Développement d'un procédé de traitement pour l'enlèvement simultané des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et des métaux des sédiments contaminés.

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.

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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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