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Décontamination de déchets de bois traité à base de composés cuivrés en vue de leur revalorisation.

Coudert, Lucie (2013). Décontamination de déchets de bois traité à base de composés cuivrés en vue de leur revalorisation. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 320 p.

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Résumé

Soumis aux conditions extérieures, le bois est sujet à la dégradation en raison des possibles attaques menées par les organismes vivants (microorganismes, champignons, insectes) ainsi que par les rayons UV du soleil. Depuis de nombreuses années, le cuivre est utilisé comme agent de préservation pour retarder ou empêcher cette dégradation. Depuis les années 1970, l'Arséniate de Cuivre Chromaté (ACC) est l'un des agents de préservation du bois les plus répandus à travers le monde. Depuis son interdiction de commercialisation à des fins résidentielles en 2004 en Amérique du Nord, d'autres agents de préservation à base de composés cuivrés ont vu le jour: Cuivre alcalin quaternaire (CAQ), Azole de cuivre (AC) et Cuivre micronisé (MiCu : MCA (co-biocide = azole) ou MCQ (co-biocide = amine quaternaire))" De nos jours, les modes de gestion prépondérants des déchets de bois traité sont l'enfouissement et l'incinération. Au cours de ces dernières années, la gestion des déchets de bois traité est devenue un challenge environnemental et politique en raison des risques de lixiviation des métaux lors de l'enfouissement et de l'émission de gaz toxiques ainsi que la production de cendres contaminées en métaux lors de l'incinération. Le durcissement des réglementations ainsi que l'augmentation des coûts liés à ces modes de gestion encourage le développement de nouvelles filières de traitement des déchets de bois traité orientées vers le recyclage et la valorisation. Plusieurs technologies de remédiation des déchets de bois traité basées sur des procédés physiques, biologiques et/ou chimiques ont été testées en laboratoire. La réalisation de ce projet de recherche a permis d'approfondir les connaissances théoriques et techniques requises pour développer une technologie de remédiation des déchets de bois traité en vue de son application à une échelle industrielle. Selon les résultats obtenus, le procédé de remédiation développé s'avère performant (capable de réduire les teneurs en contaminants dans les déchets de bois traité à un niveau acceptable pour une valorisation), robuste (applicable aux différents déchets de bois traité à l'ACC, au CAQ, à l'AC et au MCQ) et économique (utilisation de produits chimiques peu coûteux, recirculation des eaux de procédé). Les teneurs en métaux mesurées dans les différents échantillons de bois traité se situent dans les gammes suivantes: 4 170 à 7740 mg As.kg⁻¹, 4330 à 9570 mg Cr.kg⁻¹ et 2840 à 5740 mg CU.kg⁻¹ pour les bois traités à l'ACC et 1 190 à 6430 mg CU.kg⁻¹ pour les bois traités au CAQ, à l'AC et au MCQ. Les essais effectués, à l'échelle laboratoire, sur les différents déchets de bois traité à l'ACC ont permis d'observer l'influence de la teneur initiale et du temps écoulé entre l'application del'agent de préservation et la remédiation sur l'efficacité du procédé de solubilisation des métaux. Ces essais ont également permis de définir les conditions optimales de solubilisation des métaux en termes d'efficacité et de coûts opératoires pour chacun des déchets de bois traité à l'ACC étudiés. La lixiviation acide des déchets de bois traité à l'ACC pendant 2 h à 75°C en présence d'acide sulfurique (0,2 à 0,5 N) avec trois cycles de lixiviation permet l'enlèvement de plus de 87% de l'As, 70% du Cr et 76% du Cu. Par la suite, ce procédé de remédiation a été appliqué aux agents de préservation du bois de remplacement, à savoir les bois traités au CAQ, à l'AC et au MCQ afin d'évaluer l'efficacité de solubilisation du cuivre. L'optimisation du procédé de lixiviation chimique par la méthodologie des plans d'expériences a permis d'optimiser, en termes d'efficacité de solubilisation du cuivre et des coûts opératoires, les différents paramètres inhérents à ce procédé: concentration en acide sulfurique, température, nombre et durée des étapes de lixiviation. La lixiviation acide des bois traités au CAQ, à l'AC et au MCQ pendant 2 h 40 min à 20°C en présence d'acide sulfurique (0,13 N) avec trois cycles de lixiviation permet la solubilisation de 90 à 93% du cuivre. Divers procédés chimiques de traitement des effluents ont été étudiés afin de permettre le rejet des effluents dans les égouts ou leur recirculation dans le procédé de remédiation sans perte d'efficacité. Le traitement par précipitation-coagulation en présence de chlorure ferrique et d'hydroxyde de sodium (pH 7) s'avère très performant avec des teneurs finales inférieures à 1 mg As.L⁻¹, 5 mg Cr et CU.L⁻¹ et des coûts estimés à 10,2 $CAN.m⁻³. Les essais de récupération du cuivre par électrodéposition à 3 A pendant 90 min ont permis de déposer 87% du Cu présent dans les effluents. Le traitement par échange ionique sur une résine chélatante (Dowex M4195) a permis, quant-à-Iui, la récupération de 99% du Cu présent dans les effluents à l'échelle pilote. Pour réduire les coûts du procédé de lixiviation chimique, des essais de remédiation ont été réalisés en contre-courant avec recirculation des effluents. Les résultats ont permis de montrer l'applicabilité d'un tel procédé en contre-courant sans perte d'efficacité de solubilisation des métaux. La remédiation des déchets de bois traité en contre-courant permet de réduire les coûts de remédiation à 270 CAN $.tbt⁻¹, soit une réduction de 68%. Les résultats encourageants de remédiation des bois traités ont encouragé le développement d'une échelle pilote (12 kg de bois). La performance, la reproductibilité ainsi que la robustesse du procédé de remédiation ont été étudiées à l'échelle pilote sur l'ensemble des déchets de bois traité avec des rendements de solubilisation avoisinant 98% pour As, 89% pour Cr et 95% pour Cu.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Blais, Jean-François
Co-directeurs de mémoire/thèse: Mercier, Guy; Cooper, Paul
Mots-clés libres: valorisation des déchets; bois traité; composés métalliques; métaux; décontamination; cuivre alcalin quaternaire; azole de cuivre; cuivre micronisé alcalin quaternaire; arséniate de cuivre chromaté
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 27 août 2013 14:33
Dernière modification: 12 nov. 2015 19:42
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1457

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