L’électrooxydation pour la destruction durable des PFAS dans l’eau
19 février 2021
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Golder a franchi une étape importante dans la mise à l’essai au banc d’une technologie d’électrooxydation novatrice. Cette technologie résout un problème particulièrement difficile et urgent dans le domaine du traitement des eaux usées et des eaux souterraines, soit la destruction des alkyles perfluorés et polyfluorés, ou PFAS. Depuis plus de 50 ans, ces composés sont largement utilisés dans la fabrication de plusieurs produits industriels et domestiques, et leur présence dans l’environnement est maintenant répandue.

Compte tenu des besoins constatés dans divers secteurs, il était primordial pour Golder de trouver une solution pour la destruction des PFAS. Avec le soutien du fonds d’innovation de Golder, l’équipe des PFAS a entrepris de rechercher une technologie durable, rentable, commerciale, modulaire et évolutive pouvant être aisément appliquée à divers types de sites et d’eaux.

L’électrooxydation : un moyen efficace de destruction des PFAS dans les effluents

Golder s’est penchée sur une technologie d’électrooxydation employant un type unique d’électrodes de diamant dopé au bore, qui sont durables. Cette technologie suppose le passage de l’eau contaminée aux PFAS par un réseau d’électrodes, soit une anode à charge positive et une cathode à charge négative. Elle s’apparente aux autres travaux novateurs de Golder sur l’électrocoagulation. Dans le cas des électrodes de diamant dopé au bore, l’anode génère le processus d’oxydation et forme des radicaux et des électrons oxydants qui, par un processus chimique complexe, décomposent les molécules de PFAS en molécules de plus petite taille, puis en dioxyde de carbone pour les molécules organiques et les fluorures. La cathode produit principalement de l’hydrogène gazeux et provoque des réactions réductives. On peut considérer l’électrooxydation comme la combustion chimique de composés dans l’eau.

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Pour découvrir le fonctionnement de la technologie d’électrooxydation, visionnez cette courte vidéo.

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Les premiers essais d’électrooxydation de Golder portaient sur deux types de PFAS, le sulfonate de perfluorooctane (SPFO) et l’acide perfluorooctane (APFO), qui sont parmi les plus persistants et les plus récalcitrants de la catégorie et qui sont réglementés par les autorités sanitaires partout dans le monde. L’essai au banc de Golder a permis d’éliminer entièrement le SPFO et l’APFO et d’ainsi respecter les critères de Santé Canada et de l’Environmental Protection Agency des États-Unis pour l’eau potable.

Comme elle s’y attendait à la suite de son expérience, l’équipe d’électrooxydation des PFAS a constaté que le processus génère des sous-produits, dont l’hypochlorite et le perchlorate. Toutefois, en optimisant le processus, elle a été en mesure de réduire considérablement la formation de ces constituants problématiques, et notamment de réduire le perchlorate de plus de 99 %.

Le fluorure étant l’un des éléments constitutifs de toutes les molécules de PFAS, le processus d’électrooxydation génère du fluorure comme produit de décomposition final. L’équipe s’est assurée que la concentration en fluorure des effluents du processus respecte les normes réglementaires applicables.

Tous les essais de traitabilité ont été effectués au centre de traitabilité de Golder, à Montréal. Des laboratoires d’analyse de pointe faisant partie du département de génie civil de l’Université McGill ont effectué l’analyse de la teneur en PFAS de l’eau. L’Université McGill appuie le projet grâce à son expertise en analyse des PFAS depuis son lancement en 2019.

Les solutions actuellement sur le marché présentent des inconvénients importants

On s’inquiète de plus en plus de l’incidence des PFAS sur l’environnement dans les endroits où des mousses extinctrices ont été utilisées, dans certaines usines de fabrication, dans le lixiviat des sites d’enfouissement et dans d’autres sites touchés. Cependant, la plupart des technologies actuellement utilisées pour retirer les PFAS des eaux souterraines, des eaux usées industrielles et du lixiviat présentent des inconvénients importants :

