Lindsay Smith1, Dr Ian Hers2, Audrey Wagenaar2
1Santé Canada, 2Golder Associates

Les directives de Santé Canada sur l’intrusion des vapeurs pour utilisation aux sites contaminés fédéraux visent à mettre en application une approche axée sur les facteurs d’atténuation afin de prévoir les concentrations dans l’air intérieur à partir des concentrations dans le sol, les eaux souterraines ou les gaz souterrains. Toutefois, plusieurs sites fédéraux sont situés dans les zones subarctique et arctique, où les conditions peuvent se trouver à l’extérieur des paramètres par défaut du modèle de Johnson et Ettinger (J et E), qui a servi à élaborer ces facteurs d’atténuation. On a choisi Brochet School, dans le Nord du Manitoba, pour étudier l’intrusion des vapeurs dans la zone subarctique.

La température du sol sous l’école était bien au-dessus du point de congélation (de 9oC à 18oC), même à la mi-février, lorsque la température de l’air variait de –5oC à –23oC et la température du sol, mesurée dans un trou de sonde à l’extérieur de l’école était de –5oC. Une cause probable de la température élevée du sol était une galerie chauffée. La présence d’une poche de dégel de ce genre fait en sorte que ni le pergélisol ni le gel en profondeur saisonnier n’empêche les vapeurs de migrer sous le bâtiment. Les concentrations de vapeurs du sol sous le bâtiment variaient de 0,57 mg/m3 à 1 900 mg/m3 pour la fraction pétrolière F1 du CCME et de 0,67 mg/m3 à 315 mg/m3 pour la fraction pétrolière F2.

L’atténuation des vapeurs du sol à mesure que la profondeur était moins grande, constatée à certains emplacements de sondes à profondeurs multiples, et des concentrations d’oxygène d’au moins 18 % révèlent que la biodégradation aérobie des vapeurs d’hydrocarbures a lieu. Les tâches en surface causées par les fuites des tuyauteries à carburant et les sources intérieures de composés organiques volatiles (COV) ont brouillé le calcul des facteurs d’atténuation propres au site.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires afin de déterminer dans quelle mesure on peut appliquer les directives de Santé Canada aux sites dans les zones arctique et subarctique, mais, selon cette première étude détaillée, on peut s’en servir comme outil de vérification.

Maritz Rykaart et Daryl Hockley, SRK Consulting (Canada) Inc.

Le présent article traite des phénomènes qui peuvent avoir une incidence sur le rendement des couvertures en sol construites sur les installations de gestion des résidus miniers dans les régions froides. Il est question de l’état des connaissances sur ces phénomènes et de leur survenance dans les couvertures de résidus miniers existantes.

On utilise largement les couvertures en sol pour la gestion des résidus miniers et des stériles. Toutefois, les pratiques actuelles de conception et de construction des couvertures en sol sont fondées en grande partie sur l’expérience dans les régions tempérées et sur la théorie découlant de la physique des sols agricoles, qui est également fondée en grande partie sur l’expérience dans les régions tempérées. Par conséquent, ces pratiques ne tiennent pas compte de plusieurs formes de relief et processus potentiellement importants qui sont courants dans les régions froides.

On a identifié plusieurs douzaines de formes de relief et processus qui ont une incidence sur les sols dans les régions froides. Les processus les plus répandus sont la congélation du sol et la formation de glace de sol, le dégel du sol et le tassement dû au dégel, et les cycles de gel-dégel. La cryoturbation, la solifluxion, la gélifluxion et le refroidissement par convection peuvent également survenir dans certaines conditions limitées. Les combinaisons de ces processus dans certaines conditions particulières de sol ou hydrologiques peuvent donner lieu à des formes de relief comme des coins de glace, des pingos, des thermokarsts, des sols géométriques, des champs de blocs, des buttes ou des hummocks, et des marmites bouillonnantes, ainsi qu’à un certain nombre de formes de relief moins courantes. La vitesse de ces processus peut être assez lente pour qu’ils ne soient pas évidents à l’observation actuelle des couvertures en sol, mais assez rapide pour qu’ils aient des effets importants sur la durée de vie nominale des couvertures.

