Analyseurs d'huile dans l'eau et de COV pour la protection de l'environnement

Résumé

Aujourd'hui plus que jamais, l'environnement est l'un des enjeux majeurs qui concerne tout le monde et ce au niveau international, des hommes politiques et scientifiques au grand public. Les entreprises responsables doivent reconnaître l'importance de protéger nos écosystèmes, et les poursuites pour pollution de l'environnement peuvent non seulement entraîner des amendes coûteuses, mais peuvent également entraîner des dommages irréparables à l'image publique d'une entreprise.

Les poursuites engagées par les agences environnementales et l’intérêt des médias pour ces affaires sont en augmentation. Les sociétés de distribution d'eau reconnaissent également l'importance du problème et investissent dans des équipements de détection et de surveillance, non seulement pour la prise d'eau propre mais aussi pour le rejet des eaux usées des égouts pluviaux. Cela a conduit à des poursuites judiciaires pour certaines entreprises de premier plan, à des amendes importantes et à des opérations de nettoyage relativement coûteuses.

Dans certains de ces cas impliquant des polluants d'hydrocarbures, la technologie de détection précoce des COV aurait pu empêcher ou réduire considérablement à la fois l'impact sur l'environnement mais aussi sur les coûts de nettoyage. Les méthodes de détection de COV peuvent être installées simplement, très facilement entretenues et étalonnées, et ont un coût de possession très faible.

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COV

Les composés organiques volatils (COV) sont naturellement présents dans l'atmosphère. Les humains, les plantes et les animaux les expirent naturellement, mais ils peuvent être dommageables à respirer au-dessus de certains niveaux.

Quelques-uns des COV les plus courants ainsi que leurs sources industrielles sont indiquées ci-dessous. Le terme « COV » recouvre une très large gamme de composés organiques. Dans le tableau en annexe, vous trouverez une liste des COV et leurs valeurs seuils..

COV et sources industrielles les plus courants

VOC Source industrielle
BTEX (benzène, toluène, éthylbenzène, xylène), hexane, cyclohexane et triméthylbenzène Essence, diesel, mazout, diluants pour peinture, teintures et peintures à base d'huile, insecticides, essences minérales et cirages pour meubles
Acétone, alcool éthylique, alcool isopropylique, méthacrylates, acétate d'éthyle Vernis et dissolvant à ongles, eaux de Cologne, parfums, alcool à friction, laque pour cheveux
Tétrachloréthène (PERC) et trichloroéthène (TCE) : Liquide de nettoyage à sec, détachants, nettoyants pour tissus / cuir
d-limonène (odeur d'agrumes), a-pinène (odeur de pin), isoprène Nettoyants aux d'agrumes (orange) ou à l'huile de pin, solvants et certains produits de masquage des odeurs
Tétrahydrofurane, cyclohexane, méthyléthylcétone (MEK), toluène, acétone, hexane, 1,1,1-trichloroéthane, méthyl-iso-butylcétone (MIBK) : Ciment et apprêt PVC, divers adhésifs, ciment de contact, ciment modèle
Chlorure de méthylène, toluène, les produits plus anciens peuvent contenir du tétrachlorure de carbone : Décapant à peinture, décapants pour adhésifs (colle)
Chlorure de méthylène, PERC, TCE, toluène, xylènes, méthyléthylcétone, 1,1,1-trichloroéthane Dégraissants, huiles pénétrantes en aérosol, nettoyant pour freins, nettoyant pour carburateur, solvants commerciaux, nettoyants électroniques, lubrifiants en aérosol
1,4-dichlorobenzène, naphtalène Boules antimites, désodorisants, assainisseurs d'air
Fréon (trichlorofluorométhane, dichlorodifluorométhane Réfrigérant des climatiseurs, congélateurs, réfrigérateurs, déshumidificateurs
Heptane, butane, pentane Produits en aérosol pour certaines peintures, cosmétiques, produits automobiles, traitements du cuir, pesticides
Formaldéhyde Meubles rembourrés, tapis, contreplaqué, produits en bois pressé

Coût du nettoyage

Les pannes d'équipement, les fuites de réservoirs, le vandalisme, les déversements accidentels ou les déversements illégaux ne sont que quelques-uns des moyens par lesquels les COV peuvent contaminer l'environnement.

