Conditions pour une mise en œuvre réussie de l’oxydation chimique in situ (ISCO) Hans-Georg Edel

Conférence de l’OFEV sur l’assainissement in situ, le 14 septembre 2016 à Bienne

Contenu

•  Principes

•  Sélection de projets ISCO

•  Agents oxydants et polluants

•  Quand, comment, pourquoi?

•  Exemple actuel tiré de la pratique - ancienne fabrique d’argenterie

•  Résumé et perspectives

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Principes

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•  Principe Les polluants sont oxydés in situ

•  Condition indispensable Contact entre l’agent oxydant et le polluant

•  Application - Assainissement de la source de pollution - Zones moyennement/fortement contaminées

•  Destruction rapide des polluants → la durée de l’assainissement est raccourcie → on économise de l’argent

Projets ISCO (sélection)

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Année Projet Agents oxydants Polluants

depuis 2003 env. 20 essais pilotes, divers sitesNaMnO4, KMnO4, NaS2O8,

réactif de Fenton, O3, et autres HCHV, HAP, BTEX

depuis 2016 Baden-Wurttemberg, Automotive NaMnO4 HCHVdepuis 2015 Saxe, ancien site de lignite Réactif de Fenton HAP, BTEX2015 France, immobilier NaS2O8 HAPdepuis 2014 Brême, pouvoirs publics NaMnO4 HCHV2014 Suisse (ZG), immobilier NaMnO4 HCHV2012 - 2014 Brandenburg, pouvoirs publics NaMnO4 HCHV2011 - 2012 Bietigheim, bureau d’ingénieurs NaS2O8 HCHV2010 - 2012 Rhénanie-Palatinat, site militaire KMnO4 / NaMnO4 HCHV

2009 - 2012 Hesse, ancien site de nettoyage chimique NaMnO4 HCHV

2009 - 2011 Berlin, bureau d’ingénieurs NaMnO4 HCHV

2008 - 2009 Rhénanie du Nord-Westphalie, industrie métallurgique KMnO4 HCHV

2007 - 2013 Suisse (BE), clos d’équarrissage NaMnO4 HCHV2005 - 2008 Baden-Wurttemberg, Automotive NaMnO4 HCHV

QUAND, COMMENT, POURQUOI?

•  Agents oxydants

•  Polluants

•  Source / panache de pollution

•  Géologie / hydrogéologie / géochimie

•  Comment l’agent oxydant parvient-il jusqu’aux polluants?

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Agents oxydants importants dans la pratique

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Permanganate

Peroxydisulfate

Peroxydisulfate, act

Réactif de Fenton

Agent oxydant Equation rédox

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Oxydabilité des polluants

Modifié, selon: Huling, S.G, Pievetz, B.E. (2006) In-Situ Chemical Oxidation, 1-58, Engineering Issue, EPA United States Environmental Protection Agency

Avantages

•  Large spectre de polluants •  Produits de réaction:

O2, H2O (Fe2+, Fe3+) •  Favorise la

biodégradation aérobie

Inconvénients / limites

•  Agent oxydant instable •  Persistance: minutes - heures •  Faible rayon d’action (ROI) •  pH optimal (pH 3-4) •  Capteur de radicaux libres (CO3

2-, HCO3-)

•  Fort dégagement de gaz (O2, CO2) •  Fort dégagement de chaleur

Réactif de Fenton

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Avantages

•  Large spectre de polluants

•  Agent oxydant stable •SO4- > •OH

•  Persistance: heures - semaines •  Large rayon d’action (ROI) •  Peu d'affinités avec la matrice organique

du sol → meilleure efficacité

Inconvénients / limites

•  Chaleur ou catalyseur nécessaire pour l’activation

•  Accumulation temporaire de produits de réaction SO4

2-, (Fe2+, Fe3+)

Persulfate

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Avantages

•  Ethènes chlorés, (B)TEX, HAP •  Agent oxydant stable •  Persistance: semaines - mois •  Large rayon d’action (ROI) •  Efficacité: pH 3-12

