De : Services publics et Approvisionnement Canada
L'oxydation chimique au permanganate (MnO4-)) est l'une des techniques d'oxydation chimique in situ les plus utilisées et les mieux connues. Comparé au peroxyde d'hydrogène et à l'ozone, le permanganate a un potentiel d'oxydation moins élevé; cependant, il est plus stable et plus persistant dans les sols. Cette dernière caractéristique permet au permanganate de migrer par advection et diffusion dans la matrice du sol (FRTR, 2002), ce qui augmente le rayon d’influence. L’injection de permanganate dans la matrice contaminé est généralement réalisée par injection sous pression ou recirculation dans des puits d'injection verticaux ou horizontaux.
Le permanganate de potassium (KMnO4) et le permanganate de sodium (NaMnO4) sont les plus communément utilisés. Le permanganate est disponible sous forme cristalline et liquide. Outre ces derniers, les sels de calcium et de magnésium sont aussi utilisés. Les solutions de permanganate (KMnO4 ou NaMnO4) sont plus dense que l'eau, ce qui facilite le transport vertical de l'oxydant à travers la matrice du sol et améliore le contact entre l'oxydant et les contaminants. L'oxydation au permanganate est efficace dans des conditions de pH variant de 3,5 à 12, mais la réaction spécifique d'oxydation varie en fonction du pH. La réaction d'oxydation peut aussi abaisser le pH si le milieu de réaction ne contient aucun agent tampon. Les taux de dégradation avec le permanganate dépendent également de la température et de la présence de matière organique ou d'espèces minérales réduites.
Le permanganate est très sélectif et généralement utilisé pour dégrader les éthènes chlorés, mais il n’est généralement pas efficace pour oxyder le benzène, les benzènes chlorés, le MTBE, le tétrachlorure de carbone ou les éthanes chlorés. Le permanganate a été utilisé dans certains cas pour dégrader des hydrocarbures pétroliers. Le fait qu'il soit disponible sous forme solide est avantageux pour le transport vers des sites éloignés. Il a pour inconvénient majeur de produire une couleur violette qui peut être problématique si la solution diluée de permanganate peut atteindre des plans d'eau ou des égouts. Puisqu'il produit également un sous-produit de dégradation du manganèse oxydé, l'accumulation de manganèse dans les sols peut aussi être un problème sous certaines juridictions. De plus, comme pour tout procédé d'oxydation chimique, il n'est pas applicable en présence de phase libre.
Le permanganate de potassium ou de sodium est généralement introduit dans des puits d’injection ou par poussée directe dans des tiges d’injection temporaires insérées par de l’équipement de forage. Des tranchées, des galeries d’infiltration, des techniques de traitement et de réinjection des eaux souterraines, des plates-formes de mélange de sols en profondeur, de l’équipement de fracturation hydraulique et d’autres équipements peuvent également être utilisés. L'objectif du traitement est de dégrader les polluants, dans le cas d'une oxydation complète, en dioxyde de carbone et en eau. Pour les contaminants halogénés, des produits intermédiaires de dégradation peuvent être produits. Plusieurs campagnes d’injection (généralement deux ou trois) sont souvent requises. Le principal enjeu de l’oxydation chimique est lié à l'ajout des réactifs dans la nappe ou les sols.
La mise en œuvre des projets d’oxydation chimique avec le permanganate peut notamment inclure :
Le permanganate ne requiert pas d’activateur, de stabilisateur ou d’additif permettant l’ajustement du pH.
Les permanganates sous forme solide ou liquide doivent être entreposés de manière sécuritaire, soit dans des contenants fermés et compatibles, à température ambiante et à l’écart de la chaleur ou de matériaux incompatibles.
La poussière de permanganate, qui peut représenter un danger pour la santé, doit être contrôlée lors de sa manipulation.
Dans certains cas, la réaction entre les réactifs et les polluants, y compris des munitions non explosées et des explosifs, est suffisante pour provoquer une combustion.
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).
Remarque : Des essais sur le terrain pour mesurer la conductivité hydraulique au niveau de la barrière gelée ainsi que le rayon d'influence des tubes frigorifiques sont nécessaires avant de procéder à l'installation d'une barrière gelée.
Remarques :
Essai pilote sur le terrain afin de déterminer le type de puits d'injection, le rayon d'influence des puits d'injection ainsi que le taux d'injection du permanganate
L’oxydation chimique in situ (OCIS) est potentiellement applicable en régions éloignées, cependant, des obstacles importants liés au transport du matériel et à la mobilisation de l’équipement d’injection doivent être surmontés. Compte tenu du coût élevé de mobilisation des agents réactifs et du matériel, l’OCIS devrait être exécutée en une seule phase de traitement (une mobilisation) avec pour but de réduire les concentrations à des niveaux permettant par la suite d’utiliser la technique de l’atténuation naturelle contrôlée ou une autre approche. Les applications nordiques ont généralement besoin de techniques adaptées au climat tenant compte notamment du pergélisol et des changements saisonniers de conditions du sol.
Les considérations à long terme liées à l’implantation de l’oxydation chimique in situ avec du permanganate incluent :
L'oxydation chimique au permanganate de composés organiques produit du dioxyde de carbone (CO2), de l’eau et des chlorures inorganiques lors d’oxydation de composés chlorés. L'obtention de sous-produits toxiques est possible dans les cas d'oxydation partielle. Des composés volatils peuvent également être libérés.
La formation de sous-produits peut être une source de préoccupation en cas d’oxydation incomplète. Des essais au laboratoire et/ou des essais pilotes, ainsi qu’un contrôle strict de la qualité des réactifs injectés sont généralement requis. Les produits d’oxydation sont généralement (mais pas toujours) moins toxiques, plus mobiles et plus biodégradables que leurs précurseurs. Par exemple, le MTBE peut se dégrader en acétone de tert-butyle formate. Les hydrocarbures pétroliers peuvent générer de l’acétone ou des alcools. Les explosifs (RDX et HMX) peuvent produire des niveaux élevés de nitrates.
Des niveaux élevés d'oxydes de manganèse résiduel (MnO2) dans les sols peuvent être un problème à certains endroits où il y a des critères génériques de manganèse pour les sols.
On peut trouver des exemples d'application aux liens suivants :
L’oxydation chimique in situ avec le permanganate est une technologie largement éprouvée qui permet un traitement relativement rapide (d’une à trois années).
La persistance à long terme du permanganate, en comparaison des autres oxydants communément utilisés, permet une meilleure distribution du permanganate, et ce, particulièrement pour des sols de faibles perméabilités.
Selon le FRTR (2002), le traitement in situ au permanganate peut atteindre des taux élevés d'efficacité lors du traitement de certains composés aliphatiques chlorés (trichloréthylène [TCE]) avec un temps de traitement rapide (ex. : 90 % de dégradation en quelques minutes).
Moyen d'améliorer la durabilité de la technologie
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Fiche rédigée par : Josée Thibodeau, M.Sc, Conseil national de recherches
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 : Marianne Brien, P.Eng., Christian Gosselin, P.Eng., M.Eng., Golder Associés Ltée
Date de mise à jour : 22 mars 2019
