Fiche descriptive : Séparation physique – ex situ
De : Services publics et Approvisionnement Canada
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Description
La séparation ex situ a pour but de réduire les volumes de matières contaminées à traiter en concentrant les contaminants à l’intérieur de volumes plus petits. Les volumes concentrés doivent ensuite être traités ou éliminés. Les techniques de séparation peuvent être physiques ou chimiques, cependant, seules celles de séparation physique seront élaborées ci-dessous.
Il existe plusieurs procédés de séparation physique ex situ. Les séparations physiques par gravité, par tamisage, par membrane et par magnétisme sont quelques exemples de technologies souvent employées. Dans tous les cas, la matière contaminée est excavée ou pompée, et la séparation et le traitement sont réalisés sur le site ou hors site par la suite. La séparation par gravité et la séparation par tamisage sont deux processus bien développés pour traiter les eaux usées municipales. La séparation magnétique, de son côté, est un processus de séparation beaucoup plus récent.
Séparation par gravité
La séparation par gravité s’applique aux solutions aqueuses et exploite la différence de densité entre les matrices présentes (eau, produit en phase libre et sol). Cette technique est souvent utilisée pour séparer d'une solution aqueuse les produits pétroliers raffinés, tels que l'huile et l'essence présentes en phase libre et les particules fines du sol. Un traitement spécifique est ensuite mis en place pour chacune des matrices selon leur niveau de contamination.
Séparation par tamisage
La séparation par tamisage divise les matières solides selon leur granulométrie, à l’intérieur d’une série de tamis allant du plus grossier au plus fin. Considérant que les contaminants organiques et inorganiques ont tendance à se lier chimiquement ou physiquement à la fraction fine d’un sol, ce procédé aide à isoler les fractions fines, considérées comme étant les plus contaminées, et réduire les volumes de sols qui seront traités ou éliminés.
Séparation par magnétisme
La séparation par magnétisme extrait les contaminants ayant un potentiel magnétique, ainsi que les contaminants adsorbés à des particules ayant un potentiel magnétique. Les contaminants radioactifs, tels que les composés d'uranium et de plutonium, sont des exemples de contaminants qui peuvent être séparés d'une matrice (sol, eau ou air) non magnétique par cette technique. Lors du processus de séparation, la matrice contaminée est passée au travers d'un matériel magnétique, tel que la laine d'acier, qui extrait les particules de contaminants de la matrice.
Séparation par membrane
Les procédés de séparation par membrane permettent de retenir les contaminants dissous organiques et inorganiques présents en solution dans l’eau en les faisant traverser une membrane sous pression. L'osmose inverse et l'ultrafiltration sont deux exemples de techniques de séparation par membrane. Pour obtenir une bonne efficacité, plusieurs membranes en série peuvent être utilisées. Les membranes sont souvent faites de polymères et d'acétate de cellulose, et ont la forme de tubes, de fibres creuses ou de spirales.
Liens Internet :
Mise en œuvre
La mise en œuvre de la technologie dépend de la technique de séparation physique employée ainsi que de la matrice et des contaminants à séparer. Des exemples d’équipements utiles aux différentes techniques de séparation sont décrits ci-dessous.
Dans tous les cas de séparation physique, les sols et/ou solutions aqueuses à séparer doivent d’abord être excavés ou pompés. Ainsi, la mise en œuvre de cette technologie requiert d’abord les différentes étapes associées à ces travaux. Le pompage des solutions aqueuses peut être effectué à l’aide de puits, de tranchées ou de drains.
Séparation par gravité :
- Récipient allongé;
- Entrée pour l’insertion de la solution aqueuse devant être séparée;
- Sorties de liquide pour décharger les liquides séparés, une pour l’eau et l’autre pour le produit en phase libre;
- Sortie pour les solides séparés;
- Réservoirs d’entreposage ou autres aménagements permettant de récupérer les matières séparées.