Inconvénients / limites

•  MnO4- → MnO2↓ → Mn2+

•  Forte affinité avec la matrice organique du sol NOD ↔ consommation de MnO4

- •  Év. mobilisation des métaux lourds,

par ex. Cr3+

Permanganate

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Équation de la réaction: permanganate et HCCV

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4 MnO4- + 3 Cl2C=CCl2 + 4 H2O → 6 CO2 + 4 MnO2 + 8 H+ + 12 Cl- PCE

2 MnO4- + ClHC=CCl2 + H2O → 2 CO2 + 2 MnO2 + H+ + 3 Cl- TCE

8 MnO4- + 3 ClHC=CHCl → 6 CO2 + 8 MnO2 + 6 Cl- + 2 OH- + 2 H2O cDCE

10 MnO4- + 3 H2C=CHCl → 6 CO2 + 10 MnO2 + 3 Cl- + 7 OH- + H2O VC

0,73 kg MnO2 / kg MnO4- MnO2 ↓

•  Processus de réaction bien étudié •  Transformation en acides carboxyliques,

puis en CO2

•  Pas de formation de VC à partir des PCE, TCE, cDCE ! (↔ déchloration réductive)

Processus de réaction

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Modifié, selon U.S. DOE (2000) Permanganate Treatment of DNAPLs in Reactive Barriers and Source Zone Flooding Schemes

Géologie - Perméabilité (bonne – moyenne – faible)

Hydrogéologie - Zone insaturée / saturée - Vitesse d’écoulement - Épaisseur de l’aquifère

Géochimie - Milieu oxydant / réducteur - pH / capacité tampon - Teneur naturelle en matières organiques → NOD (Natural oxidant demand)

Géologie / hydrogéologie / géochimie

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Source: Geotest

Injection - Lances, puits - Direct push - Soil mixing

Transport / répartition - Passif, flux des eaux souterraines - Actif, régime hydraulique - Circulation

Dosage - Campagnes - En continu - Pression - Concentration

Comment l’agent oxydant parvient-il jusqu’aux polluants?

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Soil mixing - ancienne usine à gaz, F - Strasbourg

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Ancienne fabrique d’argenterie de Brême

Source: Umtec

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Hydrogéologie

Sables du Weser (aquifère principal) •  Épaisseur: 14 m •  Profondeur de la nappe: env. 2 m •  Direction générale d’écoulement des eaux souterraines: NNE •  Valeurs kf: env. 1 x 10-3 à env. 5 x 10-4 m/s •  va: env. 30 m/a

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Source: Umtec

Concept d’assainissement de l’entreprise Züblin

ISCO (oxydation chimique) - Fortes teneurs en HCCV

ISBR (réduction biologique) - Teneurs en HCCV moyennes ou faibles

Puits de circulation des eaux souterraines - Transport / répartition - Rayon d’action: env. 18 m - Frange capillaire (→ pas d’abaissement du niveau de la nappe) - Flux vertical - Mobilisation des HCCV - Zones redox spécifiques 18

Assainissement combiné ISCO / ISBR

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Concentration en HCCV, t = 0 mois

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6-10 m au-dessous du niveau du sol 3-7 m au-dessous du niveau du sol 9-16 m au-dessous du niveau du sol

Concentration en HCCV, t = 19 mois

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3-7 m au-dessous du niveau du sol 6-10 m au-dessous du niveau du sol 9-16 m au-dessous du niveau du sol

ISCO

Conditions de réussite → investigations détaillées → tests sur le terrain → savoir-faire → expérience

Résumé et perspectives

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→ technique efficace → destruction rapide des polluants → large spectre de polluants → assainissement de la source → possibilité de combiner

Limites → phase polluante → perméabilité → Demande naturelle en agents oxydants (NOD)

ENCORE DES QUESTIONS?

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Dr Hans-Georg Edel Tél. +49 711 8202-249 E-mail: hans-georg.edel@zueblin.de

Julien Bendler Tél. +33 3 8868-7675 E-mail: julien.bendler@zueblin.de