Fiche descriptive : Biobarbotage

De : Services publics et Approvisionnement Canada

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Description

Le biobarbotage consiste en l'injection d'air sous pression dans un sol contaminé et saturé. Cette technique permet d'aérer les eaux souterraines, afin de stimuler l'activité biologique in situ et de promouvoir la biorestauration de la contamination résiduelle et dissoute présente dans la zone saturée. Cette technique peut s'appliquer à tous les composés chimiques pouvant être biodégradés en condition aérobie (en présence d'oxygène).

L'air injecté permet le développement de la population microbienne aérobie en fournissant de l’oxygène aux microorganismes et facilite les contacts entre l'air, l’eau et l'aquifère, ce qui favorise la désorption des polluants. Dans un système de biobarbotage, l'objectif est de favoriser la biodégradation par l'injection d'air ou de gaz (par exemple : oxygène, nutriment gazeux) tout en minimisant la volatilisation des contaminants volatils et semi-volatils. Le débit d'injection de l'air est donc calculé afin de fournir la quantité d'oxygène requise aux microorganismes. Cependant, de la volatilisation peut également se produire et, selon le mode d’opération et la conception choisis, la capture et le traitement de l’air pourrait être nécessaire.

Liens internet :

Environmental Protection Agency 2016. Chapter VIII: Biosparging In How To Evaluate Alternative Cleanup Technologies For Underground Storage Tank Sites: A Guide For Corrective Action Plan Reviewers. EPA 510-B-16-005; U.S.A.

Environmental Protection Agency Clu-in, 2016. Biremediation—Aerobic Bioremediation (Direct), December 5th 2016

4.32 Air Sparging—FRTR Remediation Technologies Screening Matrix and Reference Guide, Version 4.0

Mise en œuvre de la technologie

Le mode d'injection et la nature des gaz injectés sont les deux variations possibles dans la conception d’un système de biobarbotage. L'injection peut se faire à partir de puits verticaux ou horizontaux et à l'aide de tranchées ou de barrières réactives. Des nutriments sont introduits sous la nappe phréatique pour stimuler l’activité microbienne permettant la destruction ou la transformation des contaminants ciblés. Le traitement est arrêté lorsque les concentrations de contaminants atteignent les objectifs de traitement.

Les projets peuvent inclure :

  • La mobilisation, l'accès au site et la mise en place d'installations temporaires
  • L'ajout de réactifs pouvant nécessiter des mesures comme :
    • L'installation de puits/pointes d’injection
    • L'injection de solutions d'amendements
    • L'injection de gaz en dessous de la nappe phréatique (oxygène ou air)

Installation d’un système d'injection d'air ou d'une soufflante centrale munie d'un système de distribution pour de l'injection d’air.

  • Un programme de suivi environnemental
  • Le démantèlement du matériel d'injection

Matériau et entreposage

  • Les méthodes reposent sur des équipements et des méthodes de construction traditionnels de puits d'eau, de drainage, d'aqueducs et de services publics.
  • Des réservoirs d’oxygène, des générateurs d’oxygène, ou des compresseurs d’air peuvent être utilisés. Les réactifs injectés varient considérablement en fonction des contaminants, de la composition des eaux souterraines et du spécialiste.
  • L'entreposage sur le site est principalement lié aux composés utilisés dans les systèmes d’eaux souterraines et aux procédés d’application. Les projets utilisant des injections périodiques de matériau peuvent apporter sur le site des matériaux selon les besoins et ainsi éviter l'entreposage sur le site.

Résidus et rejets

  • Lorsque le traitement est terminé, le principal résidu est la biomasse microbienne (qui se décompose au fil du temps). L’excès d'agent réactif ne peut habituellement pas être récupéré, et est généralement consommé sur place.
  • L’installation du système nécessite généralement des travaux de forage ou d’excavation dans les zones contaminées, entraînant la manipulation et l’élimination de sols contaminés, généralement placés dans des conteneurs et éliminés hors site. L’eau souterraine traitée peut transporter des microorganismes, sous-produits de dégradation et autres hors de la zone de traitement si aucun contrôle hydraulique n’est appliqué.

