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25-09-2017
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Puits de Circulation des eaux souterraines pour la réhabilitation in situ

L'approche conventionnelle pour l'assainissement de la nappe phréatique contaminée a été jusqu'ici d'extraire l'eau polluée, de la traiter à la surface et de la réinjecter ou d'évacuer l'eau dépolluée (pompage-traitement). II devient de plus en plus évident que les technologies du pompage-traitement nécessitent des investissements considérables sur des périodes de réhabilitation très longues. Souvent la source de contamination ne peut être traitée efficacement..

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Les traitements in situ pour la nappe phréatique contaminée représentent un gain de coûts et sont en même temps une alternative aux techniques du pompage-traitement qui se sont révélées inadéquates dans de nombreux cas. Les puits de circulation des eaux du sous-sol sont appliqués au traitement de produits volatils halogénés (COV), semi-volatils (COSV), pesticides, hydrocarbures et leurs constituants tels que le benzène, toluène, éthylbenzène et xylène (BTEX). Ils ont été pratiqués sur différents types de sols, des argiles sableux aux graviers.

Cette technologie est conçue pour fonctionner en continu, et n'exige qu'une maintenance de routine. Habituellement, il n'existe ni pièces amovibles en sous sol, ni composants particulièrement compliqués. Le procédé peut extraire les contaminants sans interruption, sans pour cela pomper l'eau du sous-sol et évite ainsi le traitement des effluents en surface. L'installation de puits de réinjection ou de conduits d'évacuation est ainsi rendue superflue, de même que les taxes sur les effluents, licences et autorisations préfectorales pour la réinfiltration ou l'évacuation des eaux souterraines. Les vapeurs contaminées générées durant le procédé peuvent être extraites et traitées plus facilement à la surface que l'eau contaminée.
Les puits de circulation des eaux souterraines peuvent être combinés avec d'autres technologies comme la biorémédiation, le bioventing, l'extraction des vapeurs du sol, l'utilisation de surfactants, la déhalogénation et l'oxydation.
Les décisions d'ingénieries concernant l'application des puits de circulation des eaux souterraines doivent prendre en compte que cette technologie est spécifique à chaque site considéré. Si le système n'est pas soigneusement dimensionné ou conçu, il se peut que la plume de contamination se répartisse au delà de la sphère d'influence ou que les puits soient colmatés.

Les puits de circulation des eaux souterraines, avec au moins deux sections crépinées, sont des outils de réhabilitation universels. Ils trouvent leur application dans différentes techniques, comme par exemple le GZB, le UVB, le SZB etc. Ces techniques peuvent être combinées avec des installations appropriées situées à l'intérieure du puits ou en surface. Leur régime de flux hydraulique peut être utilisé pour supporter la dégradation biologique dans l'aquifère. De plus, l'addition de nutriments et /ou d'accepteurs d'électrons pour stimuler les procédés de la biorémediation est possible quand l'eau du sous sol traverse le puits.
Le flux de circulation verticale et le régime de transport autour de l'UVB et du GZB ont fait l'objet d'investigations numériques en continu et sur le terrain à l'université de Karlsruhe en Allemagne.

La technologie UVB
La technologie UVB est un procédé in situ adapté à l'assainissement simultané de l'eau souterraine et du sol. Le système UVB offre plusieurs variantes pour le traitement des composés organiques volatils adsorbés ou dissous (COV) et des composés organiques semi-volatils (COSV), via une combinaison des deux procédés physique et biologique.uvb-franz-home-020408.jpg
De par un vide partiel généré par un ventilateur et une pompe de support le niveau de l'eau s'élève dans la section supérieure du puits pendant le fonctionnement. De ce fait, il se produit une forte pression hydraulique qui repousse l'eau horizontalement dans l'aquifère. De l'air atmosphérique pénètre dans le puits par un tuyau d'aspiration connecté au réacteur de stripage. L'air frais aspiré forme des micro-bulles à travers le diffuseur du réacteur de stripage en se mélangeant à l'eau du sol qui afflue simultanément dans le réacteur. La masse des contaminants passe de la phase liquide à la phase gazeuse. Les bulles de gaz montent à la surface de l'eau tout en se dilatant, avant d'éclater et de relâcher les contaminants dans l'enceinte sèche du réacteur. De là, le gaz est transporté grâce au flux d'air vers un filtre à charbon actif ou autres systèmes de traitement de l'air d'évacuation.gcw-franz-home-070408.jpg
La différence de potentiel entre les deux sections crépinées induit un flux de circulation dans l'aquifère. L'eau du sous-sol se déplace à travers la zone de traitement, à la fois horizontalement et verticalement, avant de pénétrer dans la crépine de ponction. L'eau du sous-sol s'engouffre dans la crépine inférieure pour compenser l'extraction d'eau par la crépine supérieure (UVB - circulation standard). La direction du courant peut être changée en inversant la direction de la pompe (UVB circulation inverse). Ainsi, il se développe un flux tridimensionnel des eaux souterraines. Les dimensions de la zone de capture, de la cellule de circulation, et de la zone de relaxation peuvent être calculées en utilisant des modèles de simulation numérique hydrologique des eaux du sous-sol.