Alors que l'Agence pour l'environnement devient de plus en plus efficace pour porter des affaires devant les tribunaux, les questions environnementales font également l'objet d'un examen public et politique de plus en plus minutieux, ce qui entraîne des sanctions plus sévères, des amendes et une publicité négative pour ceux qui causent des dommages à l'environnement.

Vous trouverez ci-dessous quelques exemples de déversements et de fuites, où les procédures adéquates n'étaient pas en place, pour contenir ou détecter ces déversements. Cela a conduit l'Agence pour l'environnement à intenter une action en justice / des poursuites judiciaires contre les entreprises impliquées, et à émettre des amendes et des ordonnances pour nettoyer la contamination.

Le coût d'une fuite

Sur une période d'environ 4 semaines en juillet 2005, quelque 653 tonnes de kérosène se sont échappées d'un petit trou dans la base d'un réservoir dans une installation de stockage à Waterston, Milford Haven.

La pollution qui en a résulté a entraîné la destruction de l'habitat du ruisseau Hazelbeach à proximité de la plage en août 2005.

L'entreprise a par la suite été poursuivie par l'Agence pour l'environnement du Pays de Galles et a plaidé coupable, a été condamnée à une amende de 29 900 £ et à payer des dépens de 39 801 £. De plus, l'entreprise a estimé que l’opération de nettoyage leur a coûté environ 3 millions de livres sterling.

Le coût d'une panne d'équipement

Une entreprise de distribution de carburant a admis avoir pollué un affluent de la rivière Clyst avec 22 000 litres de fioul.

La fuite a été retracée à l'entreprise après que d'importantes quantités d’hydrocarbures aient été repérées dans le cours d'eau, mais les vérifications initiales n'ont révélé aucune perte de stock sur leur système informatique. Les tests de pression et l'excavation ont révélé un trou dans un tuyau d'alimentation, conduisant à un îlot de distribution de carburant.

Les magistrats ont reconnu le travail entrepris par l'entreprise pour assainir l'environnement et leur ont infligé une amende de 5 000 £ avec des coûts de 3 700 £.

Plus récemment (2019), l'Agence nord-irlandaise pour l'environnement a découvert que du fioul se déversait dans la rivière Ballyclare à partir d'un ponceau, des mesures ont dû être prises.

Le coût de l'erreur humaine

Une entreprise de transport a été condamnée à payer 6 867 £ en amendes et en frais diverses après le débordement d'un intercepteur d'huile, polluant la Tamise avec de l'huile de moteur usée noire épaisse, causant des dommages importants à la faune locale.

La société a admis devant le tribunal qu'elle n'avait pas réussi à vider l'intercepteur, l'empêchant de fonctionner correctement. Une quarantaine de cygnes ont été touchés et certains ont pu être sauvés par le Sanctuaire des cygnes à Shepperton.

Le coût du vandalisme

L'huile provenant d'un site de réparation de chariot élévateur s'est retrouvée dans un drain près de Spalding.

L'entreprise a été condamnée à une amende de 8 000 £ et condamnée à payer la totalité des frais de l'Agence pour l'environnement de 4 000 £ par le tribunal de première instance de Spalding après avoir plaidé coupable d'avoir pollué un affluent de Hammond Beck.

Les agents de l'Agence pour l'environnement ont été informés qu'un réservoir d'huile avait été vandalisé sur le site et qu'une conduite avait été arrachée.

L'entreprise n'avait pas réalisé qu'il y avait un drain d'eau de surface sous la zone où se trouvait le réservoir et n'avait donc pas informé l'Agence du déversement. De même, l’impact environnemental aurait pu être réduit s'il avait été réalisé avant que le pétrole ne soit entré dans le drainage des eaux de surface du site.

