De : Services publics et Approvisionnement Canada
L'électro-oxydation ex- situ est une technologie qui s’applique tant aux sols, aux sédiments qu’à l’eau souterraine. L’électro-oxydation consiste en l’application d’un champ électrique entre deux électrodes, l’anode et la cathode, dans le but d’éliminer des contaminants par oxydation directe ou indirecte. Cette technologie permet de réduire les concentrations en azote ammoniacal et de certains contaminants organiques, dont les contaminants organiques récalcitrants.
Dans une réaction d’oxydation directe, l’oxydation se produit directement sur l’anode, soit par une conversion partielle de composés organiques non biodégradables en composés plus biodégradables, ou par une conversion complète des contaminants organiques en dioxyde de carbone et en eau. Dans le cas de réaction d’oxydation indirecte, des composés oxydants sont formés sur l’anode et permettent la dégradation des contaminants organiques dans le milieu (eau). Les composés oxydants pouvant se former sont principalement le peroxyde d’hydrogène, les radicaux hydroxyles, l’ozone, l’acide peroxydisulfurique, l’acide hypochloreux et l’acide hypobromeux. La présence de chlorures peut générer du chlore gazeux. Ce dernier, en fonction du pH, peut ensuite être converti en acide hypochloreux et en ion hypochlorite, qui se trouvent en équilibre. Ces substances peuvent alors servir à dégrader les contaminants organiques. Au niveau de la cathode, lors de l’électrolyse de l’eau de l’hydrogène est produit. Cette production d’hydrogène doit être quantifiée et des mesures de sécurité doivent être mises en place sur le site pour garantir un environnement non explosif.
Cette technologie est à l’étape de démonstration pour les sols. Bien que cette technologie existe depuis plusieurs années dans le traitement des eaux industrielles, il s’agit d’une technologie émergente dans le domaine de la réhabilitation des terrains.
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 :
Pour le traitement des sols ou des sédiments contaminés, de l'équipement d'excavation conventionnel est utilisé pour retirer ou mélanger les sols contaminés afin de procéder au traitement sur le site. Cela peut notamment inclure :
La bonne mise en œuvre de l’électro-oxydation ex- situ nécessite un choix judicieux de différents éléments:
Lors de l’étude de faisabilité, une analyse des coûts des équipements et de l’opération du système est requise, particulièrement pour les anodes (achat et opération) qui peuvent représenter un coût considérable.
L’électro-oxydation peut produire des résidus solides (précipitation en présence de fer, formation de complexes métalliques, formation de polymères) et gazeux (formation de chlore gazeux) qui se doivent d’être traités ou disposés adéquatement. De l’hydrogène est produit à la cathode et doit être contrôlé, capté et disposé adéquatement.
Remarques :
Un essai pilote à petite échelle permettant de vérifier l’efficacité de la technologie et de déterminer le nombre de paires d’électrodes nécessaires, leur positionnement, leur surface active requise, l’intensité du courant électrique à appliquer, etc., peut améliorer la performance de la technologie.
L’application de cette technologie en milieu nordique pourrait s’avérer difficile en raison de la surveillance qu’un tel système requiert. 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 du fait que cette technologie peut impliquer le pompage de l’eau souterraine. Cette activité, de même que la manipulation de l’eau jusqu’à l’unité de traitement pourraient demander des efforts et engendrer des coûts supplémentaires en condition de basses températures ou simplement en présence de risque de gel. De plus, cette technique de réhabilitation nécessite une source d’énergie électrique, elle n'est donc pas bien adaptée aux milieux nordiques et éloignés.
Remarques:
Cette technologie a un potentiel d’application de façon spécifique à certains contaminants émergents comme les substances perfluoroalkyliques et les perturbateurs endocriniens.
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. Pour le traitement de l’eau souterraine, les considérations à long terme sont reliées à la technologie de pompage et ses impacts potentiels sur l’hydrogéologie du site et non pour la technologie de traitement par électro-oxydation en tant que tel.
Certains produits secondaires indésirables peuvent être formés au cours des nombreuses réactions d'oxydoréduction générées par l’électro-oxydation. En présence d’ions chlorures, la formation de chlore sous forme gazeuse est possible, qui doit mener à sa conversion en hypochlorite. Elle peut aussi mener à la production de produits organo-chlorés toxiques.
Il est aussi possible qu’il y ait des dépôts solides qui se forment (précipités) et qu’ils doivent être enlevés et disposés. Les sols près des électrodes doivent également être enlevés et disposés à la suite du traitement puisque leur chimie est altérée par le processus de précipitation (changement de pH, par exemple). Les changements significatifs de pH en périphérie des électrodes peuvent induire la mobilisation ou la formation de produits secondaires comme la mobilisation de métaux lourds.
Un système de nettoyage des contaminants pouvant s’accumuler au pourtour des électrodes peut s’avérer nécessaire de même qu’un système de récupération et de traitement des effluents gazeux, si requis.
