Enlèvement des métaux présents dans la fraction fine de sols contaminés par des cendres d’incinération (Ba, Cu, Pb, Sn, Zn) de déchets municipaux.

Snoussi, Rim (2015). Enlèvement des métaux présents dans la fraction fine de sols contaminés par des cendres d’incinération (Ba, Cu, Pb, Sn, Zn) de déchets municipaux. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 229 p.

Prévisualisation

PDF Télécharger (8MB) | Prévisualisation

Résumé

La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce résumé peut être lue en PDF.

La contamination par les métaux lourds est devenue un problème majeur reliée principalement au développement industriel et présentant un risque pour les humains, les ressources biologiques et les écosystèmes. Selon le Ministère du Développement Durable, de l’Environnement, de la Faune et des Parcs, près de 26% des sites contaminés au Québec sont pollués par des métaux et des métalloïdes. La gestion inadéquate des cendres d’incinération des déchets municipaux constituent l’une des sources de ces contaminants inorganiques (As, Ba, Cu, Pb, Sn et Zn) dans les sols contaminés. En effet, les cendres d’incinération ont été utilisées durant 40 ans (entre 1934 et 1970) à Québec dans la construction des rues et dans le remblayage des terres basses, ce qui a entraîné cette importante contamination. La solution traditionnelle consiste en l’excavation et en l’enfouissement des sols pollués dans des sites appropriés. Cependant, dans le cadre du développement durable, le gouvernement encourage le développement de nouvelles technologies pour la décontamination des sols aux prises avec une contamination métallique. L'objectif de cette étude est d’évaluer la performance d’un procédé de décontamination par lixiviation chimique (acide ou basique) de la fraction fine (< 125 µm) de sols pollués par des cendres d’incinérateurs (sol à remblais hétérogène contenant près de 50% de résidus d’incinération), contaminés principalement par du Ba, du Cu, du Pb, du Zn et du Sn. De bons rendements d’enlèvement de l’ordre de 98,6% pour le Ba, de 69,2% pour le Cu, de 71,5% pour le Pb et de 74,2% pour le Zn ont été obtenus par lixiviation acide après 4 h en présence d’acide sulfurique (H2SO4 à 0,45 M) et de chlorure de sodium (NaCl à 3 M) à 25°C (densité de pulpe (DP) = 10%). Cependant, ce procédé s’est avéré peu efficace pour Sn, élément problématique, qui a amené à tester des traitements supplémentaires (combinaison entre lixiviation acide et basique, traitement chimique en présence d’acide chlorhydrique (HCl), séparation magnétique, combinaison entre lixiviation acide et séparation magnétique). La solubilisation de Sn s’est avérée efficace seulement en présence d’une solution de HCl (pH < 0,5) à 75°C, permettant d’obtenir des rendements d’enlèvement entre 75 et 81%. Ce traitement s’avère toutefois très coûteux contredisant les objectifs de cette étude d’identifier une méthode de décontamination efficace et à moindres coûts. Le traitement par séparation magnétique et la combinaison entre la lixiviation acide et séparation magnétique ont été appliquées suite aux recherches sur les sources potentielles de Sn dans les cendres incinération et des observations de la fraction fine du sol CMR28 effectuées au MEB (microscope électronique à balayage). Ces méthodes de traitement n’ont toutefois pas apporté d’améliorations significatives sur l’enlèvement de Sn dont les taux d’extraction n’ont pas dépassés 37%. De plus, des essais de couplage entre la lixiviation acide ([H2SO4] = 0,45 M et [NaCl] = 3 M, DP = 10%, t = 4 h et T = 25°C) et basique ([NaOH] = 0,45 M, DP = 10%, t= 4 h et T = 25°C) ont été testés à une échelle plus importante (200 g de sol dans 2 L de solution de lixiviation) mais ils n’ont pas permis d’améliorer la solubilisation des métaux et surtout de Sn par rapport au traitement en une seule étape par lixiviation acide. Des traitements des effluents obtenus suite à la lixiviation chimique ont été réalisés pour assurer la précipitation des métaux extraits et réduire leurs teneurs jusqu’aux concentrations acceptables aux rejets dans les égouts municipaux de la Ville de Québec. Ces essais de précipitation des métaux sous forme d’hydroxydes à pH = 7 se sont avérés très efficaces, permettant la recirculation des effluents dans le procédé ou le rejet à l’égout pour les villes de Québec et Montréal. Ces travaux de recherche mis en évidence que le traitement par lixiviation acide en une seule étape et en présence de H2SO4 (0,45 M) et de NaCl (3 M) est la meilleure méthode de solubilisation des métaux présents dans la fraction < 125 µm du sol CMR28. Elle a permis de réduire les teneurs de quatre métaux problématiques (Ba, Cu, Pb et Zn) au-dessous de la plage C-D (critères MDDEFP) et de diminuer la teneur en Sn mais pas suffisamment pour atteindre le critère C.

