Méthodes de traitement des sols contaminés par des contaminants inorganiques

Au cours de ces dernières années, plusieurs techniques basées sur des principes biologiques, physiques et/ou chimiques, ont été développées pour favoriser la décontamination de sols contaminés par des composés inorganiques. L’Annexe 2 présente un récapitulatif des technologies développées à ce jour pour traiter des sols contaminés par de l’As, du Cr et/ou du Cu.

1.1.4.3.1 Méthodes physiques d’enlèvement des métaux

Tout comme dans l’industrie minière, les techniques physiques de séparation peuvent être appliquées à la décontamination des sols afin de réduire le volume de sol à gérer (Mercier, 2000). Plusieurs études ont montré l’efficacité des méthodes physiques de séparation pour favoriser l’extraction des métaux présents dans les sols contaminés. Parmi ces méthodes, nous pouvons citer la séparation par milieux denses et les séparateurs gravimétriques incluant la spirale, l’hydrocyclone, le jig ou la Table à secousses (Jobin et al., 2016; Laporte-Saumure et al., 2010; Mercier et al., 2007, 2001; Rikers et al., 1998). L’attrition peut également être utilisée comme technique de séparation mécanique ou comme prétraitement pour améliorer l’efficacité des méthodes de séparation physique (Dermont et al., 2008a,b; Jobin et al., 2016). Lors de l’attrition, des frictions et des collisions peuvent avoir lieu entre les particules elles- mêmes et entre les particules et les hélices et/ou les murs de la cellule. Ces frictions causent l’abrasion et la désintégration des particules fines agglomérées aux particules grossières; permettant la suppression des films épais entourant les particules du sol et la fragmentation des agglomérats (Jiang et al., 2009; Marino et al., 1997). Ces effets produits par attrition délogent les particules fines des particules grossières afin de concentrer les fines particules en petites quantités dans les boues d’attrition contenant les contaminants (Strazisar et Seselj, 1999). Plusieurs paramètres peuvent influencer l’efficacité des procédés d’attrition tels que la densité de pulpe, la température, le nombre d’étapes d’attrition, le temps de rétention, le mode et la vitesse d’agitation (Bayley et Biggs, 2005; Jobin et al., 2015; Metahni et al., 2016; Petavy et al., 2009; Strazisar et Seselj, 1999). La nature et les teneurs initiales en contaminants ainsi que les propriétés physiques et chimiques du sol (Banerji et al., 1993; Charlatchka et al., 2000; Ma et al., 2007) peuvent également influencer les performances des procédés d’attrition.

Williford et al. (1999) ont montré que le pré-conditionnement du sol contaminé par attrition permet de diminuer la concentration du chrome dans toutes les fractions du sol. Marino et al. (1997) ont mis en évidence que l’utilisation de l’attrition préalablement à la Table de Wilfley peut augmenter l’enlèvement de Pb. Bisone et al. (2013a) ont observé une augmentation significative de l’enlèvement du Cu et du Zn de l’ordre de 50% en utilisant l’attrition en amont de la Table de Wilfley sur un sol contaminé par des scories métallurgiques.

1.1.4.3.2 Méthodes chimiques de solubilisation des métaux

Des études ont montré qu'un procédé chimique appliqué en aval des procédés de séparation physique peut être utilisé avec succès pour réduire de manière significative les concentrations en contaminants inorganiques présents, en particulier dans les particules fines des sols (Laporte-Saumure et al., 2010; Lin et al., 2001; Mercier, 2000; Mercier et al., 2002).

Au cours de ces dernières années, les scientifiques ont essayé d'optimiser l'extraction des métaux lourds présents dans les sols contaminés par lixiviation chimique en utilisant différents agents d’extraction. Ces agents chimiques sont utilisés pour transférer le métal du sol contaminé vers la solution aqueuse. L’efficacité d’enlèvement des métaux dépend des propriétés du sol (texture, capacité d’échange cationique (CEC), pouvoir tampon, teneur en matière organique, présence de Fe, de Ca et de calcite), des formes sous lesquelles les métaux sont présents (état adsorbé, particulaire, oxydé) ainsi que les conditions opératoires (pH, vitesse d’agitation, durée et nombre des étapes de lavage, type et concentration d’extractants) (Cao et al., 2003a; Masscheleyn et al., 1999; Mulligan et al., 2001b).

Des agents chélatants tels que l’acide éthylène-diamine-tétraacétique (EDTA), l’acide éthylène- diamine-N-N’-disuccinique (EDDS) ou l’acide acétamido-iminodiacétique (ADA) ont été utilisés pour améliorer la solubilisation des métaux présents dans les sols contaminés (Dipalma et Ferrantelli, 2005; Dipalam et Necozzi, 2007; Finzgar et al., 2005; Peters, 1999; Vaxevanidou et al., 2008). Lee et al. (2004) ont montré que l’utilisation d’EDTA (0,01 à 1,00 M), à l’échelle laboratoire, a permis la solubilisation de près de 65 à 80% de l’As présent dans un sol contaminé. L’utilisation de surfactants et de biosurfactants a également été étudiée, à l’échelle laboratoire, pour l’extraction des métaux présents dans des sols contaminés (Elgh-Dalgren et

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al., 2009; Mulligan et al., 2001b). L’application de la lipoprotéine, un biosurfactant, a permis l’extraction de 96,8% du Cu initialement présent dans un sol contaminé (Rufino et al., 2012). Selon Mulligan et al. (1999), un biosurfactant lipopeptidique est un aussi bon extractant pour le cuivre présent dans des sols contaminés, avec des rendements d’enlèvement de 70%. L’étude, effectuée par Ko et al. (2005), a montré que l’utilisation d’acides inorganiques tels que HCl, H2SO4 et H3PO4 est efficace pour extraire l’As des particules fines (< 0,150 mm) de sols contaminés, avec des rendements d’enlèvement atteignant 63%, 70% et 75%, respectivement. Bassi et al. (2000) ont utilisé l’acide citrique (0,5 M) pour enlever le cuivre et d’autres métaux présents dans des sols contaminés.

Plusieurs études ont montré que des concentrations élevées en ions chlorures dans une solution acide de lixiviation entraîne la formation de chloro-complexes, qui augmente la solubilisation de certains métaux tels que le Pb et le Cu (Guemiza et al., 2014a; Laporte- Saumure et al., 2010; Mercier et al., 1996). Selon Bisone et al. (2012), la solubilisation de Cu en présence de H2SO4 (pH 1,5) a permis l’enlèvement de 88% du Cu présent initialement ([Cu]i = 3 350 mg.kg-1) dans la fraction fine (< 0,125 mm) de sols contaminés. Selon l’étude réalisée par Moutsatsou et al. (2006), des rendements d’enlèvement de près de 73% pour l’As et de 46% pour le Cu ont été obtenus en présence de HCl (6 M). L’étude réalisée par Reynier et al. (2013b) a montré que la solubilisation de l’As est favorable dans des solutions basiques. En effet, après trois étapes de lixiviation de 2 h à 80°C en présence de NaOH (1 M), plus que 77% de l’As initialement présent dans un sol contaminé ont été enlevés. Selon Jang et al. (2007), la ré-adsorption de l'As, sous forme d’arséniate pentavalent, aux composants intrinsèques du sol est limitée dans des conditions basiques.