Fiche descriptive : Bioventilation

De : Services publics et Approvisionnement Canada

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Description

La bioventilation est une technologie de traitement qui requiert l’injection d’air dans la zone non saturée (et/ou la zone de fluctuation de la nappe phréatique) du sol afin de stimuler l’activité des microorganismes et promouvoir les processus de biodégradation des contaminants.

La bioventilation peut être effectuée selon plusieurs modes d’opération, incluant l’injection d’air dans des puits de bioventilation et par extraction d’air à partir des puits de bioventilation. Pour ce dernier mode d’opération, une unité de traitement des gaz est nécessaire.

Il est possible d’ajouter des nutriments comme l’azote, le phosphore et le potassium pour stimuler la croissance des microorganismes. Il est aussi possible d’inclure l’utilisation d’irrigation (avec ou sans substances nutritives), l’utilisation de substances nutritives gazeuses (comme, par exemple, le protoxyde d’azote et le phosphate de triéthyle), l’ajout d’humidité ou l’utilisation de gaz autres que l’air (tels que le méthane, le propane et l’hydrogène). Toutefois, de telles applications sont plus rares.

Il ne faut pas confondre la bioventilation et la ventilation. La ventilation consiste en l’utilisation d’une grande quantité d’énergie afin de créer des pressions négatives ainsi que des débits de déplacement des gaz relativement élevés pour extraire les contaminants volatils des sols. La bioventilation, quant à elle, requiert des apports énergétiques plus faibles afin de fournir l’apport d’oxygène nécessaire dans les sols pour stimuler les processus de biodégradation. Les systèmes de bioventilation à faible consommation d’énergie dits « passifs » et les systèmes de bioventilation utilisant l’énergie solaire ont fait l’objet de divers essais réussis. Un système de bioventilation « passif » utilise les différentiels de pression présents entre la zone vadose des sols et l’atmosphère afin de déplacer l’air vers l’intérieur ou vers l’extérieur des puits de bioventilation.

Liens internet :

Mise en œuvre de la technologie

La technologie de bioventilation peut inclure :

  • la mobilisation, l’accès et la préparation du site et la mise en place d’installations temporaires;
  • l’installation de puits, de tranchées de collecte et/ou de drains perméables;
  • la mise en place des réseaux d’injection et d’extraction d’air;
  • la mise en place d’un réseau de surveillance pour la migration des effluents gazeux;
  • l’installation, si requise, des unités de traitement des effluents gazeux ou des vapeurs.

Matériaux et entreposage

La bioventilation peut recourir à l’utilisation de machinerie ou d’équipement spécialisé pour des travaux d’aménagement et d’installation de puits de bioventilation et des conduites de service entre les puits et l’unité de traitement. L’entreposage sur le site peut inclure la matrice utilisée pour le traitement de l’air si nécessaire, des nutriments pour la stimulation bactérienne, de même que les carburants, lubrifiants et autres matériaux de chantier requis pour l’opération de la machinerie ou de l’équipement pour la mise en œuvre du procédé.

Résidus et rejets

Si un système d’extraction d’air et de traitement des effluents gazeux est utilisé, la matrice usée, issue du traitement de l’air, pourra périodiquement nécessiter d’être transportée et régénérée ou disposée hors site. Ceci est également nécessaire pour l’eau contaminée (eau de condensation) issue du séparateur air/eau, si applicable.

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
  • L'alcalinité
  • La conductivité
  • La teneur en matière organique
  • La concentration des contaminants présents dans les phases :
    • adsorbées
  • La concentration des nutriments incluant :
    • le phosphore total
    • l'azote organique
    • le potassium
  • Potentiel d'oxydoréduction
  • Concentration en gaz dissous (pour la zone saturée, si nécessaire)

Analyses physiques

  • La température
  • La teneur en eau du sol
  • L'analyse granulométrique
  • La présence de liquides immiscibles légers ou denses

Essais recommandés dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Essais biologiques

  • Essai de respirométrie in situ
  • Essai de biodégradation en bac

Essais physiques

  • Essais de perméabilité à l’air des sols

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 

Phase III

  • La stratigraphie du sol
  • La détermination des voies préférentielles de migration des contaminants
  • Le volume de sol à traiter

Applications

La technologie de bioventilation est appropriée pour le traitement des sols perméables à semi-perméables présents dans la zone non saturée et/ou dans la zone de fluctuation de la nappe phréatique. De plus, la technologie convient aux composés chimiques qui peuvent être biodégradés en condition aérobie (présence d’oxygène).

