point Sources or Chimneys Applies according to the treatment system

    Integrate the collection and treatment of waste gases into the design,

    emission monitoring (choice of parameters, types of samples and intervention levels depending on source, risk and local requirements).

    Atmospheric/Steam Emissions—Non-point Sources Applies Estimation of the potential for vapor emissions, and monitoring of emissions to confirm predictions.
    Air/steam — by-products Applies Estimation of the potential for vapor emissions, and monitoring of emissions to confirm predictions.
    Runoff Does not apply S. O.
    Groundwater—displacement Applies Modeling and monitoring using pressure sensors
    Groundwater—chemical/ geochemical mobilization Does not apply S. O.
    Groundwater—by-product Does not apply (by-products are managed by the treatment system) S. O.
    Accident/Failure—damage to public services Applies File checks and licensing prior to excavation or drilling, development of excavation procedures and emergency response
    Accident/Failure—leak or spill Applies Risk review, development of accident and emergency response plans, monitoring and inspection of unsafe conditions
    Accident/Failure — fire or explosion (inflammable vapours) Applies Risk review, development of accident and emergency response plans, monitoring and inspection of unsafe conditions
    Other - Accident/Failure - migration of gases and liquids along preferential pathways Does not apply S. O.
    Other—Handling of contaminated soil Applies Risk review, development of accident and emergency response plans, monitoring and inspection of unsafe conditions

    Références

    Auteur et mise à jour

    Fiche rédigée par : Mélanie Bathalon, B.Sc, CEMRS

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

    Date de mise à jour : 1 mars 2009

    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