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Halifax Convention Centre, 1650 Argyle Street, Halifax, Nouvelle Écosse
4-5 juin, 2019  

Volet 4A : Innovation, recherches et développement – Évaluation des SPFA
Échantillonnage passif des SPFA : Développement de technologies et d’applications à la évaluation des sites et des risques
Eliza Kaltenberg1, Kavitha Dasu1, Franco Pala1, Stefano Marconetto2, Blair McDonald2, Amy Dindal3
1Battelle Memorial Institute
2Golder Associates Ltée
3Battelle
La présentation a pour but de discuter de la façon dont les échantillonneurs passifs peuvent être bénéfiques autant pour les enquêtes de sites visant à détecter la présence de substances per et polyfluoroalkyliques (SPFA) que pour les évaluations des risques et de communiquer des observations au sujet de l’élaboration, des caractéristiques et de l’évaluation du rendement à jour de l’échantillonneur passif des SPFA.
Abstract

La science du devenir, du transport et de la toxicité des SFPA a progressé au point que des lignes directrices pour la qualité de l’eau ont été promulguées au Canada pour certains de ces composés et d’autres sont en cours d’élaboration ou leur élaboration est envisagée. Cela entraînera probablement l’identification d’autres sites contaminés par des SPFA. Les outils d’échantillonnage et d’analyse utilisés pour mesurer de façon fiable la quantité de SPFA dans l’eau et dans d’autres milieux environnementaux se sont améliorés au cours des dernières années. Toutefois, plusieurs techniques d’échantillonnage par grappillage prennent beaucoup de temps, causent des perturbations à la colonne d’eau et génèrent des volumes d’eau contaminée qui doivent être éliminés. De plus, les approches d’échantillonnage par grappillage ne fournissent qu’un aperçu des concentrations des SPFA.

Les échantillonneurs passifs surmontent plusieurs de ces enjeux et sont utiles pour les enquêtes, l’évaluation des risques et la gestion de sites. Les échantillonneurs passifs sont un outil précieux pour l’évaluation d’autres contaminants hydrophobes, comme les biphényles polychlorés et les hydrocarbures polyaromatiques. Un échantillonneur passif est un support matériel, comme un polymère à affinité prévisible pour l’analyte d’intérêt. Ce support est chargé dans un dispositif convenable à être déployé (p. ex., dans un puits d’eau souterraine ou intégré dans les sédiments). Parce que l’absorption des contaminants hydrophobes est plutôt lente (de l’ordre de quelques semaines ou quelques mois), les résultats représentent des concentrations intégrées en fonction du temps et offrent une meilleure caractérisation du site à long terme. De plus, l’accumulation de la substance à analyser par le support de l’échantillonneur passif permet l’amélioration des limites de détection lorsque celles-ci sont comparées aux méthodes traditionnelles d’échantillonnage de l’eau. Aussi, les échantillonneurs passifs accumulent seulement la fraction du contaminant qui a été dissoute librement (la plus biodisponible), ce qui fournit de meilleurs renseignements sur les risques écologiques que sur les concentrations totales qui tendent à surestimer l’ampleur du risque.

Avec ces avantages en tête, un échantillonneur passif pour les SPFA a été conçu. Le processus de recherche a exigé des essais préliminaires pour identifier un support matériel adéquat. Des expériences d’adsorption ont été menées pour 15 analytes de SPFA allant des acides carboxyliques anioniques et de sulfonates de différentes longueurs de chaîne à des précurseurs des SPFA pour déterminer leur cinétique d’adsorption et leurs isothermes d’adsorption. L’équilibre entre les échantillonneurs passifs et les échantillons d’eau a été réalisé en moins de sept jours pour la majorité des substances à analyser. Le comportement d’adsorption variait considérablement entre les substances à analyser. Les composés à chaîne plus longue ont démontré une meilleure sorption que ceux à chaînes plus courtes et les sulfonates ont démontré de meilleures sorptions comparativement aux carboxylates. La sorption des SPFA sur l’échantillonneur passif était également affectée par le pH, la force ionique et la matière organique dissoute de l’eau, ce qui indique l’importance de considérer ces variables dans le cadre de la planification de la gestion des risques et des enquêtes de sites pour la présence de SPFA.

Cette présentation comprendra les détails sur l’élaboration de l’échantillonneur passif pour les SPFA ainsi qu’une discussion sur comment les échantillonneurs passifs peuvent être avantageux pour les enquêtes de sites pour détecter la présence de SPFA et pourquoi les résultats qui proviennent d’échantillonneurs passifs sont une importante source de données pour les évaluations des risques écologiques. S’ils sont disponibles à temps pour la présentation, les résultats d’une démonstration sur le terrain qui sera effectuée seront également présentés. Les données de l’essai sur le terrain seront discutées en ce qui concerne les avantages, les limites et les futurs besoins de perfectionnement de la technologie et de son applicabilité à l’égard des enquêtes de site et des évaluations des risques.