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Approches et problèmes de détection

Il existe différentes méthodes de mesure et de détection des COV ; les plus précises, mais les plus lentes et les plus coûteuses, sont les méthodes de laboratoire d'analyseurs de chromatographie en phase gazeuse, de spectrométrie de masse et de détection par ionisation de flamme (FID), dont les coûts peuvent atteindre 100 000 $ et plus.

Des méthodes de détection des huiles/carburants grâce au laser dans l'eau sont disponibles, mais celles-ci nécessitent que l’huile se présente sous forme d’émulsion ou qu'elles aient formé une nappe d'huile à la surface (huile sur eau). Ces méthodes ne peuvent être détectées que par des concentrations relativement élevées d'huile - généralement 1 ppm pour l'huile dans l'eau et beaucoup plus élevée pour l'huile sur l'eau.

Le détecteur d'huile/ de carburant dans l’eau mesure le changement de réflectance de la surface - l'huile peut mieux réfléchir la lumière que l'eau. Le système nécessite une surface immobile, exempte de poussière ou de feuilles mortes et à l'abri de la lumière directe du soleil.

Les détecteurs d'huile/ de carburants dans l'eau utilisent des techniques de diffusion de la lumière ou de fluorescence et peuvent mesurer des concentrations allant jusqu'à 1 ppm. Cette technique offre une surveillance en ligne 24h / 24 et 7j / 7, mais est susceptible de faux résultats si l'eau a un niveau de turbidité élevé. Les détecteurs nécessitent un entretien et un nettoyage réguliers de la chambre d'échantillonnage, car les particules peuvent obstruer le système.

Il existe heureusement des méthodes plus rentables, plus rapides et plus portables de détection des COV, par exemple les détecteurs à photoionisation (PID) et la technologie électronique du nez (E-NOSE).

Un détecteur à photoionisation (PID) utilise une lampe ultraviolette (UV) pour irradier le gaz entrant. L'énergie UV ionise les molécules, produisant un courant ionique qui est ensuite mesuré. Les PID sont des détecteurs à large bande et ne sont pas sélectifs, car ils ionisent toutes les molécules passant à travers le détecteur, qui ont une énergie d'ionisation similaire à celle de la lampe UV utilisée. L'avantage des PID est qu'ils peuvent donner une mesure rapide sur place des concentrations de COV.

Certains des inconvénients des PID sont :

  • la vapeur d'eau, la condensation, la température et la trempe qui peuvent limiter leurs performances à au mieux 0,1 ppm (dans des conditions contrôlées) mais généralement à 1 ppm.
  • Les PID nécessitent une maintenance et un étalonnage réguliers de la lampe UV, du pilote et du circuit de détection.
  • La cellule doit également être nettoyée régulièrement car la poussière et les microfibres peuvent augmenter la condensation.
  • La procédure d'étalonnage est coûteuse et compliquée et utilise 10 ppm de gaz isobutylène comprimé. (Voir l'annexe IV)

La technologie E-NOSE (nez électronique) utilise un matériau semi-conducteur (oxyde métallique) qui est appliqué sur une substance non conductrice (substrat) entre deux électrodes. Le substrat est chauffé à une température (environ 400 ° C) à laquelle la présence du gaz peut provoquer une modification réversible de la conductivité du matériau semi-conducteur.

  • En l'absence de gaz, l'oxygène est ionisé sur la surface et le capteur devient semi-conducteur.
  • Lorsque des molécules du gaz sont présentes, elles remplacent les ions oxygène, diminuant la résistance entre les électrodes.
  • Ce changement est mesuré électriquement et est proportionnel à la concentration du gaz mesuré

La technologie du nez électronique sert donc à la détection de COV à large bande. Les moniteurs de COV MS1200 sont un exemple de ce type de technologie de capteur.