The symbols and special characters used in the original abstract could not be transcribed due to technical problems. Please use the PDF version to read the abstract.

Soil contamination by heavy metals is becoming a major problem mainly related to the industrial development and represents a risk for humans and ecosystems. According to the Ministry of Sustainable Development, Environment, Wildlife and Parks, nearly 26% of contaminated sites in the Province of Quebec are polluted by metals and metalloids. Inadequate management of municipal solid waste (MSW) incineration residues is one source of these inorganic compounds (As, Ba, Cu, Pb, Sn and Zn) in contaminated soils. Indeed, MSW incineration residues have been used for 40 years in the construction of streets and in the filling of lowlands which resulted in a significant contamination of soils. The most common solution consists on the excavation and the landfilling of contaminated soils into appropriate sites. However, in the context of sustainable development, the government of Quebec encourages the development of new technologies for the remediation of soils contaminated by metals. The objective of this study is to evaluate the performances of a decontamination process based on chemical leaching (acidic or alkaline) for the fine fraction (< 125 µm) of soil contaminated by MSW incinerator residues. Good metal removal yields were obtained after the application of a sulfuric acid leaching process ([H2SO4] = 0.45 M, [NaCl] = 3 M, T = 25°C, t = 4 h, pulp density (PD) = 10%) with removal yields up to 98.6% for Ba, 69.2% for Cu, 71.5% for Pb and 74.2% for Zn. However, this method seemed to be inefficient for the removal of tin (Sn). The solubilization of this element is problematic, so additional treatments including a combination of acid and alkaline leaching steps, a chemical treatment in the presence of hydrochloric acid (HCl), a magnetic separation and a combination of acidic leaching steps and magnetic separation were tested. The solubilization of tin was only efficient in the presence of a solution of hydrochloric acid (pH < 0.5) at 75°C; removing 75 and 81% of Sn initially present in the fraction < 125 µm. However, this leaching process is very expensive due to the high costs related to the consumption of hydrochloric acid which is not in accordance with the main objective of this study that is to develop an efficient and economically viable decontamination process. Based on the potential sources of the presence of tin in the MSW incineration residues and the observations made by SEM (scanning electron microscope) on the fine fraction of the soilCMR28, a treatment by magnetic separation or a combination of an acid leaching step and a magnetic separation was performed. However, these treatments did not significantly improve the removal of tin (< 37% removal yield). Moreover, the combination of an acid leaching step ([H2SO4] = 0.45 M, [NaCl] = 3 M, PD = 10%, t = 4 h and T = 25°C) and an alkaline leaching step ([NaOH] = 0.45 M, PD = 10%, t = 4 h and T = 25°C) was tested at a bigger scale (200 g of soil in 2 L of leaching solution). Compared to the acid leaching step, the combination of acid and alkaline leaching steps did not significantly improve the solubilization of metals, especially for tin. The effluents produced during the leaching process contain high amounts of metals and a treatment by precipitation-coagulation is required to allow their discharge into municipal sewers for Quebec City. According to our results, the precipitation of metals as hydroxides at pH = 7 seemed to be very efficient; allowing the recirculation of effluent into the decontamination process or their discharge into the sewer of Quebec City and Montreal. This research highlighted that a single acidic leaching step in the presence of sulfuric acid (0.45 M) and NaCl (3 M) is the best option for the solubilization of metals present in the fraction < 125 µm of the soil CMR28. This decontamination process allowed the reduction of some problematic metals (Ba, Cu, Pb and Zn) below the generic criteria C defined by the Ministry of Sustainable Development, Environment, Wildlife and Parks and a satisfactory reduction of the concentration of tin which is very problematic in the fraction < 125 µm of the soil CMR28.

Type de document:	Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse:	Blais, Jean-François
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Mercier, Guy
Informations complémentaires:	Résumé avec symboles
Mots-clés libres:	sol contaminé; lixiviation acide; précipitation; étain; séparation magnétique
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	19 oct. 2015 19:17
Dernière modification:	17 juill. 2024 19:28
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/2796

Gestion Actions (Identification requise)

Modifier la notice