Fiche descriptive : Biopile aérobie

De : Services publics et Approvisionnement Canada

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Description

La biopile aérobie est une technologie de traitement ex situ qui permet de stimuler l’activité des micro-organismes aérobies ou aérobies facultatifs responsables de la biodégradation des contaminants dans les sols. Les sols contaminés sont excavés et mis en piles (biopiles) avec des hauteurs généralement entre 0,91 et 3,05 m, largeur et longueur sans trop de restriction.

Les biopiles doivent être conçues et exploitées pour fournir des conditions optimales de température, d’humidité, d’aération et de nutriments afin de favoriser la biodégradation des contaminants cibles. La biodégradation est habituellement assurée par des micro-organismes indigènes; l’ajout de micro-organismes spécifiques peut parfois être nécessaire. Parfois, il peut être nécessaire d’ajouter des agents structurants comme des copeaux de bois et des amendements pour améliorer la circulation d’air dans la biopile et favoriser les processus de biodégradation.

Liens internet :

Mise en œuvre de la technologie

La mise en place d’une biopile aérobie peut inclure :

  • la mobilisation, l’accès et la préparation du site et la mise en place d’installations temporaires;
  • l’excavation des sols contaminés, incluant la mise en place de systèmes de soutènement, de pompage et/ou de contrôle de stabilité des pentes, si nécessaire;
  • l’aménagement du système de biopiles aérobies, si la technologie est mise en place sur le site, incluant les systèmes de collecte et de traitement des effluents gazeux ou liquides, et son opération ou le transport par camion vers un site de traitement existant;
  • la sécurisation ou remblayage de l’excavation;
  • des systèmes de collecte et traitement des lixiviats et des eaux de ruissellement;
  • un système d’aération et d’irrigation;
  • l’utilisation de géomembrane imperméable de recouvrement pour la protection des sols sains;
  • un pulvérisateur d’eau et/ou couvre-sols biodégradables pour contrôler la poussière;
  • le mélange à l’aide d’équipement spécialisé, d’équipement agricole ou d’une excavatrice;
  • l’ajout de nutriments et d’amendements. 

Matériaux et entreposage

L’entreposage sur le site peut inclure des amendements, des substances nutritives, du carburant, des lubrifiants et d’autres matériaux de chantier requis pour le traitement, l’opération de la machinerie et l’équipement nécessaire pour la mise en œuvre du procédé.

Des piles temporaires de sols contaminés en attente de leur traitement ou de leur expédition hors site peuvent également se retrouver sur le site.

L’eau d’infiltration dans les zones d’excavation et/ou eaux de ruissellement sur les sites peuvent également être entreposées dans des réservoirs si celles-ci sont contaminées. Elles peuvent aussi être traitées sur site, ce qui nécessite l’entreposage des matériaux pour le fonctionnement du système de traitement des eaux.

Résidus et rejets

Tous les sols contaminés sont normalement excavés. Ainsi, il y a peu de résidus liés à cette technologie. Les rebuts sur le site sont typiques d’un chantier de construction.

Des poussières, provenant des excavations, des aires de traitement de sols ou des sols répandus au sol par les roues ou chenilles des équipements, peuvent être émises sur le site.

Des effluents gazeux pouvant provenir de la volatilisation des contaminants des parois d’excavation ou des piles temporaires et/ou des eaux d’exhaure, si l’assèchement est nécessaire, du lixiviat et des eaux de ruissellement, pourraient devoir être captés par des systèmes de gestion et de traitement appropriés.

La biodégradation naturelle, en particulier dans le cas des hydrocarbures, peut également produire des émissions gazeuses de produits autres que des contaminants. Ces produits peuvent inclure le dioxyde de carbone, l’ammoniac, le méthane et/ou le sulfure d’hydrogène.