De plus, les régions froides présentent des phénomènes hydrologiques distincts. L’effet des conditions de gel sur l’infiltration est un exemple de l’importance pour la conception et le rendement des couvertures. D’autres effets moins évidents peuvent également être importants dans certaines circonstances particulières.

On a relevé près de 100 exemples de couvertures en sol soit proposées pour construction, soit construites sur des résidus miniers dans les régions froides. Des renseignements détaillés sont rarement disponibles, mais il semble qu’un nombre très restreint des couvertures construites ou proposées ont fait l’objet d’un examen du point de vue des régions froides. On a examiné les cas, peu nombreux, où des considérations relatives aux régions froides ont influé sur la conception et le rendement des couvertures. À mesure qu’une quantité de plus en plus grande de données sur le rendement des couvertures nordiques devient disponible, les spécialistes des couvertures sont de plus en plus en mesure d’apprendre de l’expérience, et le présent article fait état de certaines constatations, dont les suivantes : 1) la place de l’utilisation des couvertures dans le cadre global de gestion des résidus miniers; 2) les principes et les concepts de conception des couvertures en sol en général et les différences pour la mise en application nordique; 3) la construction des couvertures en sol en général et les préoccupations propres aux régions nordiques; et 4) la mise à l’essai, la surveillance, la modélisation et l’évaluation du succès des systèmes de couvertures en sol.

Il est nécessaire de mener des recherches supplémentaires sur les phénomènes fondamentaux des régions froides, afin d’élaborer des outils prédictifs et de conception qui tiennent compte des phénomènes des régions froides, et des lignes directrices établissant des pratiques exemplaires. Il sera question de quelques-unes de ces suggestions.

Colin Morrell, CleanEarth Technologies Inc.
Tasha Andrews, ministère des Pêches et Océans Canada

Le ministère des Pêches et Océans (MPO) a plusieurs sites contaminés dans la région des Maritimes, pour la plupart des phares côtiers, qui présentent des sols contaminés par des métaux, en raison principalement de l’utilisation, dans le passé, de peinture au plomb sur l’extérieur des bâtiments, de l’utilisation de piles et de bains de mercure. La restauration de ces sites peut être difficile, étant donné qu’un grand nombre sont situés dans des emplacements d’accès difficile ou éloignés, de sorte que les options traditionnelles de restauration ne sont pas possibles sur le plan logistique et financier. Par conséquent, le MPO a décidé d’utiliser des technologies novatrices pour la restauration, aux sites, des sols contaminés par des métaux. Le MPO a établi un partenariat avec CleanEarth Technologies Inc. (CleanEarth) pour la restauration à l’aide d’une technologie d’assainissement des sols du site du phare Swallowtail, situé sur l’île Grand Manan, au Nouveau-Brunswick. Les responsables des évaluations environnementales des sites ont trouvé dans le sol du plomb et du baryum dépassant les concentrations établies dans les lignes directrices du CCME; on a signalé des concentrations disponibles aussi élevées que 8 730 mg/kg pour le baryum et que 67 400 mg/kg pour le plomb. De plus, le résultat signalé pour le lixiviat dans les zones de plus haute concentration de plomb étaient de 653 mg/L, ce qui indique que le sol est considéré comme à lixiviat toxique. Dans le cadre d’une évaluation du risque à la santé humaine, on a calculé des niveaux cibles propres au site de 870 mg/kg pour le plomb et de 900 mg/kg pour le baryum, et les exigences pour la restauration. Le processus d’assainissement des sols de CleanEarth utilise des modules de séparation physique pour concentrer les métaux sous forme de particules et les retirer de la matrice du sol brut et, au besoin, la lixiviation et l’extraction pour retirer les particules fines de métaux restantes et les espèces ioniques / moléculaires qui peuvent rester liées au sol suivant le traitement physique. Pour le phare Swallowtail, CleanEarth a conçu un modèle réduit de son unité mobile d’assainissement des sols, qu’il est possible de transporter par air au site. Le projet est actuellement en cours et implique le traitement d’environ 1 000 à 1 200 tonnes de sol contaminé. On a réussi à transporter par air le prototype de circuit d’assainissement des sols au phare Swallowtail, au cours d’une journée, en pièces pesant chacune moins de 1 100 kg. On a commencé les activités initiales de traitement vers la fin de l’automne 2008 et on les a poursuivies jusqu’à ce que le temps de gel oblige à interrompre le traitement. On a repris les activités de traitement en mai 2009, et jusqu’à présent les résultats sont positifs. Avec environ 600 tonnes de sol traitées, on a signalé des niveaux de plomb dans le sol traité à des concentrations allant de la non-détectabilité à 400 mg/kg, et une concentration de plomb moyenne de 158 mg/kg. On a tiré de nombreuses leçons en ce qui a trait à la mobilisation et au traitement des sols contaminés sur les propriétés de phares éloignées, grâce à ce projet pilote. Suivant l’achèvement de ce projet, on concevra un circuit d’assainissement des sols de seconde génération afin d’intégrer les leçons tirées et d’accroître le taux et le rendement du traitement.

