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Décontamination des sols pollués par des métaux, du pentachlorophénol et des dioxines et furanes.

Reynier, Nicolas (2012). Décontamination des sols pollués par des métaux, du pentachlorophénol et des dioxines et furanes. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 284 p.

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Résumé

Le Canada, comme beaucoup de pays industrialisés, possèdent de nombreux sites de stockage de bois traité fortement contaminés par des polluants organiques (pentachlorophénol (PCP), dioxines et furanes (PCDDF) et inorganiques (As, Cu et Cr). Il n'existe pas actuellement de technologies capables de décontaminer efficacement et, à des coûts raisonnables, ce type de contamination mixte. Étant donné l'absence de technologies appropriées, les approches retenues ont été la stabilisation chimique ou solidification, ou encore, l'excavation et l'enfouissement des sols contaminés. Or, ces approches sont, à tout le moins, fortement discutables d'un point de vue environnemental et sont d'ailleurs proscrites dans bien des situations. La décontamination et la protection des sols et des terrains contaminés apportent de nombreux avantages pour le Canada à la fois économique et politique (réduction de la part des terrains contaminés inscrits au déficit budgétaire), écologique (préservation de l'environnement et réduction des déchets associés à certaines filières de traitements) et sanitaire en raison de la toxicité des contaminants. La réalisation de ce doctorat a permis de mettre à jour les connaissances théoriques et techniques requises pour amener, à l'échelle industrielle, une nouvelle technologie simple (solubilisation conjointe des métaux et des polluants organiques), sécuritaire (utilisation de produits chimiques inoffensifs, réutilisation des eaux de procédé) et performante (capable de réduire les teneurs en contaminants sous le seuil du critère C du Gouvernement du Québec) de décontamination de sites. Les recherches effectuées ont permis d'identifier deux filières technologiques efficaces pour l'enlèvement des métaux (As, Cr et Cu) et du PCP à partir de quatre sols présentant des teneurs variables de ces contaminants. Les teneurs en PCDDF de ces sols sont également à des concentrations supérieures au critère C voir au critère D de la réglementation du Québec. Les quatre sols étudiés proviennent de trois sites de stockage de bois traité en cours ou en projet de réhabilitation. Les teneurs mesurées en polluants dans ces quatre sols se situent dans les gammes suivantes: 50 à 250 mg As/kg, 35 à 220 mg Cr/kg et 80 à 350 mg Cu/kg, 2 à 30 mg PCP/kg et 1 300 à 6 500 ng TEQ-PCDDF/kg. Les deux procédés (flottation acide et lixiviation basique) ont été comparés pour décontaminer chacun des quatre sols présentant des contaminations variables en métaux et en PCP. Les essais ont été réalisés avec des masses de 100 g de sol (fraction 0 - 2 mm) en bécher de 2 L ou en cellule de flottation. La flottation du sol en milieu sulfurique pendant 1 h à 60°C avec trois cycles de flottation en utilisant le surfactant cocamidopropylbétaine (BW) à 1 % a permis de solubiliser les métaux avec des rendements moyens respectifs pour le Cr, le Cu et l'As de 51, 85 et 90%. Les teneurs finales en métaux dans les sols étaient inférieures au critère B. Le PCP a été solubilisé du sol à un rendement moyen pour les quatre sols de 62%. D'un autre côté, la lixiviation basique des sols pendant 2 h à 80°C a permis de solubiliser le Cr, le Cu et l'As avec des rendements moyens respectifs de 32, 60 et 77%. Trois des quatre sols avaient des teneurs en métaux inférieures au critère B après traitement. Pour le PCP, le rendement moyen pour les quatre sols était de 87%. Les teneurs des quatre sols étaient inférieures au critère C et relativement proches du critère B. Par la suite, la performance des deux procédés chimiques a été évaluée pour l'enlèvement des PCDDF à partir des sols contaminés. Les conditions opératoires du procédé le plus performant pour l'enlèvement simultané des métaux, PCP et PCDDF ont été optimisées et la récupération des polluants par différentes techniques de précipitation, adsorption et d'échange ionique a été étudiée. La réutilisation en continu des eaux de procédé et l'évaluation technico-économique du procédé ont également été réalisées. L'optimisation du procédé de lixiviation basique par la méthodologie des plans d'expériences a permis la décontamination des quatre sols avec des teneurs finales en As, en Cr, en Cu, en PCP et en PCDDF inférieures au critère C (excepté pour les PCDDF de l'un des quatre sols). Plusieurs modes de traitement ont été étudiés dans le but de pouvoir rejeter ces effluents dans les égouts ou de pouvoir les recycler dans le procédé de décontamination sans risque de perte d'efficacité. Les résultats ont permis de montrer l'efficacité du traitement par précipitationcoagulation avec des teneurs finales en arsenic et PCP inférieures à 1 mg/L et en chrome et cuivre à 5 mg/L. Un traitement par échange ionique avec une résine fortement cationique suivi par une adsorption sur charbon actif a permis l'élimination de plus de 99 % du PCP. Le coût de ce traitement est cependant relativement élevé, 240 - 364 $/tst par rapport au traitement par précipitation-coagulation qui est évalué à 76 $/tst. Afin de réduire les coûts de décontamination des sols, des essais ont été réalisés afin d'évaluer l'applicabilité de ce procédé en contre-courant avec recirculation des effluents. La décontamination des sols en contre-courant a permis de réduire les coûts de traitement à 292 $/tst sans perte d'efficacité. Ces résultats sont très encourageants et permettent d'envisager une application industrielle de ce procédé après son étude à l'échelle pilote.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Blais, Jean-François
Co-directeurs de mémoire/thèse: Mercier, Guy
Mots-clés libres: décontamination; contamination; sol; pollution; métaux; arsenic; chrome; cuivre; pentachlorophénol; dioxines; furanes; PCP; PCDDF; granulométrie
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 05 déc. 2013 14:42
Dernière modification: 17 mars 2016 18:10
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1748

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