Décontamination des sols par NB-Cleantech (Décontamination des sols et sous-sols des PFAS et/ou HAP par la technologie NanoBubble-Cleantech)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 702.22.22

Schlüsselwörter (Französisch)

Décontamination des sols et des sous-sols, PFAS, HAP, Préparation de l'asphalte, Nanobubbles, NBClean-Tech®

Kurzbeschreibung (Französisch)

L'objectif de ce projet est de donner une réponse d'économie circulaire et locale au problème de la décontamination des sols et des sous-sols pollués par des per- et polyfluoroalkylées (PFAS) et des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP).

Les PFAS sont des produits chimiques difficilement biodégradables et se retrouvent dans le sol et sous-sol ce qui menace la qualité des eaux souterraines. Des quantités inquiétantes ont été détectées autour des places d'entrainements de pompiers et/ou des lieux d'incendies, car les mousses d'extinction contiennent des PFAS.

De grandes quantités de HAP sont contenues dans le goudron, qui a été utilisé dans la construction de routes pendant des nombreuses années mais qui est aujourd’hui remplacé par le bitume. Lors de la rénovation de ces chaussées goudronnées, il n’est pas rare de constater que les terres d’accotement sont également contaminées et doivent être évacuées.

Dans certains cas, les terres d’accotement peuvent être lavées dans des installations de lavage de sol si les parties minérales sont suffisamment riches en matériaux revalorisables. Sinon, ces terres finissent en décharge. Dans le cas des sols et des sous-sols pollués aux PFAS la situation est différentes : nous sommes confrontés à une urgence en matière d'élimination en Suisse. Le lavage de sols ne décontamine pas suffisamment et les sols doivent être traités thermiquement à l’étranger à de très hautes températures.

Weibel AG et sa spinoff NewRoad AG ont développé et breveté une technologie pour le traitement de l'asphalte, appelée NBClean-Tech®, qui permet de disloquer les produits de fraisage, sans concassage préalable en une fraction minérale contenant sable et gravier (~70%) ainsi qu'une autre fraction contenant le liant, bitume/ou goudron, et de la poussière minérale (~30%). Le principe de cette technologie est d’immerger les matériaux dans un réacteur contenant de l’eau muni d’un malaxeur et d’injecter des nanobulles hydrophobes (O₂ ou CO₂) à haute densité. La création de nanobulles relativement stables se fait par une réaction de dismutation de peroxyde d’hydrogène, qui est le seul agent chimique utilisé. Ces nanobulles ont un diamètre d’environ 300 nm et une haute pression interne (10-30 bars). Comme les nanobulles sont hydrophobes, elles se lient aux polluants également hydrophobes par des interactions hydrophobes et les détachent ainsi de la partie minérale. Comme les nanobulles sont soumises à la pression d'Archimède, elles remontent rapidement vers la surface et coalescent par ce biais, entraînant avec elles les particules de polluants. À la surface de l'eau du réacteur, les nanobulles et les polluants forment une mousse qui peut être écumée. Suite au traitement, une fois l'eau éliminée par séchage, la fraction minérale et la faction contenant le liant sont exploitables et l'eau du procédé est réutilisée en circuit fermé. Cette technologie est également prometteuse pour décontaminer les terres d'accotements routiers qui contiennent des HAP et les sols et sous-sols pollués aux PFAS. II sera intéressant de tester si, le processus de nanobulles présente éqalement un potentiel de décontamination de matériaux pollués par d’autres composés fortement hydrophopes comme les dioxines et les furanes.

Le projet a été accepté sur la base de la demande de subside du 03.05.2022 à l’occasion de la séance de la Koko UT du 08.06.2022.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Französisch)

1. Un malaxeur qui peut traiter 120 kg de matériaux, correspondant à un modèle réduit 1 :100 du système d’installation final, est adapté pour les tests avec les terres d'accotements routiers qui contiennent des HAP ou les sols et sous-sols pollués aux PFAS. L’eau utilisée est traitée en circuit fermé ; avant le rejet d’eau, elle sera analysé et traitée avec un système de filtrage d’eau à base de charbon actif si nécessaire. Si les quantités sont faibles, elle pourra également être brûlée dans des fours adéquats (Cridec par exemple).

2. Des tests avec les terres d'accotements routiers contaminées aux HAP (terres contaminées aux HAP de >25 mg/kg) seront faits sur l’installation prototype. Les fractions nettoyées seront analysées avec l’objectif de réduire la concentration à moins de 12.5 mg/kg dans le but d’être réutilisé sur place (OLED Art. 19 al. 2d) ou le cas échéant à moins de 25 mg/kg pour être mis en décharge de type B. Jalon 1

3. Des tests avec les sols et sous-sols contaminés aux PFAS (terres contaminées aux PFAS de >50 ng/L d’équivalents toxiques (TEQ)) seront faits sur l’installation prototype. Les fractions nettoyées seront analysées avec l’objectif de réduire la concentration à moins de 5 ng/L d’équivalent toxiques. Si la concentration est plus haute les fractions seront redirigées comme suit :