Geneviève Thouin1, Wenxing Kuang1, Robert Focht1, Dario Velicogna1, Konstantin Volchek2, Vladimir Blinov2, R. Stanley Brown3, Alexeï Neverov3, Tamer Andrea3
1Science Applications International Corporation (SAIC Canada), 2Environnement Canada, 3Université Queen’s

Les composés organophosphorés (OP) forment une importante famille de produits chimiques organiques avec une grande variété d’applications y compris dans les domaines de la lutte contre les animaux nuisibles, de la pharmacologie et de la construction. La plupart des composés OP sont facilement adsorbés par les particules du sol et peuvent avoir un impact sur les eaux souterraines pendant de longues périodes. Les produits de l’hydrolyse des composés OP sont généralement non toxiques. Cependant, la dégradation des composés OP par réduction, oxydation, ou par voie thermique peut former des produits dangereux, certains étant beaucoup plus toxiques que les produits de départ.

L’objectif principal de cette étude est de développer et d’évaluer une méthode catalytique rapide et écologique qui permette d’enlever et de dégrader les composés OP présents dans les sols. Ce travail se base sur un procédé innovateur mis au point à l’université Queen’s, procédé dans lequel des ions métalliques catalysent la dégradation de composés OP par des alcools légers. Les complexes métal-ligand de La3+, Zn2+ et Cu2+ accélèrent de plus de neuf ordres de grandeur la méthanolyse de composés OP, en particulier des agents de guerre chimique et des pesticides. Des catalyseurs métal-ligand attachés à des polymères disponibles sur le marché sont aussi développés afin de créer des systèmes catalytiques solides.

Deux procédés sont testés pour la restauration des sols. Le premier comprend l’extraction des contaminants OP du sol par des alcools. Les contaminants extraits sont dégradés par le système catalytique dans l’alcool qui peut être réutilisé pour des extractions subséquentes. Le catalyseur peut soit être ajouté sous forme liquide à la solution postextraction, soit la solution post-extraction peut être passée sur un lit de catalyseur solide. Le deuxième procédé de traitement catalytique utilise des billes de polymère pour extraire les agents OP du sol. L’extraction en phase solide peut plus sélective envers des composés précis. Elle empêche aussi l’extraction de l’eau qui inhibe le procédé catalytique. Après extraction, les composés OP sont dégradés soit en submergeant les billes de polymère dans la solution catalytique soit en passant la solution catalytique sur un lit de billes de polymère. Après le traitement, les billes peuvent être réutilisées pour extraire plus de contaminants du sol et la solution catalytique peut être recyclée pour traiter plus de billes. Cette communication présente les résultats des essais en laboratoire menés sur des pesticides organophosphorés. Les paramètres d’opération sont évalués et optimisés pour les deux procédés afin de préparer les démonstrations à l’échelle préindustrielle.