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
  • La teneur en matière organique
  • La concentration des contaminants présents dans les phases :
    • adsorbées
    • libres
  • La concentration des nutriments incluant :
    • l'azote ammoniacal
    • l'azote total Kjeldahl
    • les nitrates
    • les nitrites
    • le phosphore total

Analyses physiques

  • La température
  • La teneur en eau du sol
  • L'analyse granulométrique

Essais recommandés dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Essais biologiques

  • La réalisation d’essais en laboratoire pour vérifier l’efficacité de la biodégradation
  • Essais d’ajout de nutriments et/ou d’amendements à petite échelle (sur site ou hors site) pour déterminer les dosages optimaux

Autre information recommandée pour une caractérisation détaillée

Phase II

  • Les conditions climatiques régionales (précipitations, température, etc.)
  • La présence de récepteurs potentiels
  • La présence d’infrastructures de surface et souterraines 
  • La caractérisation et la délimitation de l’étendue de la contamination

Phase III

  • Le volume de sol à traiter
  • 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
  • Des essais hydrauliques pour évaluation des débits d’exhaure, si nécessaire
  • L’évaluation de la qualité de l’eau de rejet (si pompage nécessaire)

Applications

La technologie s’applique aux composés organiques pouvant être biodégradés en conditions aérobies.

Convient au traitement des sols qui présentent des conditions propices à la biodégradation, entre autres, un pH entre 6 et 8, et l’humidité entre 40 % et 85 %.

Applications aux sites en milieu nordique

  • La technologie 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. De plus, la disponibilité des équipements est limitée et les fenêtres de travail sont relativement courtes.
  • Le climat froid pourrait avoir un impact négatif sur les processus de biodégradation des contaminants. Le temps de traitement sera plus long comparativement à celui dans un climat tempéré. Toutefois, le potentiel de migration et de volatilisation des contaminants sera réduit.
  • Les difficultés à obtenir des résultats d’analyses en temps opportun pourront nécessiter une dépendance aux dépistages sur le terrain et aux interventions progressives.
  • Les faibles températures ralentissent la biodégradation de manière importante. La recherche suggère que l’isolation de la pile et/ou l’apport d’un faible niveau de chauffage peuvent être efficaces dans certaines situations.
  • Les biopiles aérobies sont des options populaires en région éloignée, mais elles doivent être conçues pour fonctionner sans l’intervention d’un opérateur pendant de longues périodes.

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
S’applique
Chimique
Ne s’applique pas
Contamination dissoute
Ne s’applique pas
Contamination résiduelle
S’applique
Contrôle
Ne s’applique pas
Phase libre
S’applique
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
Ne s'applique pas
Composés phénoliques
Avec restrictions
Explosifs
Ne s'applique pas
Hydrocarbures aliphatiques chlorés
Avec restrictions
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.

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 :

Les composés moins volatils et plus récalcitrants peuvent requérir jusqu’à deux ans de traitement. Les composés facilement dégradables peuvent être assainis en quelques semaines. Un niveau élevé de traitement (réduction de 99 % ou plus du niveau de contaminants) requiert habituellement plus de temps qu’une réduction modérée du niveau de contaminants (70 à 90 %).

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

Les sols contaminés sont excavés et seront réutilisés sur le site que s’ils sont conformes aux critères environnementaux et géotechniques permis pour le site. En ce sens, peu à aucune considération à long terme n’existe sur les sites traités à la suite du remblayage et au moment où les équipements et installations ont été démantelés.

Produits secondaires ou métabolites

La biodégradation aérobie de contaminants organiques ne génère généralement pas de produits secondaires nuisibles ou de métabolites toxiques. Elle génère des produits tels que le dioxyde de carbone et l’eau. 