• Si la somme des PFAS pondérée en fonction de la toxicité (teneur en TEQ) dans le lixiviat est inférieure à 5 ng TEQ/l (= seuil de quantification de la somme des PFAS), les matériaux peuvent être considérés comme ne présentant aucun risque pour la santé humaine ("matériaux U" selon l'annexe 3, ch. 1, OLED).
• Des tests avec les terres contaminées aux dioxines et furanes seront faits sur l’installation prototype. Les fractions nettoyées seront analysées avec l’objectif de réduire la concentration à moins de 20 ng TEQ/kg ce qui permettrait une réutilisation de ces terres sur place (OLED art. 19 al. 2) ou Ie cas échéant à moins de 150 ng TEQ/kg pour pouvoir être mises en décharqe de type B. Un effort particulier sera entrepris pour capter les vapeurs afin de protéqer les collaborateurs et l’environnement contre des inhalations/redépositions de polluants durant les expériences.
• En cas de succès dans leur décontamination, les terres propres seront ensemencées pour évaluer leur fertilité ; Ie type de plantes sera à définir, mais contiendra au moins du qazon et des fleurs.
• Si la teneur en TEQ de la somme des PFAS dans le lixiviat est supérieure à dix fois la valeur de concentration (>500 ng TEQ/l), les matériaux ne peuvent pas être déposés directement, mais doivent être traités au préalable. Jalon 2

4. Les paramètres économiques pour le nettoyage des terres d’accotements routiers contaminés aux HAP et les sols contaminés aux PFAS et les terres contaminées aux dioxines et furanes seront analysés afin de pouvoir concevoir l'installation prototype pour un nettoyage industriel de 15 t/h de matière pour les PFAS et HAP et de plusieurs t/h de terres contaminées avec des dixines et furanes; certains outils dimensionnés pour ce prototype industriel seront acquis et testés.

5. Rédaction d’un rapport final présentant les résultats des points 1 à 4.

6. Eléments de textes, illustrations et au moins 3 photos (voir annexe 3) pour l’impression de publications à l’adresse du public.

7. Une présentation des résultats avec PowerPoint sera effectuée à la fin du projet pour les personnes intéressées de l’OFEV.

Projektziele (Französisch)

La décontamination des terres qui contiennent des PFAS et/ou HAP, ainsi que des terres contenant des dioxines et/ou des furanes est testée avec une installation prototype qui fonctionne avec la technologie NBClean-Tech ®, qui a été développée pour le traitement des asphaltes.

Beschreibung der Resultate (Französisch)

Dans le but de donner une réponse d’économie circulaire à la pollution chimique des sols, NRAG a étudié la décontamination des sols à l’aide de la technologie NB-Cleantech (NB=Nanobubble). Cette technologie consiste à traiter des terres excavées dans un malaxeur en présence d’eau et de nanobulles favorisant la flottation de certains polluants chimiques dans une mousse qui peut être séparée et traitée thermiquement.

 

•           la technologie NB-Cleantech a montré de bons résultats pour décontaminer les terres d’accotement polluées aux HAP.

•           la technologie NB-Cleantech a montré une réduction de 80 % des PFAS dans les terres contaminées. Une pollution résiduelle sur les graviers (coating) n’a pas pu être enlevée par cette technologie.

•           la technologie NB-Cleantech a montré peu d’efficacité pour le traitement des terres polluées aux dioxines et furanes.

 

Chaque terre ou extrait de terre polluée a ensuite été traitée thermiquement en présence et/ou en absence d’oxygène à 460 °C ce qui a permis de décontaminer efficacement chacune des terres. Les effluents gazeux ont été caractérisés dans le cas des matériaux bitumineux, par spectrométrie de masse.

Après chacun des traitements, des tests de recultivation des terres ont été menés, démontrant qu’au moins de la pelouse peut pousser sur ces terres décontaminées.

Umsetzung und Anwendungen (Französisch)

Etant donné le caractère polluant des matériaux et des différentes fractions produites sous formes solide, liquide et gazeuse, une attention particulière a été apportée au confinement des tests. Ainsi, le stockage des matériaux ainsi que les tests ont eu lieu sous un couvert à l’abri de la pluie, sur une surface étanche avec récupération systématiques de toutes les eaux et matériaux. Un système de ventilation par aspiration à travers un filtre à charbon actif a été mis en place spécifiquement pour ces tests, si bien qu’aucune émanation n’a été possible durant la durée des tests. L’eau de traitement a été systématiquement traitée par décantation à l’aide de FeCl₃, puis à travers un filtre à charbon actif. Des analyses libératoires des fractions ont été menées pour orienter les déchets dans les filières ad hoc.

Chaque fraction de terre polluée a été analysée dans un laboratoire accrédité. Ces résultats ont permis de définir le potentiel des technologies pour le traitement des terres, à savoir que les HAP dans les terres d’accotement peuvent être extraites de manière satisfaisante avec la technologie NB-Cleantech tout comme les concentrations faibles de PFAS des terres polluées. Pour ce qui concerne les concentrations fortes de PFAS et les Dioxines/Furanes dans les terres polluées, le traitement thermique à 460 °C est plus prometteur. Les molécules organiques sont probablement évaporées et les effluents gazeux devront être traités pour éviter leur dissémination.

Weiteres Vorgehen (Französisch)

La présente étude a été limitées à des tests sur quelques dizaines de kg de matériaux. Nous prévoyons de construire un prototype NB-Cleantech permettant de traiter quelques tonnes de matériaux pour confirmer les résultats obtenus à petite échelle, notamment en ce qui concerne les terres d’accotement polluées aux HAPs.

Des tests permettant de valoriser thermiquement la fraction polluée aux HAPs seront également menés. Des études seront entreprises pour maîtriser des émanations des traitements thermiques de terres contaminées aux PFAS et dioxines/furanes respectivement. Des études d’emplacements possibles d’un tel traitement thermique seront menées afin de maximiser le rendement énergétique d’une telle installation en synergie avec un site industriel ou de chauffage à distance.