Sandra Dworatzek et Phil Dennis, SiREM

La culture KB-1® est une culture microbienne non pathogène naturelle qui contient des Dehalococcoides (Dhc), le seul groupe de microorganismes documenté qui provoque la déchloration complète des éthylènes chlorés en éthylène non toxique. Bien que les Dhc soient présents dans la nature, les recherches indiquent que ces microorganismes ne sont pas ubiquistes, et pas tous les Dhc peuvent provoquer la déchloration complète des éthylènes chlorés. Aux sites où les Dehalococcoides sont absents, la déchloration du perchloréthylène (PCE) et du trichloréthylène (TCE) s’arrête généralement au cis-1,2-dichloroéthylène (cDCE), malgré la grande disponibilité de donneurs d’électrons. On utilise la culture KB-1® pour faire ce qui suit : établir la déchloration complète aux sites qui ne contiennent pas de Dhc (ou les bons Dhc) et accélérer les taux de déchloration afin d’atteindre les butes de traitement. La bioaugmentation des systèmes aquifères à l’aide de la culture KB-1® produit une communauté microbienne active capable de déchloration réductive complète, ce qui permet de s’assurer que le PCE, le TCE et le cDCE sont complètement déchlorés en éthylène, sans période d’acclimatation indue et à des taux qui conviennent à l’atteinte des buts de restauration.

On exécute la bioaugmentation par cultures microbiennes de Dehalococcoides pour la restauration des sites contaminés par l’éthylène chloré à l’aide de cultures produites commercialement aux É.-U. et en Europe depuis plus de huit ans. Toutefois, l’utilisation de cette technologie novatrice n’était pas possible au Canada jusqu’à l’obtention des approbations fédérale et provinciales de la production et de la vente de ces produits. Santé Canada et Environnement Canada ont examiné la culture KB-1® dans le cadre du Programme des substances nouvelles, et l’on a ajouté cette culture à la Liste intérieure des substances en août 2008, pour utilisation au Canada.

Le présent exposé décrit les conditions clés pré-bioaugmentation, y compris l’état des Dehalococcoides (Dhc), les concentrations d’éthylène chloré, la température de l’eau souterraine, le pH, le potentiel d’oxydation-réduction et la présence de co-contaminants inhibiteurs. Les paramètres post-bioaugmentation à évaluer comprennent également les taux de croissance des Dhc, l’étendue de dispersion et les concentrations maximales de donneurs d’électrons atteintes par les Dhc, les taux de dégradation des contaminants et la formation de produits fils découlant de la dégradation. On présentera également une étude de cas.

Loretta Y. Li, Wanjing Xu et John R. Grace, Université de la Colombie-Britannique

Le présent article résume le développement d’un processus novateur intégrant un processus chimique et un minéral du sol (la clinoptilolite) dans une colonne à bulles à suspensions pour retirer les métaux de l’exhaure de formations rocheuses acides. Ce processus implique l’adsorption cyclique des métaux dans l’exhaure de formations rocheuses acides enrichie de clinoptilolite et la régénération du sorbant par désorption des métaux. Les résultats expérimentaux indiquent que la clinoptilolite est un bon sorbant pour le Zn et le Cu dans l’exhaure de formations rocheuses acides; comme l’ont montré la diffraction des rayons X, le MEB et le MET, la structure originale du sorbant a retenu plus de 27 cycles multiples d’adsorption / désorption et à des pH ≥ 2,5. L’efficacité de retrait du Zn est beaucoup plus élevée pour les colonnes à bulles à suspensions que pour les lits fixes et les colonnes rotatives, qui nécessitaient seulement 20 minutes, plutôt que 24 heures. L’essai de la colonne à bulles à suspensions a révélé que les particules à granulométrie fine (de 300 à 500 µm) de clinoptilolite adsorbaient 30 % plus de Zn à un instant donné que les particules grossières (de 850 à 1 400 µm). Les résultats semblent indiquer que cette technique prometteuse pour le traitement du lixiviat d’exhaure de formations rocheuses acides. Les recherches en cours comprennent l’optimisation des conditions d’utilisation et la modélisation prédictive.T

David Kettlewell, Robert Griffiths, Douglas Kroeker, Jeff J. Lainsbury, Todd White
SNC Lavalin Environment Inc.