- Tamis de divers calibres;
- Aménagement permettant d’entreposer les différentes fractions des sols à la suite du tamisage.
- Poulie magnétique (aimant placé dans une poulie qui produit un champ magnétique autour de sa circonférence et qui retient les contaminants à traiter);
- Grille aimantée (grille magnétisée qui filtre les liquides);
- Tambour magnétique rotatif (champ magnétique produit autour du tambour qui retient les contaminants à traiter);
- Réservoir d’accumulation d’eau à séparer;
- Réservoir d’accumulation d’eau séparée;
- Réservoir d’accumulation des contaminants séparés (boues).
- Différents types de membrane, selon le type de contaminant (imperméable, géotextile tissée/non tissée, absorbante, anti-huile, etc.);
- Matériaux civils (roche concassée, sable, etc.);
- Réservoir d’entreposage de l’eau pompée en prévision de son passage sur membrane;
- Réservoir d’entreposage de l’eau séparée.
Les systèmes de séparation par gravité peuvent avoir plusieurs formes, soit horizontales rectangulaires à plusieurs compartiments, horizontales cylindriques ou verticales cylindriques.
Des systèmes permettant de traiter ou d’éliminer l’eau, le produit en phase libre et/ou les sols séparés doivent ensuite être mis en place.
Séparation par tamisage :
Les fractions non contaminées peuvent être rejetées ou éliminées hors site tandis que les fractions contaminées doivent être traitées sur le site ou hors site, à l’aide d’un système de traitement adéquat ou éliminées hors site.
Séparation par magnétisme :
L’eau résultant du processus de séparation pourrait devoir être traitée sur le site avant d’être rejetée ou éliminée hors site. Les fractions séparées résultant du processus peuvent être traitées sur le site ou disposées hors site en fonction des contaminants qui s’y trouvent.
Séparation par membrane :
L’eau résultant du processus de séparation pourrait devoir être traitée sur le site avant son rejet ou éliminée hors site.
Matériaux et entreposage
- Pour la technique de séparation par gravité, différents matériaux peuvent être utilisés pour la construction du système, tels l’acier, le béton, le béton armé et la fibre de verre. Le matériel utilisé influence la longévité du système. Par exemple, un système en béton, en conditions normales, pourrait avoir une durée de vie d’approximativement 80 ans, tandis qu’un système en acier est conçu pour durer 40 ans;
- Les activités d’aménagement des systèmes de séparation ex situ ont généralement peu d’impact, mais peuvent nécessiter de l’entreposage sur le site, notamment les résidus produits (sols traités, boues, etc.);
- L’aménagement des puits, des tranchées de collecte et/ou des drains pour le pompage est exécuté à l’aide de méthodes et d’équipement traditionnels/courants facilement disponibles pour des travaux d’installation de puits, de système de drainage, d’aqueduc ou de service public;
- Les pompes permettant l’acheminement du produit en phase aqueuse vers le système de séparation nécessitent de l’énergie;
- Les sols excavés devront être entreposés, traités au besoin, et disposés de façon adéquate.
Résidus et rejets
Le risque de résidus sur le site est limité. Les systèmes de séparation produisent des rejets solides ou liquides ou semi-solides (boues). Ces derniers peuvent être entreposés sur le site, traités sur le site ou hors site, éliminés hors site ou rejetés selon le niveau de contamination qu’ils présentent.
La mise en place des systèmes permettant de pomper l’eau ou l’excavation des sols contaminés à traiter peut entraîner la manipulation de sols contaminés qu’il faudra potentiellement disposer hors site.
Applications
La technologie de séparation ex situ s'applique aux composés organiques volatils ou semi-volatils, aux hydrocarbures, aux composés inorganiques tels que les métaux lourds et les radicaux libres ainsi qu’aux pesticides. La séparation magnétique est spécifiquement utilisée sur les métaux lourds, les radionucléides et les particules radioactives magnétiques, telles que les composés d’uranium et de plutonium. La séparation ex situ est adaptée au traitement des sols, des sédiments, des boues, et des eaux contaminées.