Cette méthode présente les avantages de :

  1. Haute sensibilité, c'est-à-dire que le moniteur peut détecter des niveaux de concentration de COV jusqu'à 1 ppb.
  2. Les capteurs ont une longue durée de vie et ne nécessitent pas de nettoyage.
  3. Les capteurs se mettent à zéro automatiquement avant chaque mesure d'échantillon pour prendre en compte la dérive du capteur et les effets du vieillissement. Cela se fait en faisant passer de l'air sec et filtré sur les capteurs à chaque cycle d'échantillonnage.
  4. Il y a 2 matériaux filtrants utilisés dans le moniteur, un filtre à poussière, du charbon actif. Ce sont les seuls consommables utilisés dans les systèmes et ne doivent être remplacés que tous les 6 mois.
  5. En raison de la robustesse de la technologie des capteurs, les moniteurs peuvent être déployés en tant que système de surveillance en ligne offrant une détection et une mesure 24h / 24 et 7j / 7.

Une procédure de contrôle de validation a été élaborée ; cette méthode introduit une solution de toluène à 50 ppb dans l'eau, le moniteur échantillonne ensuite le mélange air / vapeur de toluène pour vérifier la réponse.

En résumé

Les PID fournissent une technologie de détection et de mesure rapide sur place des COV, mais ont une sensibilité plus faible et sont plus chers que les E-NOSE. Ils nécessitent également une maintenance accrue, un étalonnage plus fréquent et sont sensibles aux changements d'humidité.

L’usage du nez électronique est une solution rentable, robuste avec une haute sensibilité avec de faibles coûts de maintenance et une couverture de surveillance 24/7. Le seul consommable utilisé est le matériau filtrant, qui ne doit être remplacé qu'une fois tous les 6 mois, accompagné d'un simple contrôle de validation.

Le moniteur MS1200 a maintenant été largement utilisé pour la surveillance de la prise d'eau claire. Il existe également aujourd'hui un certain nombre de sites qui utilisent le moniteur pour la surveillance des émissions industrielles et la détection des COV.

Conclusion

Plusieurs technologies sont disponibles pour détecter les COV dans les rejets industriels. Il a été avancé que la méthode la plus robuste, la plus sensible et la plus efficace utilise des dispositifs E-NOSE à semi-conducteur à détection de gaz, en raison de leur longue durée de vie, de leurs exigences d'étalonnage peu fréquentes et de leur maintenance simple. L'exemple mentionné est le Multisensor MS1200.

Des études de cas ont été présentées pour montrer la facilité avec laquelle un tel instrument peut être déployé et intégré dans le système de contrôle d'urgence / sécurité existant, au sein d'un complexe industriel moderne. Fournissant ainsi à la fois une assurance à l'entreprise qui l'utilise et / ou aux agences de protection de l'environnement, dans lesquelles les rejets sont effectués.

Tableau : Valeur limite de seuil

Ici, vous pouvez voir une partie de la valeur limite de seuil (TLV) pour certains des COV les plus courants. La TLV d'une substance chimique est un niveau auquel on pense qu'un travailleur peut être exposé, jour après jour pendant toute sa vie, sans effets néfastes sur la santé.

COV TLV Point d'ébullition ° C Pression de vapeur à 20 ° C
Benzène 0,5 ppm 80 10kPa
Toluène 50 ppm 111 2.3kPa
Éthylbenzène 100 ppm 136 0.9kPa
Xylène 100 ppm 144 0,91 kPa
Cyclohexane 100 ppm 81 10.3kPa
Essence 300 ppm 20-200 220 kPa (butano)
Acétone 500 ppm 56 24kPa
Alcool isopropylique 200 ppm 83 4.4kPa
Trichloroéthylène 50 ppm 87 7,8 kPa
Tétrahydrofurane 50 ppm 66 19,3 kPa
Méthyle éthyle cétone 200 ppm 80 10,5 kPa
Chlorure de méthylène 50 ppm 40 47,3 kPa
1,1,1-trichloroéthane 350 ppm 74 13.3kPa
Formaldéhyde 0,3 ppm -20 3,46 kPa a 25
Eau n / a 100 2.3kPa