Eliza Kaltenberg, chercheuse scientifique, groupe d’évaluation environnementale, Battelle Memorial Institute
Madame Eliza Kaltenberg, Ph. D., est une chercheuse scientifique au sein du groupe d’évaluation environnementale de la Battelle Memorial Institute. La majorité de son travail actuel porte sur les évaluations des composés organiques hydrophobes dans les sédiments et dans l’eau. Elle fait aussi partie du groupe de travail de recherches de la Battelle Memorial Institute qui se penche sur l’amélioration des méthodes d’échantillonnage des SPFA. Les intérêts de recherche d’Eliza comprennent la géochimie en milieu aqueux et dans les sédiments, le partitionnement et la biodisponibilité des contaminants hydrophobes, l’influence de la bioturbation des processus de diagenèse précoces et le rôle des sédiments dans la rétention de nutriments. Elle a travaillé sur plusieurs projets concernant l’élaboration de nouvelles méthodes d’analyse pour des échantillons aqueux et de sédiments où elle a utilisé une combinaison de l’échantillonnage passif, la colorimétrie et des traceurs fluorescents pour répondre aux questions et aux besoins émergents d’une façon novatrice.

L’utilisation de l'argile modifiée comme moyen efficace d’amendement du sol pour réduire le lessivage des PFAS cationique, anionique et neutre provenant des sols sableux contaminés.
Chenyang Wang, Bei Yan, Jinxia Liu
Université McGill

L'objectif de cette étude est d'évaluer la performance des argiles traitées en tant qu'amendement du sol pour réduire la mobilité ou la lixiviabilité des dizaines de PFAS détectés dans les sols contaminés.

Abstract

La contamination des sols et des eaux souterraines par des substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS) est étroitement liée aux rejets répétés de mousses aqueuses filmogènes (AFFF) dans des zones d'entraînement désignées pour la lutte contre l'incendie pendant des décennies.

Des réglementations strictes exigent des mesures préventives et des technologies de traitement permettant de contrôler efficacement la propagation des PFAS ou de nettoyer les sites touchés. Un large éventail de technologies de traitement a été mis au point pour traiter l'eau contaminée, tandis que peu de technologies efficaces de traitement des sols sont à la disposition des spécialistes des sites contaminés. Les publications ont documenté que les argiles traitées, produites par l'insertion de cations organiques (p. ex. un surfactant d'ammonium quaternaire) dans les sites d'échange des argiles à smectite, peuvent immobiliser une gamme de contaminants organiques dans la décontamination des sols. 

Les profils PFAS de quatre sols sableux contaminés ont d'abord été caractérisés par UHPLC couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution pour démontrer la présence significative de PFAS anionique, cationique et neutre. Dans la première phase, un essai par lot en une seule étape, qui a été modifié en fonction de la procédure de lixiviation caractéristique de toxicité (TCLP) de l'US EPA, a été utilisé pour déterminer l'effet du dosage de sorbant, le temps d'équilibrage et des activités microbiennes potentielles sur un sol fortement contaminé. Une réduction significative (95 à 99 %) du PFAS anionique provenant du lixiviat du sol, y compris le sulfonate de perfluorooctane (SPFO), le sulfonate de perfluorohexane (PFHxS) et le carboxylate de perfluorooctane (PFOA), peut être obtenue en 1-3 jours avec une dose aussi faible que 0.5% (m/p). Il y a également eu une réduction significative de plusieurs PFAS cationiques et neutres (sulfonamide et ammonium quaternaire), mais une dose plus élevée était nécessaire. Dans la deuxième phase, une évaluation comparative a été effectuée entre l'argile traitée, l'argile naturelle, le charbon actif granulaire et le biochar. Nous évaluerons également la performance de l'argile traitée à l'aide d'une configuration de sol insaturé à long terme pour simuler les conditions sur le terrain. Nous discuterons de la façon dont les résultats pourraient contribuer à la mise au point d'une technique de décontamination des sols à faible coût et facile à mettre en œuvre pour les sols contaminés par le PFAS.

Chenyang Wang, Université McGill
Chenyang Wang détient un baccalauréat en génie de l’environnement. Elle travaille actuellement sur son projet de recherche de maîtrise portant sur la compréhension des interactions entre les SPFA héritées et nouvelles sur les minéraux argileux naturels et modifiés.