Analyses recommandées dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Analyses biologiques

  • Le dénombrement de la population bactérienne hétérotrophe totale et de la population bactérienne spécifique (selon le ou les contaminants d’intérêt)

Analyses chimiques

  • pH
  • Le contenu en carbone organique
  • La concentration des métaux
  • La concentration des contaminants présents dans les phases :
    • adsorbées
    • dissoutes
    • libres
  • La concentration des nutriments incluant :
    • l'azote ammoniacal
    • l'azote total Kjeldahl
    • les nitrates
    • les nitrites
    • le phosphore total
  • La concentration des accepteurs d'électrons/sous-produits de réaction suivants :
    • l'oxygène dissous
    • le nitrate
    • les sulfates
    • le fer ferrique et ferreux
    • le méthane
    • le manganèse dissous

Analyses physiques

  • La concentration en oxygène dissous
  • L'analyse granulométrique
  • La présence des liquides en phase non aqueuse (légers ou denses)
  • L'évaluation biologiques et des facteurs écologiques

Essais recommandés dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Essais biologiques

  • Essai de minéralisation en microcosmes
  • Essai de biodégradation en bac

Essais physiques

  • Relevé des vapeurs
  • Évaluation du rayon d’influence
  • Évaluation du débit d'injection de l'air
  • Évaluation des conditions d’opération (pression/extraction)

Essais hydrogéologiques

  • Essais avec traceur

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.

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
  • Vérifier s'il s'agit d'un aquifère captif
  • 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 traiter la contamination résiduelle dans la zone saturée, ainsi que la contamination dissoute dans les eaux souterraines.
  • Convient pour l'assainissement lorsque les contaminants peuvent être dégradés ou transformés dans des conditions aérobies.
  • Le sol doit être suffisamment perméable et homogène pour permettre une distribution efficace de l'air ou de l'oxygène et des éléments nutritifs.
    • Idéal lorsque la plage de pH du sol est de 6 à 8.

Applications aux sites en milieu nordique

La biobarbotage in situ est potentiellement applicable dans certaines régions éloignées où les obstacles de mobilisation et de transport des matières et du matériel d’injection peuvent être surmontés. Le froid peut nuire à la biodégradation : l’activité microbienne est optimale seulement durant la saison chaude, et par conséquent, le traitement peut prendre plusieurs années. En profondeur (en dessous du pergélisol) la température des sols est relativement constante et l’activité microbienne est possible tout au long de l’année.

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
S’applique
Chimique
Ne s’applique pas
Contamination dissoute
S’applique
Contamination résiduelle
S’applique
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
Ne s'applique pas
Chlorobenzène
Avec restrictions
Composés inorganiques non métalliques
Avec restrictions
Composés phénoliques
Avec restrictions
Explosifs
Ne s'applique pas
Hydrocarbures aliphatiques chlorés
Ne s'applique pas
Hydrocarbures aromatiques monocycliques
S'applique
Hydrocarbures aromatiques polycycliques
Avec restrictions
Hydrocarbures pétroliers
S'applique
Métaux
Ne s'applique pas
Pesticides
Avec restrictions

Remarques:

Chlorobenzènes : le terme s'applique aux chlorobenzène, dichlorobenzène et trichlorobenzène.
Composés phénoliques : le terme s'applique aux crésol, pentachlorophénol et tétrachlorophénol. Composés inorganiques non métalliques : le terme s'applique à l'azote ammoniacal seulement.

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

Remarques :

Chlorobenzènes : le terme s'applique aux chlorobenzène, dichlorobenzène et trichlorobenzène.
Composés phénoliques : le terme s'applique aux crésol, pentachlorophénol et tétrachlorophénol. Composés inorganiques non métalliques : le terme s'applique à l'azote ammoniacal seulement.

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

Un suivi de la qualité des eaux souterraines pourrait être nécessaire afin de s'assurer du respect des objectifs de réhabilitation et des critères et normes applicables lors du retour à l’équilibre de l’aquifère suivant l’arrêt du traitement et la décomposition de la biomasse.