  • Le charbon activé, technologie la plus couramment utilisée, ne coûte pas cher à mettre en place, mais elle s’assortit de coûts d’exploitation élevés, puisque les milieux utilisés, qu’il faut remplacer régulièrement, doivent être transportés à une installation d’élimination autorisée où ils sont incinérés à haute température pour détruire les molécules de PFAS problématiques.
  • Les résines échangeuses d’ions sont également une technologie de plus en plus courante pour l’élimination des PFAS dans l’eau. La plupart du temps, la résine est toutefois à usage unique et doit elle aussi être incinérée. Pour les résines régénérables, le flux contaminé par les PFAS doit être transporté et éliminé à coût élevé, encore une fois, dans une installation autorisée de gestion des déchets.
  • Les technologies des membranes, comme l’osmose inverse, permettent d’enlever les PFAS de l’eau, mais il faut là aussi éliminer le flux de rejet contaminé par les PFAS. Il peut s’agir d’un volume important, selon le volume d’eau à traiter et de la qualité initiale de l’eau, par exemple sa concentration totale en matières dissoutes. En région éloignée, cette technologie pourrait être simplement impossible à appliquer.

Économies par rapport aux méthodes habituelles

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L’électrooxydation par diamants dopés au bore pour le traitement des PFAS dans l’eau.
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L’une des clés du succès de Golder pour l’application de la technologie d’électrooxydation est l’utilisation d’électrodes de diamant dopé au bore uniques et durables. Le coût de l’équipement est élevé, mais on s’attend à ce que ces électrodes aient une durée de vie allant jusqu’à 25 ans, de sorte que leur coût initial sera amorti sur une longue période d’utilisation. De plus, la location de l’équipement peut permettre une réduction du coût. Ces électrodes particulières produisent également des concentrations plus faibles de sous-produits, par rapport aux électrodes faites d’autres matériaux.

L’équipe de Golder a été encouragée de constater qu’en optimisant le processus d’électrooxydation, elle est en mesure d’offrir une solution concurrentielle à long terme, sur le plan des coûts, comparativement à la technologie du charbon activé. Le seul coût d’exploitation de l’électrooxydation est celui de l’électricité nécessaire pour charger les électrodes et faire fonctionner la pompe.

Voici, en bref, le système d’électrooxydation par diamants dopés au bore de Golder pour le traitement des PFAS :

  • Le système détruit les molécules de PFAS sans qu’il y ait transfert des PFAS vers d’autres milieux, ce qui élimine les coûts d’achat, de transport, d’élimination et de régénération des milieux.
  • Le système n’utilise pas de produits chimiques et ne produit pas de boues, et l’absence de milieu filtrant permet d’éviter les coûts élevés d’élimination.
  • Le système possède un caractère évolutif. Il suffit d’augmenter le nombre de plaques ou de réacteurs de diamants dopés au bore ou l’alimentation en électricité pour traiter un plus grand débit d’eau.
  • Le système ne nécessite que de l’électricité et aucune intervention humaine, ce qui fait que son coût d’exploitation est faible. Il est possible de réduire le coût de l’équipement en le louant.

Prochaine étape : inviter des collaborateurs pour faire d’autres essais

L’électrooxydation recèle un grand potentiel pour le traitement des PFAS. Les principales applications de cette technologie sont les sites où de la mousse extinctrice contenant des PFAS a été utilisée, stockée ou éliminée, par exemple les sites d’enfouissement, les sites miniers, les usines de pétrole et de gaz, y compris les plateformes pétrolières, les sites de gestion des déchets, les sites militaires, les navires et les sites du secteur des transports, dont les aéroports, les gares et les centres d’entretien des locomotives. Le processus est écoénergétique et durable et ne produit aucun déchet. Et, par-dessus tout, le traitement consiste non pas simplement à concentrer ou à transférer les molécules, mais bien à les détruire.

L’équipe de Golder est parvenue à détruire les PFAS dans deux eaux souterraines différentes et est maintenant impatiente de collaborer avec les propriétaires et les gestionnaires de sites qui souhaitent comprendre comment l’électrooxydation peut résoudre leurs problèmes relatifs aux PFAS.

Communiquez avec notre équipe des PFAS dès aujourd’hui pour en apprendre davantage sur l’électrooxydation par diamants dopés au bore et les autres traitements pour les PFAS.


À PROPOS DE L’AUTEURE
Valérie Léveillé est ingénieure séniore spécialiste du traitement de l’eau au bureau de Montréal de Golder. Au cours de sa carrière, elle a inventé, élaboré, mis en service et optimisé des systèmes de traitement des eaux usées, des eaux souterraines, des eaux industrielles et de l’eau potable pour des résidences, des collectivités isolées, des navires, des bases militaires, des écoles, des mines et des centres d’entretien de véhicules, ainsi que pour les industries de l’alimentation et des cosmétiques.

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