Assainissement des nappes phréatiques in-situ

Un lavage complet de la zone d’eaux souterraines contaminées, y compris de la frange capillaire et de la zone de fluctuation de la nappe phréatique, est décisive pour un assainissement effectif. Les eaux souterraines de la zone des pores doivent être échangées plusieurs fois en fonction de la concentration en substances toxiques et de la lithologie. Un lavage intensif permanent, en particulier des zones de l’aquifère faiblement perméables, est indispensable, afin d’éviter les « effets rebonds » et d’atteindre un assainissement durable. Si ce n’est pas le cas, les assainissements des eaux souterraines durent souvent des décennies et engendrent des coûts de longue durée élevés.

Avec le procédé du « puits de circulation des eaux souterraines » (Groundwater Circulation Well - GCW), on dispose d’un procédé de lavage in-situ efficace, qui engendre un champ de courant vertical à la périphérie. Parallèlement à l’élimination purement hydraulique, c’est-à-dire physique des substances polluantes, il est possible d’ajouter au courant de circulation des substances ou des produits chimiques gazeux, liquides ou colloïdaux. Contrairement aux techniques d’injection, une répartition homogène est réglable et contrôlable par l’intermédiaire de l’eau de circulation. Les GCW créent de puissants gradients verticaux de flux dans le conducteur des eaux souterraines et traversent aussi des zones peu perméables contaminées, et permettent pour cette raison une réduction importante de la durée de l’assainissement.

Des enquêtes scientifiques systématiques concernant la formation géométrique des courants de circulation, des rapports de circulation et des modes d’exploitation du puits de circulation (GCW) ainsi que l’utilisation en présence de conditions géologiques et de types de substances toxiques différents ont été réalisées avec succès dans l’installation d’essai pour l’assainissement des eaux souterraines et de sites contaminés de l’institut pour l’eau de l’université de Stuttgart, en collaboration avec l’université de Karlsruhe.

Un GCW est constitué d’un tuyau de puits vertical équipé d’au moins deux sections de filtrage. Une plaque de séparation (packer) divise le puits en une section supérieure et une section inférieure. A l’aide d’une pompe, de l’eau est propulsée dans le puits, de la section inférieure de celui-ci vers la section supérieure. A la suite des différences de potentiel engendrées par ce pompage, un flux de circulation vertical est induit autour du puit dans l’aquifère, du filtre d’extraction vers le filtre d’infiltration.

La direction de rotation du flux de circulation peut être déterminée ou inversée par la disposition de la pompe sous ou sur le packer (rotation vers la droite ou ver la gauche). Si le puits d’assainissement est équipé de plus de deux section de filtrage, le puits de circulation peut être exploité avec des circuits multiples pour un lavage ciblé de certains horizons.

Les eaux souterraines présentes dans la zone d’action du puits de circulation sont injectées comme eau de processus dans le circuit et transportent les polluants dissous et mobiles vers le puits d’assainissement. La portée, c’est-à-dire le nombre de circuits de lavage peut être réglé et modifié en fonction des conditions hydrologiques par modification du taux de pompage. Tous les types de procédés de traitement peuvent être intégrés dans le circuit d’eau. L’aménagement de l’installation d’assainissement peut être réalisé en souterrain dans une chambre de captation ou à la surface du sol.

Variantes de procédés
Différentes variantes de procédés sont présentées ci-dessous:

Ventilation Coaxiale des eaux souterraines

Aération coaxiale des eaux souterraines (Coaxial Groundwater Circulation - CGC):
Dans le cas de cette méthode, de l’air comprimé est injecté dans un puits spécialement aménagé à la hauteur de la base de l’aquifère dans la zone de gravier. De l’air est aspiré par un filtre à double paroi placé au niveau de la surface de la nappe phréatique. Grâce à ce procédé de « push and pull », l’air est aspiré de la base du puits vers le haut et introduit dans un courant de circulation. Les eaux souterraines stripées dans le puits retournent dans l’aquifère par l’intermédiaire du filtre supérieur et circulent vers le filtre inférieur.

Puits de circulation et de Rinçage

Puits de circulation de lavage:
Les polluants dans la zone non saturée du sol, ou dans la zone de fluctuation des eaux souterraines, peuvent être éliminés par ce procédé. De l’eau souterraine nettoyée parvient de nouveau dans le sous-sol après avoir traversé un système de nettoyage par des sections verticales de filtrage ou des conduites de drainage. La zone de fluctuation de la nappe phréatique souvent fortement polluée peut ainsi être inclue dans le lavage vertical, également en combinaison avec un GCW.