UVB pour la réhabilitation biologique poussée
La technologie UVB est spécialement adaptée pour l'élimination des contaminants biodégradables, sans avoir à pomper l'eau du sol jusqu'à la surface.mgcw-franz-home-070408.jpg
Le système UVB produit une cellule de circulation de l'aquifère autour du puits. L'eau circule et transporte constamment vers le puits les polluants et les consortiums de bactéries responsables de la biodégradation. Lors de leur passage dans le puits, les contaminants peuvent être adsorbés à la surface des parois des structures du réacteur biologique; simultanément les populations de microorganismes s'enrichissent dans ces mêmes zones. Si nécessaire, celles-ci peuvent être alimentées en nutriments. Un autre avantage du système UVB est que l'eau du sol est oxygénée lors de son passage par le réacteur dans le puits, ceci intensifie le développement des Microorganismes de la nappe phréatique, accélérant la dégradation. Des variations du systèmes d'exploitation peuvent impliquer une circulation alternée, le renversement du sens de la circulation et l'installation de différentes configurations du réacteur biologique. Ces variations permettent à cette technologie d'être facilement adaptable aux exigences des différents sites contaminés.
Circulation alternée, le renversement du sens de la circulation et l'installation de différentes configurations du réacteur biologique. Ces variations permettent à cette technologie d'être facilement adaptable aux exigences des différents sites contaminés.

La technologie GZB
La technologie GZB est utilisée pour le traitement de l'eau du sol pompée à la surface et pour sa réinjection par le même puits. L'unité ressemble au système UVB standard, sans le réacteur de stripage au sein du puits. Cela reste cependant un système fermé, si bien que son exploitation ne requiert aucune réglementation particulière ni aucune taxe sur les effluents. Les composés organiques volatils, semi-volatils ou inorganiques prélevés avec l'eau du sol sont traités en utilisant une technique appropriée, telle que l'adsorption sur carbone ou l'échange d'ions. À la différence de l'approche conventionnelle du pompage-traitement, ce système garde les principes fondamentaux de l'UVB standard: c'est un système fermé, équilibré de par sa configuration hydraulique, si bien qu'il n'y a ni baisse significative du niveau de la nappe phréatique ni montée qui serait due à la réinjection de l'eau.


La technologie SZBszb-franz-home-070408.jpg
Dans la zone non-saturée par l'eau, la réhabilitation biologique est affectée par l'humidité relative du sol. Pour la plupart des procédés de dégradation biologique, le taux d'humidité idéal se trouve entre 50 et 80%. Quand la zone non saturée est contaminée par des liquides avec des phases non-aqueuses (LNAPL comme les diesels, BTEX, huiles minérales), le SZB va établir un flux de circulation verticale à phases multiples dans la zone contaminée.
L'eau du sol en circulation est pompée de la partie supérieure de la nappe vers un réacteur de stripage au sommet du puits. Des nutriments peuvent être ajoutés pour favoriser la réhabilitation biologique, ou bien des surfactants pour intensifier les procédés d'épuration. Dans la zone non-saturée, il se forme un flux vertical et circulaire à phases multiples avec un apport continu en nutriments et oxygène au sein de la sphère d'influence. Le SZB peut aussi bien être combiné avec un système GZB.


Le Panneau de traitement
Le Panneau de traitement in situ généré par un courant de circulation verticale quand un UVB ou un GZB est situé dans une plume de contamination, l'eau polluée en amont est capturée par le puits.panneau-franz-home.jpg
De par la conservation des masses, un même volume d'eau est relâché en aval du puits. Si la largeur d'une plume de contamination est plus large que la zone de capture d'un seul puits, une galerie de plusieurs puits est installée sur une ligne perpendiculaire au sens du courant de l'eau souterraine. La distance entre chaque système est déterminée de manière à ce que l'eau ne puisse pas passer sans être capturée et traitée.
Le champs de circulation naturel des eaux de la nappe n'est influencé que localement parce qu'aucune eau n'est prélevée de la nappe. Ainsi, une ligne constituée de plusieurs puits forme un panneau, et aucune contamination venant en amont ne peut traverser ce barrage sans être traitée.


Cellule de circulation multiple dans un aquifère
La sphère d'influence d'un puits de circulation verticale dépend de la distance entre les deux sections crépinées ou, dans le cas d'un puits traversant complètement l'aquifère, de l'épaisseur de ce dernier.stacked-franz-home-070408.jpg Plus la cellule de circulation est grande, plus le temps de déplacement pour la circulation est long. Pour des nappes phréatiques épaisses, il pourrait être avantageux d'installer plusieurs cellules, les unes au dessus des autres.
Ceci réduit la taille des cellules de circulation et raccourcit le temps du cycle. Le système de flux hydraulique peut être combiné avec stripage in situ, un réacteur biologique dans l'enceinte du puits ou une technologie on site appropriée. L'utilisation de plusieurs cellules de circulation dans un aquifère épais peut avoir des effets favorables quand les propriétés chimiques du sol et de l'eau du sol dépendent fortement de la profondeur de l'aquifère.cellules-franz-home-070408.jpg
 

Extraction / Infiltration partielle
Le puits à circulation verticale peut aussi être utilisé comme un puit de pompage ou un puit d'infiltration pour la réhabilitation conventionnelle. Dans un tel cas, le prélèvement partiel ou l'infiltration est pris ou additionné au volume d'eau total fluctuant dans le puits. Dans un aquifère à faible rendement, l'utilisation du puits de circulation des eaux permet le pompage ou l'infiltration en continu de plus grandes quantités d'eau. Ceci a fait l'objet d'une investigation numérique par Herrling et Stamm en 1992 pour le cas d'un aquifère tendu. À quelque distance du puits, le niveau de la nappe phréatique diverge légèrement par rapport au niveau initial.

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