Applications aux sites en milieu nordique
La séparation ex situ est possible en milieu nordique. Étant donné la durée nécessaire pour procéder à la séparation qui peut être relativement courte, cette technologie pourrait être envisagée, pourvu qu’elle soit adaptée au climat. Cette technologie requiert toutefois une grande quantité d’équipements, de même que l’excavation de sols ou le pompage de l’eau, ce qui pourrait représenter des coûts élevés en raison de la mobilisation plus importante. De même, l’éloignement du site entraîne des coûts de surveillance sur place plus élevés. La disponibilité des équipements est limitée et les fenêtres de travail sont relativement courtes.
De plus, les services publics ou la main-d’œuvre locale pour assurer le fonctionnement et l’entretien du système ne sont pas toujours accessibles en région nordique.
Analyses recommandées dans le cadre d’une caractérisation détaillée
Analyses chimiques
- La concentration des contaminants présents dans les phases :
- adsorbées
- dissoutes
- libres
- La spéciation des métaux
- Teneur en eau des sols
- Teneur en carbone organique
Analyses physiques
- L'analyse granulométrique
- Magnétisme des contaminants
- Les caractéristiques physiques des contaminants incluant :
- la viscosité
- la densité
- la solubilité
- la pression de vapeur
Essais recommandés dans le cadre d’une caractérisation détaillée
Essais physiques
- Essais de traitabilité en laboratoire (séparation magnétique)
- Essais de traitabilité en laboratoire (séparation par gravité)
Des essais de laboratoire et pilotes peuvent être requis afin de vérifier l'efficacité d'un procédé de séparation.
Autre information recommandée pour une caractérisation détaillée
Phase II
- Le volume de sol à traiter
- Le volume d’eau à séparer
- Le débit d’alimentation en eau de l’élément séparateur
Type de traitement
- In situ
- Ex situ
- Biologique
- Chimique
- Contamination dissoute
- Contamination résiduelle
- Contrôle
- Phase libre
- Physique
- Résorption
- Thermique
- Démonstration
- Commercialisation
- Moins de 1 an
- 1 à 3 ans
- 3 à 5 ans
- Plus de 5 ans
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État de la technologie
Contaminants ciblés
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Biphényles polychlorés
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Chlorobenzène
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Composés inorganiques non métalliques
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Composés phénoliques
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Explosifs
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Hydrocarbures aliphatiques chlorés
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Hydrocarbures aromatiques monocycliques
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Hydrocarbures aromatiques polycycliques
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Hydrocarbures pétroliers
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Métaux
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Pesticides
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S'applique Avec restrictions Ne s'applique pas
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Durée du traitement
Considérations à long terme (à la suite des travaux d’assainissement)
Aucune
Produits secondaires ou métabolites
Les procédés de séparation ne sont pas destructifs et ne produisent pas de produits secondaires ou de métabolites, cependant, ils produisent un important volume de rejets concentrés qui doivent être traités et/ou disposés sur le site ou hors site.
Limitations et effets indésirables de la technologie
- Un problème d'encrassement avec des matières biologiques peut survenir et ralentir le processus dans le cas de séparation par gravité et par tamisage;
- Le produit séparé doit être éliminé ou traité régulièrement, s’il est contaminé;
- Certains procédés de séparation exigent des pressions élevées ou des frais d'exploitation importants, tels les séparateurs à centrifuge et à pression;
- La température et les fluctuations de la concentration des contaminants à séparer peuvent influencer l'efficacité de la séparation;
- Le contrôle de la poussière lors de la séparation par tamis peut être problématique;
- Lorsque le sol, les sédiments, la boue ou l'eau souterraine séparés de leurs contaminants sont rejetés directement dans l'environnement, des analyses doivent être réalisées pour confirmer leur qualité environnementale;
- Des mesures spéciales peuvent être nécessaires pour atténuer les problèmes d’odeur résultant de boues organiques (pouvant provenir du traitement des eaux usées municipales) soumises à des conditions septiques;
- Le traitement requiert l’excavation de sols, ce qui entraîne une augmentation des coûts et de l’installation des équipements.