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.
  • Des systèmes de bioventilation passifs ou des systèmes autonomes de bioventilation de faible intensité peuvent être viables en milieu nordique.
  • Le gel en profondeur, le pergélisol et les cycles de gel/dégel peuvent limiter la profondeur à laquelle la technologie peut être mise en place efficacement.
  • Le climat froid aura un impact sur les processus de biodégradation et pourrait prolonger le temps de traitement comparativement à celui effectué dans un climat tempéré.
  • Il pourrait être requis de chauffer et/ou isoler les sols pour améliorer l’efficacité du traitement.

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
Ne s’applique pas
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
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

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
S’applique
Plus de 5 ans
S’applique

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

Il y a peu de considération à long terme sur les sites où les objectifs de réhabilitation ont été atteints lorsque les équipements et les installations ont été démantelés.

Produits secondaires ou métabolites

La biodégradation de contaminants organiques ne génère généralement pas de produits secondaires nuisibles.

Toutefois, ceci est possible pour certains contaminants organiques. Par exemple, du chlorure de vinyle et du 1,2–dichloroéthylène (cis) sont produits lors de la biodégradation du trichloroéthylène et du tétrachloroéthylène.

Limitations et effets indésirables de la technologie

  • Les sols présentant une importante hétérogénéité.
  • Les sols à faible perméabilité combinés à une teneur en humidité élevée.
  • Le manque d’humidité ou de substances nutritives dans les sols peut ralentir le processus de biodégradation.
  • La profondeur et l’étendue de la contamination.
  • Les concentrations en contaminants élevées peuvent être toxiques pour les microorganismes.
  • Les performances de la technologie peuvent être influencées par les conditions climatiques locales.
  • La profondeur et les fluctuations du niveau de la nappe peuvent limiter l’applicabilité de cette technologie si les sols contaminés se trouvent à proximité.
  • La présence de récepteurs sensibles à la migration de vapeurs.
  • Les sols de faible profondeur (généralement inférieure à 1 m) peuvent être plus difficiles à traiter.
  • Un recouvrement de la zone ventilée peut-être requis.
  • En présence de sols stratifiés, la mise en place de la technologie peut nécessiter des puits de bioventilation installés à différentes profondeurs.
  • La technologie peut être limitée par des contaminants très hydrophobes (moins biodisponibles), un contenu en matières organiques élevé et des contaminants avec un poids moléculaire élevé.

Technologies complémentaires améliorant l’efficacité du traitement

  • Biostimulation (par exemple, ajout de substances nutritives ou de carbone);
  • Bioaugmentation (ajout de microorganismes);
  • Ajout de chaleur pour augmenter la température des sols (20 °C à 35 °C) pour stimuler la croissance des bactéries;
  • Fracturation du sol pour augmenter la circulation de l’air;
  • Ajout d’un couvert en surface (pavage, membrane, etc.).

Traitements secondaires requis

Un système de traitement des effluents gazeux doit être installé si la bioventilation se fait par la méthode d’extraction d’air.

Exemples d'application

Les liens suivants fournissent des exemples d’applications :

Performance

Le temps nécessaire pour le traitement des contaminants à l’aide d’un système de bioventilation est très variable et dépend principalement des propriétés du contaminant et des conditions du milieu.

Le traitement des sols contaminés par des hydrocarbures pétroliers a démontré une réduction de 98 % en contaminants.

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 et l’opération de la technologie.
  • Optimisation du calendrier afin de favoriser le partage des ressources et réduire le nombre de jours de mobilisation.
  • Limitation du nombre de visites sur le terrain en utilisant la télémétrie pour la surveillance à distance des conditions du site.
  • Revue des données historiques afin de réduire le nombre d’échantillons requis.
  • Évaluation des avantages d’un système d’injection pulsé par rapport à un système d’injection continu et à un système basé sur l’injection sans extraction.
  • Prévision d’un temps de traitement plus long afin d’éviter le fonctionnement dans des conditions hivernales, éliminant ainsi le besoin de préparer le système pour l’hiver tout en diminuant les quantités d’énergie requises.
  • L’utilisation de l’approche TRIAD pour la planification et l’exécution des étapes de caractérisation du site pour optimiser les efforts en caractérisation et réduire l’empreinte écologique de ces travaux.
  • Implantation de la technologie et remise en état du site qui optimisent la protection des habitats écologiques et/ou améliorent la qualité de ces habitats.

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 : Serge Delisle, Eng. M.Sc., Conseil national de recherches

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

Date de mise à jour : 1 janvier 2008

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 : 27 mars 2022

Version :
1.2.5