Produits secondaires ou métabolites

La biodégradation des hydrocarbures aromatiques monocycliques et des hydrocarbures pétroliers ne génère généralement pas de sous-produits ou de métabolites secondaires délétères. Des problèmes avec des produits chimiques toxiques peuvent se produire suite à la dégradation de certains explosifs et pesticides.

Limitations et effets indésirables de la technologie

  • Ne peut pas être utilisé en présence de phase libre (LNAPL ou DNAPL), car cela peut occasionner l'étalement de la contamination;
  • La présence de chemins préférentiels ou d'horizons moins perméables limite la distribution uniforme de l'air et des nutriments;
  • La présence de bâtiments ou d'infrastructures souterraines exige l'extraction et le traitement des vapeurs;
  • La profondeur de la contamination dissoute peut représenter un obstacle;
  • Un aquifère de faible épaisseur exige que les puits d'injection soient plus rapprochés;
  • Le pH des sols doit idéalement se situer entre 6 et 8;
  • La perméabilité intrinsèque (k) des sols de la zone saturée doit être préférablement plus élevée que 10-10 cm2;
  • Le biobarbotage ne peut être utilisé dans un aquifère captif;
  • La concentration importante de fer ferreux ou de manganèse dissous peut réduire la perméabilité des sols et causer le colmatage des puits d'injection ou de la zone située à proximité suite à l'injection d'air ou d'oxygène.
  • En raison même de sa conception, le biobarbotage produit des effets importants sur des paramètres comme le potentiel d’oxydoréduction, le pH et le carbone organique total. Des essais des laboratoires et/ou des essais pilotes peuvent être requis.
  • Le traitement est relativement passif et les scénarios d’accidents sont relativement limités (à l’exception des systèmes utilisant de l’oxygène gazeux). En cas d’accident ou de défaillances dans les zones de traitement, de l’eau souterraine contaminée non traitée peut migrer en dehors de ces zones.
  • L'utilisation d'oxygène pur occasionne des risques pour la santé, la sécurité et l'environnement (feu, suffocation dans un espace confiné et explosion).
  • De très faibles concentrations de contaminants peuvent ne pas être atteignables.

Technologies complémentaires améliorant l’efficacité du traitement

  • Un ajout de nutriments dissous peut dans certains cas favoriser le processus de biodégradation. Des essais en laboratoire sont parfois recommandés afin de vérifier leur effet sur le taux de biodégradation.
  • L'ajout de souches microbiennes (bioaugmentation) peut aussi avoir un impact sur le taux de minéralisation ou de transformation des contaminants.

Traitements secondaires requis

  • Un système d'extraction et de traitement des vapeurs est requis en présence de bâtiments ou d'infrastructures souterraines.

Exemples d'application

Les sites suivants fournissent des exemples d'application :

Performance

Le temps nécessaire à la restauration d'un site par biobarbotage in situ aérobie est très variable et est fonction à la fois du contaminant, de la population bactérienne indigène et des propriétés physico-chimiques du milieu.

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.
  • Utiliser des contenants de solution en vrac recyclables.
  • Utilisation d'énergie renouvelable et d’équipement à faible consommation d’énergie (par exemple : énergie géothermique ou solaire pour la distribution des agents réactifs).
  • Choix d’amendements requérant moins d'énergie pour la production. Choisir le type de gaz (air ou oxygène) et la méthode d'alimentation (cylindres de gaz comprimés ou gaz produit sur le site) avec une empreinte carbone inférieure.
  • Favoriser l'utilisation d’amendements fournis par des producteurs locaux.
  • Recirculation de l’eau souterraine afin de maximiser l'utilisation des amendements et diminuer le nombre de puits d'injection.
  • Utiliser la pluie comme moyen d'injection des amendements/nutriments.

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 : Magalie Turgeon, Conseil national de recherches

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

Date de mise à jour : 1 avril 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

Version :
1.2.5