Technologies complémentaires améliorant l’efficacité du traitement
- Des concentrations résiduelles dans la matrice soumise aux procédés de séparation peuvent être éliminées par d'autres procédés de décontamination ex situ, tels que l'adsorption sur charbon activé;
- Dans certains cas, il peut être nécessaire de prétraiter l'eau extraite pour prévenir l'accumulation de matières biologiques, réduire la dureté ou éliminer le fer afin d'améliorer l'efficacité du système;
- L’assèchement des boues et sédiments afin d’améliorer l’efficacité du système.
Traitements secondaires requis
La séparation ex situ n’est pas une technologie qui permet de détruire les contaminants, mais elle permet de les concentrer ou les isoler afin de réduire les volumes de matières à traiter. Conséquemment, les matières enrichies en contaminants doivent être traitées à l’aide d’une technologie ex situ appropriée avant d’être rejetées ou éliminées.
Exemples d'application
Les sites suivants fournissent des exemples d'application :
Performance
La séparation par gravité et la séparation par tamisage sont des techniques bien connues, applicables à grande échelle, et utilisées dans plusieurs projets de restauration des sols, des sédiments et des boues. La technologie de séparation par magnétisme est plus récente et très prometteuse dans les cas de contamination aux radicaux libres. Cette technique a été testée à grande échelle par le U.S. EPA. Finalement, lors d'essais pilotes, les techniques de séparation par membranes ont capté de 50 à 90 % des composés organiques dissous.
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;
- Optimisation du procédé pour réduire les déchets et les produits consommables;
- Optimisation du calendrier afin de favoriser le partage des ressources et réduire le nombre de jours de mobilisation.
Impacts potentiels de l’application de la technologie sur la santé humaine
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Principaux mécanismes d’exposition
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S’applique ou ne s’applique pas
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Surveillance et atténuation
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Poussière
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S’applique
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Surveillance des conditions favorables à la dispersion lors de l’excavation des sols à traiter et de la séparation par tamisage, si applicable
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Émissions atmosphériques/de vapeur – sources ponctuelles ou cheminées
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S’applique
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Surveillance des émissions (choix des paramètres, des types d’échantillons et du type d’intervention [fonction de la source, du risque ou des exigences locales])
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Émissions atmosphériques/de vapeur – sources non ponctuelles
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Ne s’applique pas
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s. o.
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Air/vapeur – sous-produits
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S’applique
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Surveillance des émissions (choix des paramètres, des types d’échantillons et du type d’intervention [fonction de la source, du risque ou des exigences locales])
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Ruissellement
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S’applique
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Contrôle à la décharge ou au périmètre
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Eau souterraine – déplacement
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S’applique (dans le cas de procédés de séparation physique pour les eaux pompées)
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Modélisation des effets du pompage requis et surveillance à l’aide de capteurs de pression
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Eau souterraine – mobilisation chimique/géochimique
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S’applique (dans le cas où de la phase libre est pompée)
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Suivi en aval du site peut être requis, choix des paramètres, des types d’échantillons et du type d’intervention (fonction de la source, du risque ou des exigences locales)
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Eau souterraine – sous-produit
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Ne s’applique pas
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s. o.