L’ancienne usine de traitement des eaux usées huileuses (UTEUH) située à la BFC Esquimalt, en C.-B., a servi d’installation de stockage de carburants en vrac et d’épuration des eaux usées d’environ 1940 à 2005. L’ancienne UTEUH comprenait huit réservoirs de stockage de carburant en surface, qui, avant les années 1970, servaient au stockage en vrac de combustible de soute C. Depuis, on a désaffecté ces installations de stockage de carburant. Depuis les années 1970, on utilisait cette zone pour le traitement des eaux huileuses des navires de guerre et des huiles usées du matériel et des véhicules du ministère de la Défense nationale (MDN). On transportait les eaux huileuses et les huiles usées à l’UTEUH par camion-citerne et cylindres métalliques ou en les pompant à partir d’une barge par une jetée avoisinante.

Depuis 1994, on a effectué de multiples enquêtes à l’ancienne UTEUH. Compte tenu de l’utilisation antérieure du site, on a trouvé une contamination importante aux hydrocarbures et l’accumulation de produits hydrocarbonés dans les joints, les fissures et les intrusions de la roche calcaire de fond, dans le sol sus-jacent et dans les eaux souterraines. On a commencé les activités de restauration en 2005 et on les a poursuivies jusqu’en mars 2008. Ces travaux comprenaient la fouille du sol ajouté contaminé par des métaux et du sol contaminé par des hydrocarbures, l’abattage à l’explosif du substrat rocheux contaminé par des hydrocarbures, et le pompage et le traitement des eaux souterraines contaminées.

À la suite des travaux de restauration réalisés en 2008, on a constaté que la contamination aux hydrocarbures persistait dans le terrain sus-jacent, le substrat rocheux et les eaux souterraines du site. Construction de Défense Canada et le MDN ont demandé à SNC-Lavalin Environment Inc. d’évaluer les options de restauration pour la contamination restante. Cela impliquait d’évaluer l’atténuation naturelle contrôlée, le pompage et le traitement, l’oxydation chimique sur le site et la fouille. Le processus de sélection des options de restauration impliquait l’évaluation des variables, y compris la faisabilité technique, le calendrier, l’exploitation et l’entretien de tout matériel nécessaire, les probabilités de réussite, et le coût. Compte tenu du résultat de la sélection des options, on a choisi de mettre en œuvre la reprise du retrait de la source dans le substrat rocheux contaminé par des hydrocarbures au cours de l’exercice 2009-2010.

G. Mercier1, J.F. Blais1, V. Taillard1, M. Chartier1, P. Dufresne2, S. Delisle3, J. Bournival4
1INRS-ETE, 2TECOSOL, 3Institut de Recherche en Biotechnologie, 4Ministère de la Défense Nationalet

Cette démonstration à l’échelle pilote porte sur le procédé ex-situ « Organometox » qui pourrait être opéré commercialement sur le site ou hors du site. Il fait suite au développement du procédé lors de la thèse de doctorat de Mme Julia Mouton ainsi que la réalisation de deux études antérieures qui ont été effectuées sous contrat pour l’IRB et le CEMRS. L’option sur le site est en général préférable si la quantité à traiter est suffisante. L’excavation et la remise en place du sol traité compose généralement de 5 à 10% du coût unitaire de traitement lorsque fait dans un cadre raisonnable. La contamination mixte, soit la pollution combinée des sols par le plomb (Pb) et les HAP est fréquente et problématique. Dans les procédés éprouvés et appliqués dans des réussites commerciales, ce genre de contamination mixte nécessite le traitement par des procédés qui sont appliqués les uns après les autres dans une chaîne de procédés. Ainsi, les HAP sont enlevés dans un premier procédé, par exemple un système de lavage de sol à l’aide de surfactant, puis les métaux sont solubilisés par un deuxième procédé, tel une étape de lixiviation chimique ou des procédés miniers. Cet agencement de procédés est souvent coûteux par rapport à une contamination avec un seul type de contaminant. Les technologies pour traiter ces deux types de polluants séparément sont relativement nombreuses, quoique la décontamination pour les HAP à 4, 5 ou 6 noyaux aromatiques soit loin d’être aisée. Dans le cadre de ce projet, nous avons démontré à l’échelle pilote la combinaison, dans un même réacteur et en même temps (simultané), de l’extraction des métaux (principalement le Pb) par lixiviation chimique et des HAP par un nouveau surfactant non-toxique et biodégradable. Les principaux paramètres sont le choix du surfactant, le choix des acides et des complexants, la teneur en solides dans le réacteur, la température, les temps de réaction, le nombre de lavages, le mode de récupération des micelles HAP-surfactant et les divers types de sols en terme de granulométrie et de composition (pH, granulométrie, granulochimie, etc.). Le développement d’un procédé simultané à faible coût a l’avantage de pouvoir traiter des contaminations mixtes qui sont beaucoup trop coûteuses à traiter actuellement en plus d’avoir l’avantage de pouvoir s’appliquer à des cas où la contamination est simple (métaux ou HAP). Cette opportunité élargie considérablement le marché potentiel d’une telle technologie. Les concentrés de HAP sont gérés comme matière résiduelle dangereuse mais leur revalorisation énergétique est à l’étude. Le concentré de métaux est pour l’instant géré comme matière résiduelle dangereuse mais son recyclage est envisageable dans certains cas.