Sorption des SPFA dans la roche
Omneya El-Sharnouby3, Kevin G. Mumford1, Kent S. Novakowski1, Kela Weber2
1Université Queen’s
2Collège militaire royal du Canada
2Geosyntec Consultants Inc.
La présentation a pour but de tenter d’évaluer si les coefficients et les mécanismes de sorption des substances per et polyfluoroalkyliques (SPFA) déterminés à compter d’études sur les sols et les sédiments sont applicables pour l’évaluation du devenir et du transport des SPFA dans les aquifères de substratum rocheux fracturés.
Abstract

Malgré l’occurrence répandue de la contamination par les SPFA dans les formations du substratum rocheux, le devenir et le transport de ces contaminants dans le substratum rocheux fracturé demeure inexploré. Les formations du substratum rocheux fracturé sont complexes, sont dominées par des fractures d’infiltration et présentent des caractéristiques bien différentes de celles des sols et des sédiments. Il n’est actuellement pas clair si les coefficients de distribution, les facteurs de ralentissement et les mécanismes de sorption des SPFA aux sols et aux sédiments sont applicables aux formations du substratum rocheux fracturé.

Pour remédier à ce manque de connaissances, une série d’expériences en laboratoire a été effectuée pour étudier la sorption d’une série de SPFA dans la roche. De la dolomie de Lockport concassée et réhumidifiée a été utilisée pour évaluer la cinétique, les mécanismes et la concurrence de la sorption pour une série de 13 SPFA (C4-C12) possédant différents groupes fonctionnels polaires (carboxylates, sulfonates et sulfonamide). Pour les SPFA à longue chaîne (C8-C12 pour les carboxylates ou C6-C12 pour les sulfonates), la sorption augmentait selon l’augmentation de la longueur de la chaîne, ce qui laisse entendre que des interactions semblables à des réactions hydrophobes sont le mécanisme de sorption prédominant. Pour les SPFA à courte chaîne (C4-C7 pour les carboxylates ou C4-C5 pour les sulfonates), la sorption n’a pas été liée à la longueur de la chaîne, possiblement en raison de la concurrence entre les composés à longue et à courte chaîne pour les sites disponibles. Ce phénomène n’a pas été observé dans les études antérieures sur la sorption effectuées à l’aide de sols et de sédiments, ce qui suggère que le devenir et le transport des SPFA dans les formations du substratum rocheux fracturé sont probablement différents de ceux des sols et des sédiments. De plus, la sorption des composés à longue chaîne présentait deux différents comportements selon la longueur de la chaîne, ce qui laisse entendre que ces composés devraient être subdivisés en composés à longueur de chaîne intermédiaire et composés à longue chaîne (C10-C12). La sorption des SPFA sulfonées a été observée comme étant supérieure à la sorption des analogues de carboxylates ou de sulfonamides possédant la même longueur de chaîne, ce qui laisse entendre que les forces électrostatiques jouent également un rôle dans la sorption de ces échantillons de roche. Ces données sont les premières pour la sorption des SPFA dans la roche et représentent donc la première étape vers l’évaluation du devenir et du transport des SPFA dans des aquifères du substratum rocheux fracturé.

Omneya El-Sharnouby, Geosyntec Consultants Inc.
Madame Omneya El-Sharnouby, Ph. D., est détentrice d’une bourse de perfectionnement postdoctoral en génie civil et environnemental de l’Université Queen’s. Elle a obtenu un doctorat en génie civil et environnemental à l’université Western dans l’élaboration de nouveaux traitements à base de nouveaux nanométaux pour l’assainissement des eaux souterraines contaminées par des contaminants organiques chlorés cancérogènes, plus précisément le 1,2 — dichloroéthane. L’expérience de Mme Onmeya avec les contaminants s’étend également aux contaminants cancérogènes émergents, les SPFA. Elle participe, avec le Collège militaire royal du Canada, à l’élaboration de traitements pour les sols contaminés par les SPFA ainsi qu’à des analyses en laboratoire d’échantillons d’eau et de sols contaminés par les PFAS provenant de sites industriels, municipaux et militaires. Mme Onmeya effectue également des recherches sur le devenir et le transport de certains composés de SPFA particuliers dans les formations du substratum rocheux fracturé. De plus, elle élabore actuellement un nouveau traitement à base de nanométaux en collaboration avec Golder et Imperial Oil pour la destruction d’eau souterraine contaminée par les PFAS qui possède des applications potentielles pour les eaux de surface ainsi que pour les eaux usées industrielles et municipales.

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