Palakkeel Veetil, Dileep
(2013).
Développement d'un procédé de traitement pour l'enlèvement simultané des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et des métaux des sédiments contaminés.
Thèse.
Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 228 p.
Résumé
L'augmentation du volume de dragage des sédiments contaminés nécessite le développement
de nouvelles techniques de traitement capables de réutiliser les sédiments traités dans une
démarche environnementale. En se référant à de nombreuses techniques de décontamination
des sédiments, il apparaît que très peu de techniques sont capables d'éliminer, de manière
simultanée, des polluants organiques et inorganiques, tandis que la majorité de ces techniques
sont spécifiques à un ou plusieurs contaminants. Le but de cette étude est de développer un
procédé de traitement de séparation physique visant à séparer simultanément le cuivre et les
hydrocarbures aromiques polycycliques (HAP) présents dans les sédiments. Ce procédé devra
être applicable et économiquement viable pour traiter la contamination l'échelle réelle. De plus,
les sédiments traités devront répondre aux critères du Ministère du Développement Durable de
l'Environnement et des Parcs du Québec (MDDEP) afin d'être réutilisés pour un usage
industriel. Dans cette étude, l'efficacité du traitement et de la réutilisation des sédiments traités
a été évaluée en fonction de la politique québécoise de la protection des sols du MDDEP.
Dans un premier temps, la caractérisation et l'analyse minéralogique des échantillons de
sédiments ont été effectuées de manière à estimer les caractéristiques des sédiments et des
contaminants et donc de décider des techniques de traitement appropriées. Il est apparu que
des échantillons de sédiments ont été potentiellement contaminés par du Cu (au dessus de la
limite réglementaire du Québec pour une utilisation industrielle d'un site critère-C de 500 mg Cu
kg⁻¹). Dans les sédiments étudiés, le Cu est présent sous forme de sulfures de cuivre
hydrophobes, principalement de la chalcopyrite (CuFeS₂). La filière sélectionnée utilise les
techniques de flottation, la table Wilfley et la colonne classification hydraulique comme
principales techniques de séparation.
La flottation a été sélectionnée pour séparer le Cu et les HAP dans la fraction <250 µm. Dans
un premier temps, des essais ont été réalisés afin d'établir les conditions optimales de flottation.
Les conditions optimales établies à température ambiante sont: une vitesse du rotor de
1000 rpm, une concentration de KAX (potassium amyl xanthate) de 1.2 g kg⁻¹sec, une
concentration de MIBC (methyl isobutyl carbinol) de 0.18 g kg⁻¹ sec, une DP (densité de pulpe)
de 10% p p⁻¹, un pH de pulpe de 6 et un debit d'aération de (4 m³ h⁻¹). En combinant ces
conditions optimales avec trois étapes successives de flottation de 40 minutes sur trois
échantillons de sédiments différents, une élimination significative est obtenue sur les deux
contaminants visés: le Cu (61-70%) et les HAP (75-83%) avec des récupérations acceptables
de mousse d'environ 23-29%. Les taux d'élimination des autres métaux sont de l'ordre de: As
(48-61 %), Pb (40-48%) et Zn (32-36%).
Par ailleurs, le caractère hydrophobe des sulfures de cuivre et des HAP permet leur flottation
sélective (basé sur les facteurs de concentrations) par rapport aux autres métaux. Après trois
étapes consécutives de flottation la concentration en Cu a diminué en dessous du 500 mg kg-1.
Les résultats obtenus après flottation révèlent l'efficacité de cette technique de traitement pour
séparer les métaux et les HAP de manière simultanée à partir de fractions de sédiments fins.
Comme la fraction fine (<250 µm) traitée par flottation représente une part importante (70 à
90%) des sédiments, la flottation apparaît comme une technique appropriée pour traiter les
sédiments étudiés. L'estimation des coûts de produits chimiques nécessaires à la flottation sont
d'environ 7.22 $US par tonne de sédiments. L'étude des performances de flottation sur des
particules de taille différente a montré une affinité pour la flottation sélective du Cu sur la
fraction granulométrique intermédiaire (53 à 125 µm) avec une faible sélectivité envers les
fractions fines (<20 µm) en raison de leur entraînement dans les mousses de flottation.
Suite aux bons résultats d'enlèvement du Cu et des HAP par flottation, la réutilisation des eaux
usées générées pendant le procédé de flottation a été étudiée et la recirculation de l'eau après
chaque étape de flottation a été mise en place.
Dans un deuxième temps, le traitement de la fraction de sédiments compris entre 250 et
2000 µm a été réalisé sur la table de Wilfley (technique gravimétrique) sous certaines conditions
opératoires. Pour les contaminants organiques les conditions retenues sont: une DP 20% P p⁻¹,
un taux d'alimentation de 200 g L⁻¹ min⁻¹, un débit d'eau de rincage de 8 L min⁻¹, un débit d'eau
primaire de 3.5 L min⁻¹ et un débit d'eau additionnel de 3.5 L min⁻¹. Cette étape de traitement a
permis une élimination significative des HAP (64-69%) sans observer toutefois une élimination
des métaux.
Enfin, le traitement de sédiments de la fraction >2 mm a été réalisé par une unité de colonne de
séparation physique par classification hydraulique. Cette fraction est principalement composée
de particules de sable grossier, de détritus organiques et des particules de charbon. La colonne
de séparation physique a permis un enlèvement des HAP de l'ordre de 79 à 94% avec une
proportion de sédiments traités entre 26 à 89%.
Dans l'ensemble, le processus de séparation physique utilisé pour cette étude de
décontamination permet de traiter 74 à 75% de sédiments avec des concentrations en Cu en
dessous de la norme réglementaire mis en place au Québec pour permettre l'utilisation d'un sol
à des fins industrielles ou commerciales.
En outre, le traitement des sédiments a permis un enlèvement des HAP de l'ordre de 70-80%,
et du Cu de 60-65%. L'étude économique révèle un coût de traitement d'environ 50 $US par
tonne de sédiments contaminés pour une usine traitant 48 000 t an⁻¹.
Type de document: |
Thèse
Thèse
|
Directeur de mémoire/thèse: |
Mercier, Guy |
Co-directeurs de mémoire/thèse: |
Blais, Jean-François |
Mots-clés libres: |
hydrocarbure aromatique polycyclique; HAP; métal; sédiment; contamination; décontamination; cuivre; flottation |
Centre: |
Centre Eau Terre Environnement |
Date de dépôt: |
13 janv. 2014 19:08 |
Dernière modification: |
29 sept. 2020 15:29 |
URI: |
http://espace.inrs.ca/id/eprint/1759 |
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