Six sacs de sol d’une tonne chacun ont été excavé sur la base de la Garnison de Montréal. Les sols ont été acheminés au laboratoire préindustriel de développement des technologies environnementales de l’INRS-ETE à Québec. Des essais d’une durée de huit mois ont permis de tester toutes les étapes du procédé et d’obtenir les critères de design pour une première installation commerciale du procédé. Un enlèvement des métaux entre 65 et 95 % et des HAP (surtout lourds) entre 80 et 99% a permis l’atteinte des critères permettant la réutilisation du sol. Les résultats seront présentés lors de la présentation.

Mark Kluger, Dajak, LLC

Le principal mécanisme de retrait de masse du chauffage avec résistance électrique (CRE) est l’extraction des vapeurs du sol suivant la conversion des contaminants volatiles dans la phase liquide vers la phase gazeuse. Aux sites où l’on a mis en œuvre le CRE, on a constaté le fait imprévu que des processus chimiques, biologiques et physiques accélérés par chaleur produisent une quantité considérable d’activité de restauration.

L’hydrolyse, qui est très lente aux températures normales des eaux souterraines (la demi-vie de la réaction est généralement mesurée en décennies), devient très rapide (moins d’une journée) à des températures qu’il est facile d’atteindre à l’aide du CRE. On utilise l’hydrolyse accélérée par chaleur pour restaurer les alcanes halogénés dans les sols et les eaux souterraines à divers sites, y compris des sites en Géorgie et dans le Maryland.

De plus, le CRE permet d’obtenir des conditions qui conviennent à une activité biologique accélérée pour le traitement de contaminants dans la phase dissoute. Le CRE accroît le contenu de carbone organique dissout de plus d’un ordre de grandeur, ce qui produit des donneurs d’électrons terminaux pour la biodégradation des solvants chlorés. On a démontré que la bioactivité augmentait au cours du CRE et à sa suite.

Pour ce qui est du traitement des résidus d’hydrocarbures et de goudron produits par les usines à gaz manufacturé, on utilise un processus appelé flottation de bulles de vapeur pour déplacer physiquement les hydrocarbures à longue chaîne au haut de la nappe. On utilise un matériel classique d’extraction multi-phase pour retirer les contaminants. Le processus de flottation de bulles de vapeur accéléré par CRE peut réduire considérablement (une réduction de concentration de plus de 85 %) les constituants du charbon et du goudron dont le point d’ébullition est de moins de 300°C. Ce processus ne laisse que les fractions de pétrole et de goudron immobiles, insolubles et non volatiles, de sorte que la contamination des eaux souterraines devient négligeable et le risque associé à l’intrusion de vapeurs se trouve grandement réduit.

Ainsi, les processus chimiques, biologiques et physiques accroissent l’applicabilité du CRE aux projets de restauration environnementale, et permettent de traiter un plus grand nombre de composés qu’on le croyait auparavant. De plus, ces mécanismes permettent de réduire les coûts énergétiques.