Limitations et effets indésirables de la technologie

  • Nécessite une grande superficie de terrain pour la construction de l’aire de traitement et ses infrastructures.
  • Les conditions et le temps de traitement dépendent des conditions climatiques.
  • L’émission de poussières ou la volatilisation de certains contaminants peut constituer une problématique.
  • Les coûts d’excavation peuvent être élevés si elle doit se faire en profondeur.
  • Les fortes concentrations en contaminants ou faibles concentrations en substances nutritives peuvent affecter l’efficacité du traitement.
  • Peut requérir le contrôle, la collecte et le traitement des eaux de ruissellement et/ou du lixiviat. Les aires de traitement significatives peuvent requérir le recouvrement, le pavage ou le conditionnement (avec un traitement utilisant de la chaux, par exemple) des vastes surfaces, nécessitant un besoin pour la gestion des eaux de ruissellement et le changement local des voies d’infiltration de l’eau dans le sol. 
  • Les concentrations initiales élevées des contaminants peuvent être toxiques pour les micro-organismes.
  • À la suite du traitement, le volume des sols traités peut être supérieur au volume initial des sols contaminés en raison de l’ajout d’agents structurants.
  • Le transport des sols contaminés, pour être traités hors site, peut être mal perçu par la population.
  • Les variations du potentiel d’oxydoréduction (potentiel REDOX), du pH, de la force ionique et/ou de la teneur en matière organique du sol peuvent affecter la mobilisation de métaux comme le cadmium, le cuivre, le zinc ou le chrome. La présence de machinerie lourde utilisée pour les travaux peut engendrer des nuisances temporaires pour la population. Les préoccupations du voisinage et des intervenants sont souvent liées à la poussière, au bruit, aux odeurs, à la lumière (la nuit) et aux problèmes de circulation.  

Technologies complémentaires améliorant l’efficacité du traitement

Des technologies complémentaires peuvent être jumelées au compostage aérobie pour en améliorer l’efficacité. Ces technologies sont les suivantes :

  • biostimulation (ajout de substances nutritives, d’oxygène, etc.);
  • bioaugmentation (ajout de micro-organismes);
  • système d’injection d’air et/ou d’irrigation pour le maintien de l’humidité;
  • une opération physique comme le tamisage pour diminuer les agrégats avant le traitement;
  • l’ajout d’air chaud pour augmenter la température des sols (20 °C à 35 °C) afin de stimuler la croissance des bactéries et la biodégradation.

Traitements secondaires requis

  • Collecte et traitement des effluents gazeux, si requis.
  • Collecte et traitement des eaux de ruissellement et/ou du lixiviat, si requis.

Exemples d'application

Les liens suivants fournissent des exemples d’applications :

Performance

Il est difficile de réduire de plus de 95 % la concentration d’hydrocarbures pétroliers et d’obtenir des concentrations de contaminants résiduels inférieures à une partie par million. Un niveau élevé de traitement, réduction de 99 % ou plus du niveau de contaminants, a été observé dans le passé.

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

  • Utilisation d’énergie renouvelable et d’équipement à faible consommation d’énergie pour l’implantation de la technologie.
  • Optimisation du calendrier afin de favoriser le partage des ressources et réduire le nombre de jours de mobilisation.
  • Recyclage du lixiviat afin de promouvoir l’ajout de substances nutritives dans les sols.
  • Collecte de l’eau de pluie afin d’être utilisée comme eau d’irrigation.
  • L’utilisation de l’eau d’exhaure dans le procédé de compostage aérobie des sols pour réduire les besoins en eau et les rejets.
  • Techniques de ventilation passive pour fournir de l’oxygène aux piles de sols.
  • L’utilisation de l’approche TRIAD pour la planification et l’exécution des étapes de caractérisation du site afin d’optimiser les efforts en caractérisation et réduire l’empreinte écologique de ces travaux.
  • Utilisation d’engrais ou d’amendements produits localement.
  • Revalorisation des sols traités.

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

Dernière mise à jour par : Nathalie Arel ing., M.Sc., Frédéric Gagnon CPI., Sylvain Hains ing., M.Sc., Golder Associés Ltée

Date de mise à jour : 21 mars 2022

Version :
1.2.5