Dans le cas de l’eau souterraine, un système de nettoyage régulier et automatisé des dépôts calcaires sur les cathodes est requis et dans certains cas, un traitement secondaire pour les sous-produits indésirés est requis. Les effluents gazeux émanant du traitement peuvent aussi requérir un traitement s’ils sont toxiques et en concentration suffisante.
Les sites suivants fournissent des exemples d’application :
Cette technologie est relativement complexe et couteuse. Elle vise principalement le traitement de l’eau souterraine pompée qui est contaminée par des composés peu usuels que des technologies conventionnelles ne peuvent pas traiter.
Pour les sols, cette technologie, peut être utile pour les sols fins (argile, silt, silt argileux) et pour des contaminants récalcitrants pour lesquels peu de technologies de restauration sont efficaces. Il y a eu peu d'applications commerciales à la technologie d'électro-oxydation en Amérique du Nord. Cependant, cette technologie ex- situ a montré son efficacité dans quelques cas de décontamination situés en Europe.
À Montluçon, en France, un traitement d’électro-oxydation ex- situ a été réalisé sur les boues d’une usine de traitement d’eau usée lors de sa reconstruction. Le traitement devait être effectué en 7 jours et le seuil règlementaire a été fixé à moins de 5 mg/kg de masse sèche. La teneur initiale variant entre 15 et 54 mg/kg de masse sèche, avec une moyenne de 28 mg/kg de masse sèche. Le traitement a été réalisé dans un réacteur en bois isolé par du plastique. Deux électrodes ont été installées aux extrémités opposées du réacteur. Les électrodes étaient composées d’une cathode en acier de 1 x 2 m, et une anode composée de 4 tiges non-ferreuses de 30 cm de diamètres et 1 m de long. Un courant électrique avec une puissance instantanée de 2,3 kW a été appliqué à la boue pendant 7 jours. À l’issue des 7 jours de traitement les concentrations dans les boues se situaient entre 0,02 mg/kg et 0,35 mg/kg de masse sèche, avec une moyenne de 0,126 mg/kg de masse sèche. L’objectif de traitement a donc été largement atteint en 7 jours avec une consommation électrique faible.
Poussière
S’applique seulement pour le traitement des sols
Surveillance des conditions favorables à la dispersion lors de l’excavation des sols à traiter
Émissions atmosphériques/ de vapeurs - source ponctuelle ou cheminée
S’applique
Surveillance des émissions (choix des paramètres, des types d’échantillons et du type d’intervention (fonction[ST3] de la source, du risque ou des exigences locales))
Émissions atmosphériques/ de vapeurs - non ponctuelles
Surveillance de la migration des vapeurs du sol (choix des paramètres, des types d’échantillons et du type d’intervention (fonction[ST4] de la source, du risque ou des exigences locales)), validation de la présence de chemins préférentiels potentiels
Air/Vapeur - sous-produits
Estimation du potentiel d'émissions de vapeur et surveillance des émissions (choix des paramètres, des types d'échantillons et des niveaux d'intervention en fonction de la source, du risque et des exigences locales) afin de confirmer les prédictions
Ruissellement
Surveillance du point de rejet ou du périmètre, choix des paramètres, des types d'échantillons et des fréquences en fonction de la source, du risque et des exigences générales, minimiser la génération et migration d’eau
Eau souterraine - Déplacement
S’applique dans les cas de traitement de l’eau souterraine
Modélisation et surveillance à l’aide de capteurs de pression
Eau souterraine- mobilisation chimique/géochimique
Modélisation de la géochimie, essai en laboratoire et/ou essais pilotes.
Surveillance de la qualité de l'eau souterraine
Eau souterraine - sous-produits
Ne s’applique pas (les sous-produits sont gérés par le système de traitement)
s/o
Accident/défaillance - dommages aux services publics
Vérification des dossiers et obtention des permis préalables aux travaux d’excavation ou de forage, élaboration de procédures d’excavation et d’intervention d’urgence
Accident/Défaillance - fuite ou déversement
Examen des risques, élaboration de plans d’intervention en cas d’accident et d’urgence, surveillance et inspection des conditions dangereuses
Accident/défaillance - Incendie/explosion (vapeurs inflammables)
Autre – manipulation des sols contaminés ou autres solides
Fiche rédigée par : Imad E. Touahar ing.jr, M.Sc.A., M.Sc., Nathalie Arel ing. M.Sc., Valérie Léveillé ing., M.Sc.A., PhD, Christian Gosselin ing., M.Sc., Golder Associés Ltée
Dernière mise à jour par : Imad E. Touahar ing.jr, M.Sc.A., M.Sc., Nathalie Arel ing. M.Sc., Valérie Léveillé ing., M.Sc.A., PhD, Christian Gosselin ing., M.Sc., Golder Associés Ltée
Date de mise à jour : 1 décembre 2021