Procédé in situ pour l'assainissement de la zone saturée

Aspiration de l’air du sol dans la zone non saturée et dans la frange capillaire:
Grâce à un prolongement de la section de filtrage supérieure dans la zone de sol non saturée, de l’air du sol peut être aspiré simultanément. On obtient ainsi une aspiration intensive de l’air du sol fortement contaminé de la frange capillaire et de la zone de sous-sol plus profonde.

Puits de circulation a courants multiples des eaux souterraines

Lavage hydraulique efficace grâce à plusieurs courants rotatifs superposés:
En présence de conducteurs d’eaux souterraines puissants, des cellules de circulation (circuits multiples) sont installés les unes au dessus des autres. Ainsi se forment des cellules de circulation plus petites avec des temps raccourcis de traversée des courants. L’utilisation de GCW ainsi équipés de filtres multiples peut également être avantageuse si la contamination se limite à certaines sections de l’aquifère ou que les propriétés hydrochimiques des eaux souterraines se modifient avec la profondeur de l’aquifère. L’installation de plusieurs sections de filtrage dans un puits permet un réglage variable des différents horizons de profondeur. Par un inversement des directions des flux et des taux de pompages variables, un lavage efficace du sous-sol peut être atteint.

GCW pour l’extraction ou pour l’infiltration de courants partiels:
Un GCW peut également être exploité en pompant une certaine quantité d’eau qui traverse le puits. Si l’on extrait exactement autant d’eau qu’il en pénètre dans le puits par le haut, le courant d’eaux souterraines s’échappant de la circulation est interrompu.

Champs de puits GCW pour le traitement de larges plumes de contamination ou de centres de contamination de grande surface:
Pour la sécurisation d’une large plume de contamination, il est possible d’installer une galerie de puis composée de plusieurs puits d’assainissement, en travers de la direction du courant. Grâce à des séries de puits GCW situés les uns derrière les autres ou décalés, le sous-sol peut être rincé de manière intensive même en cas de contaminations de grande surface. Par la modification des distances entre les puits ou les séries de puits, on peut obtenir des influences réciproques des courants.

Dégradation biologique soutenue par oxygénation et apport de nutriments avec réacteures biologique

Elimination accélérée de polluants par biostimulation:
Par différents procédés, il est possible d’ajouter de l’oxygène, un mélange de gaz mais aussi des solutions nutritives à l’eau de circulation du GCW. Une eau souterraine enrichie en oxygène et contenant moins de polluants circule ainsi à travers l’aquifère et stimule l’élimination microbiologique ; ainsi est assurée une meilleure biodisponibilité. Des concentrations toxiques qui empêchent la croissance des microorganismes autochtones sont réduites, le CO2 qui se forme est transporté avec l’eau souterraine vers le puits et y est éliminé sélectivement.

Répartition de substances par le flux de circulation:
La circulation peut aussi être utilisée comme vecteur pour le transport de substances gazeuses, liquides ou colloïdales ou de nanoparticules. Des microémulsions ou des produits chimiques (NaMnO4, H2O2 etc) sont injectés dans le circuit des eaux souterraines. Les champs de circulation radialement symétriques permettent une répartition homogène très efficace des substances dans le sous-sol et transforment le conducteur des eaux souterraines lui-même en réacteur.

Extraction de phases légère ou lourde

Extraction de phases légère ou lourde:
A l’aide d’un GCW, il est possible d’extraire la phase comme eau souterraine de densité plus ou moins élevée. On élimine la phase légère (LNAPL) dans un GCW par rotation vers la gauche. Pour éliminer une phase lourde (DNAPL) qui s’est accumulée sur la base de l’aquifère, on exploite le GCW en rotation vers la droite. Les phases légère ou lourde ainsi collectées peuvent être pompée directement comme phase pure.

Les avantages des procédés de circulation IEG

Processus techniquement parfaitement au point et qui ont fait leurs preuves au niveau international

Pas d’extraction d’eau, pas d’eaux usées, pas de taxes sur les eaux usées, pas d’abaissement du niveau des eaux souterraines, pas de dommages structurels aux bâtiments par des tassements dus à l’abaissement.

Assainissement simultané du sol, des eaux souterraines, de la frange capillaire et de la zone de sous-sol non saturée par équipement spécial du puits.

La totalité des composants de l’installation pour l’assainissement des eaux souterraines peut aussi être installée sous la surface du sol.

La direction de circulation peut être adaptée à la répartition des polluants, au spectre des polluants et aux progrès de l’assainissement.

Seules les eaux souterraines présentes dans la zone polluée sont conduites dans le circuit comme eaux de processus.

Dans le cas de placement dans un conteneur ou dans une chambre de captation, aucun protection antigel supplémentaire n’est nécessaire.

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