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Accident/défaillance – dommages aux services publics
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S’applique
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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
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Accident/défaillance – fuite ou déversement
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S’applique
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Examen des risques, élaboration de plans d’intervention en cas d’accident et d’urgence, surveillance et inspection des conditions dangereuses
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Accident/défaillance – incendie/explosion
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S’applique
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Examen des risques, élaboration de plans d’intervention en cas d’accident et d’urgence, surveillance et inspection des conditions dangereuses
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Autre – manipulation des sols contaminés
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S’applique
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Examen des risques, élaboration de plans d’intervention en cas d’accident et d’urgence, surveillance et inspection des conditions dangereuses
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Références
Auteurs et mises à jour
Fiche rédigée par : Josée Thibodeau, M.Sc., Conseil national de recherches
Mise à jour par :
Date de mise à jour : 12 février 2013
Dernière mise à jour par : Nathalie Arel ing., M.Sc., Christian Gosselin ing., M. ing. et Sylvain Hains ing., M.Sc., Golder Associés Ltée
Date de mise à jour : 22 mars 2019
The implementation of the technology depends on the physical separation technique employed, as well as the matrix and contaminants to be separated. Examples of equipment useful for the different separation techniques are described below.
In all cases of physical separation, the soils and/or aqueous solutions to be separated must first be excavated or pumped. Thus, the implementation of this technology first requires several steps associated with these tasks. The pumping of aqueous solutions can be carried out using wells, trenches or drains.
Gravity Separation:
- Long containers.
- Inlet for the insertion of the aqueous solution to be separated.
- Liquid outlets for discharging separated liquids; one for water and the other for free phase product.
- Outlets for separated solids.
- Storage tanks or other facilities to recover separate materials.
- Sieves of various sizes.
- Installations to store different soil fractions after sieving.
- Magnetic pulley (magnets placed in a pulley which produces a magnetic field around its circumference, and which retains the contaminants to be treated).
- Magnetic grid (magnetized grid that filters liquids).
- Rotating magnetic drum (magnetic field produced around the drum which retains the contaminants to be treated).
- Storage tanks for water to be separated.
- Storage tank for separated water.
- Storage tank for separated contaminants (sludge).
- Different types of membrane, depending on the type of contaminant (waterproof, woven/nonwoven geotextile, absorbent, anti-oil, etc.).
- Civil materials (crushed rock, sand, etc.).
- Tanks for storing water pumped for membrane passage.
- Storage tanks for separated water.
Gravity separation systems can have many forms: horizontal rectangular with several compartments, horizontal cylindrical or vertical cylindrical.
Systems for treating or removing water, the free-phase product and/or the separated soils must then be put in place.
Sieving Separation:
Uncontaminated fractions may be released or removed off-site while contaminated fractions must be treated on-site or off-site, using a suitable treatment method, or disposed off-site.
Magnetic Separation:
Water resulting from the separation process may need to be treated at the site before being discharged or disposed off-site. The separated fractions resulting from the process can be treated on the site or disposed off-site depending on the remaining contaminants.
Membrane Separation:
Water resulting from the separation process may have to be treated at the site prior to release or disposed off-site.
Materials and Storage
- For the gravity separation technique, different materials can be used for the construction of the system, such as steel, concrete, reinforced concrete and fibreglass. The equipment used can predict the longevity of the system. For example, a concrete system, under normal conditions, could have a service life of approximately 80 years, while a steel system is designed to last 40 years.
- The installation of ex situ separation systems generally has minimal impact but may require on-site storage, including residues produced (treated soils, sludge, etc.).
- The construction of wells, collection trenches and/or drains for pumping is carried out using traditional/routine methods and equipment readily available for well installation, drainage, aqueduct or public utility.
- Pumps that deliver the aqueous phase product to the separation system require energy.
- Excavated soil should be stored, treated as needed, and properly disposed.
Residues and Discharges
The risk of residues on the site is limited. Separation systems produce solid or liquid discharges. These can be stored on-site, treated on-site or off-site, disposed off-site, or disposed of depending on the level of contamination.
The installation of systems for pumping water or excavating contaminated soil to be treated can lead to the handling of contaminated soils that may need to be disposed off-site.
