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Développement d'un procédé de lavage de sol pour le traitement simultané des HAP et du plomb.

Mouton, Julia (2008). Développement d'un procédé de lavage de sol pour le traitement simultané des HAP et du plomb. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 274 p.

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Résumé

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Le XXle siècle, ère du du Développement Durable, marque une prise de conscience de taille : la gestion des déchets et des contaminants générés par l'Homme. Les recherches sur le traitement de matières contaminées sont nombreuses et ce pour diverses matrices (sols, sédiments, boues d'épuration, résidus industriels, etc.) et par divers modes de traitement ex situ ou in situ (biologique, physico-chimique, thermique). Si beaucoup de procédés de traitement de sols contaminés se voient commercialisés de par le monde, très peu proposent un traitement simultané de contaminants organiques et inorganiques. Ce projet cible des contaminants hautement toxiques (HAP et plomb), aux propriétés fondamentalement différentes, et se place au coeur d'une problématique contemporaine: dépolluer à moindre coût. Le défi scientifique inhérent au projet résulte des différences fondamentales des propriétés des contaminants visés (organiques et inorganiques) ainsi que dans l'hétérogénéité de distribution des contaminants organiques au sein de la matrice. Les seuils réglementaires définis dans ce projet comme seuils de référence relatifs à la qualité des sols, sont les seuils établis par la politique de protection et de réhabilitation des terrains contaminés du Québec. L'objectif ultime de ce projet concerne le développement d'un procédé de traitement de sols contaminés par des HAP et du plomb, de manière simultanée au sein d'un même réacteur, qui soit simple, fiable, économiquement applicable, et propre. Ainsi, des essais de lavages mixtes ont été entamés, faisant apparaître deux filières potentiellement intéressantes, soient: CAS + EDTA et CAS + NaC1 à pH 3. Seule la filière utilisant NaCI a été retenue pour la suite des essais, menés en cellule de flottation. De l'ensemble des essais réalisés, l'idée d'un procédé mixte HAP/Pb se dessine en flottation sous des conditions standards d'opérations (CstdO : ST = 10%, [CAS] = 0,2% p/p, [NaC1] = 5,5M, pH = 3, tflottation = 15 min, Qflottation = 3 L/min, vitesse d'agitation = 1 800 tours/min, T = 20°C, n = 1). L'optimisation du procédé autour de ces paramètres mène à considérer ces conditions, comme les conditions optimales de flottation (CoptF). L'optimisation du procédé de flottation a permis de développer une technologie capable de décontaminer simultanément des sols présentant des contaminations mixtes (de type HAP/Pb). Sous les conditions de flottation définies comme optimales, la manipulation du nombre de flottation appliqué (n), permet d'abaisser les teneurs en contaminants à des concentrations acceptables aux yeux de la législation de référence. Ainsi, plus la matrice d'entrée est contaminée, plus l'objectif d'abaissement des seuils de contamination aux seuils réglementaires, nécessite l'addition d'un nombre n croissant de flottations successives. Lors du développement de cette technologie de «soil washing» par flottation, trois phases distinctes apparaissent: la sélection de conditions mixtes optimales pour la solubilisation et la séparation des contaminants, l'optimisation du procédé retenu et traitement des effluents générés, l'optimisation du procédé avec traitement et recirculation des eaux de procédé. Une démarche originale de cette recherche réside dans l'étude du comportement des surfactants amphotères, dans cette application de traitement des sols contaminés par lavage. Ainsi, deux surfactants de type sultaine (CAS) et betaine (BW) issus d'acides gras de noix de coco sont testés quant à leur potentiel de solubilisation des HAP et des métaux (Pb). Au regard des résultats obtenus dans ce projet pour le CAS, l'idée d'utiliser des surfactants amphotères, à des fins environnementales de décontamination, est maintenue et vivement encouragée. Le potentiel d'utilisation de surfactants amphotères en procédé de traitement de sols contaminés est démontré avec une efficacité de 46 ± 2% sur la somme des HAP. Cependant, et comme pour tout surfactant, la nature des groupements amphotères présents sur la tête sont à l'origine de sa balance hydrophile-lipophile, et donc de son comportement en solution. Ainsi, si le cocamydopropylhydroxysultaine (CAS), présentant un groupement R-(CH3)2N+-CH2CHOHCH2- S03-, s'est avéré efficace, le cocamydopropylbetaine BW, présentant un groupement R-(CH3)N+-CH2CH2-COO-, n'a montré aucun potentiel de solubilisation des HAP aux concentrations testées. Enfin, une deuxième particularité de cette étude concerne le traitement des effluents générés, et rapporte que si le procédé développé permet d'atteindre un sol en fin de fin de procédé respectant les seuils réglementaires en vigueur, il traite également ses effluents avec un taux de récupération du plomb supérieur à 90% en 60 minutes de traitement électrochimique par électrodéposition. Toutefois, la non-reproductibilité d'efficacité du procédé pour l'enlèvement des HAP, lors de re-circulations des eaux, mène à reconsidérer la qualité des eaux en sortie d'électrochimie. Ainsi, la formation d'acide hypochloreux, par oxydation durant le traitement électrochimique, a pu être mise en évidence et confirme la dégradation (ou inhibition) du surfactant (dans ses propriétés de solubilisation), lors de la re-circulation des eaux de procédé. À ce stade d'optimisation, si le procédé de traitement des sols est fiable, le procédé de traitement des effluents faillit. En fait, les émissions de gaz dangereux (C12) occasionnés par l'oxydation des eaux de procédé lors du traitement par électrodéposition mène à reconsidérer l'utilisation même de l'électrochimie pour le traitement de ces effluents. Un essai en précipitation chimique est proposé au sein de ce projet. Des réactions compétitives interviennent au cours de la précipitation chimique et cette étape reste, à ce stade, bien que non optimisée, prometteuse.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Mercier, Guy
Co-directeurs de mémoire/thèse: Blais, Jean-François
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: lavage de sol; HAP; plomb; décontamination
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 23 nov. 2012 20:10
Dernière modification: 25 nov. 2015 14:30
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/463

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