1.7.1 Dégradation électrochimique des HAP dans la solution de créosote en utilisant l’anode déployée de titane recouverte d’oxyde de ruthénium
Dans cet article, l’électrode de titane (Ti) recouverte d’oxyde de ruthénium (RuO2) a été utilisée pour procéder à l’oxydation anodique des HAP contenus dans la solution de créosote. La solution synthétique de créosote était préparée à l’aide d’une surfactant amphotère de cocamidopropylhydroxysultaine (CAS). L’électrolyse a été effectuée en utilisant une cellule parallélépipédique d’une capacité de 1.5 L constituée d’une série d’électrodes rectangulaires soit cinq anodes (Ti/RuO2) et cinq cathodes (Inox) placées en position stables et verticales. Les conditions optimales ont été évaluées en mesurant l’influence du pH initial, de la température, du temps de rétention, de l’intensité du courant, de la concentration initiale de l’électrolyte et de la concentration initiale en HAP. Les résultats expérimentaux ont montré qu’une intensité de 9.23 mA cm-2 appliquée pendant 90 min permettait de diminuer de 80 à 82% les concentrations totales en HAP. L’ajout de Na2SO4 dans la solution n’a pas amélioré l’efficacité d’enlèvement en HAP mais l’addition de 500 mg L-1 de Na2SO4 a réduit la consommation d’énergie et le coût de traitement. D’autre part, la réduction des HAP n’était pas influencée par la concentration initiale de ceux-ci pour la gamme testée (270 à 540 mg HAP L-1). Un milieu alcalin ne favorisait pas non plus l’oxydation des HAP, alors que les meilleures réductions des HAP étaient obtenues sans ajustement du pH (pH original autour de 6.0). De plus, en conditions optimales, le taux d’élimination des hydrocarbures pétroliers (C10-C50) se situait autour de 84% et des rendements d’enlèvement de la DCO de 62% et des huiles et graisses (H&G) de plus de 65% ont également été obtenus. La toxicité a été évaluée sur la mesure de la létalité aiguë du crustacé Daphnia
magna et sur la bactérie luminescente Vibrio fischeri. Une réduction de la toxicité de 91% sur le
crustacé Daphnia magna et de 80% sur la bactérie Vibrio fischeri a aussi été enregistrée.
1.7.2 Oxydation électrolytique des HAP dans la solution de créosote en utilisant l’anode déployée de titane recouverte d’oxyde d’iridium et d’oxyde d’étain
Cet article traitait du traitement de la solution synthétique de créosote contenant des HAP par l’utilisation d’anodes en Ti/SnO2 et Ti/IrO2 déployées sous forme circulaire ou concentrique. La solubilisation des HAP de la solution de créosote était réalisée par ajout d’un surfactant amphothère (CAS). Les autres paramètres d’opération optimisés étaient la densité de courant, le temps de réaction, le débit de recirculation et le débit d’injection de l’oxygène. La première série d’essais en mode de circuit fermé a montré que l’anode circulaire de Ti/SnO2 était plus efficace que l’anode circulaire ou/et concentrique de Ti/IrO2. La densité de courant et le temps de rétention ont joué un rôle important dans la dégradation des HAP, alors que le débit de recirculation et le débit d’injection de l’oxygène n’ont eu qu’une influence légère. Les meilleures rendements de dégradation des HAP (80-84%) ont été obtenus lorsque la densité de courant était de 15 mA cm-2 pendant une période de 90 min de traitement pour un débit de recirculation de 3.6 L min-1 sans injection d’oxygène dans le système. De plus, les essais en circuit fermé ont montré que la décomposition de HAP suit une réaction de premier ordre avec une constante (k) de 0.0015 min-1. La consommation d’énergie était de 7.5kWh m-3. Les essais effectués en mode continu ont permis d’enregistrer un taux d’enlèvement de 80% pour une période de 18 h de traitement. Par la suite, l’efficacité a diminué en raison de la formation de composés organiques à la surface des électrodes.
1.7.3 Comparaison entre le procédé Fenton et le procédé d’oxydation électrochimique pour élimination des HAP dans une solution de surfactant amphotérique
La décomposition d’HAP dans une solution synthétique de créosote et présentes dans des matrices contenant respectivement du NAP et du PYR a été étudiée en présence d’une solution de surfactant amphotérique (Cocoamidopropyl hydroxysultaïne, CAS). Un traitement d’oxydation électrochimique a été comparé au traitement d’oxydation avancée utilisant le réactif de Fenton. Le traitement électrochimique a été effectué grâce à une cellule parallélépipédique de 1.5 L de capacité comprenant cinq électrodes anodiques de Ti/RuO2 et cinq électrodes cathodiques en acier inoxydables (SS), lesquelles étaient disposées de telle sorte qu’une anode était immédiatement suivie d’une cathode. Le procédé de Fenton était appliqué dans des fioles Erlenmeyers en verre de 500 mL de capacité dans lesquels des réactifs (H2O2 et Fe2+) ont été ajoutés. L’application du traitement d’oxydation électrochimique permettait de réduire jusqu’à 82% la concentration totale en HAP en imposant une densité de courant de 9.23 mA cm-2 et un pH de 4.0 ou 7.0 pendant une période de temps de 90 min. Par comparaison, les meilleurs résultats (46% d’enlèvement des HAP) en appliquant le procédé Fenton ont été obtenus en imposant un ratio molaire H2O2/Fe2+ de 11 (avec 1.7 mol Fe2+ L-1) et un pH autour de 4.0. Les taux de dégradation par voie électrolytique de NAP et PYR en solutions synthétiques individuellement préparées étaient quasiment similaires à ceux enregistrés lors du traitement de la solution de créosote, alors que 46% d’abattement de DCO était obtenu en traitant soit la solution de NAP ou de PYR.
La dégradation par voie électrolytique de NAP et PYR suivait une réaction cinétique du premier ordre avec des constantes cinétiques (k) de 0.015 min et 0.011 min-1, respectivement. L’analyse par chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse a permis d’identifier les sous-
produits de dégradation. Le NAP était principalement transformé par effet direct de l’électrolyse, notamment par les radicaux libres. Le naphthalenedione et naphtoquinone sont successivement formés. Le naphtoquinone peut davantage subir une transformation successive afin d’obtenir une ouverture de cycle aromatique. Par comparaison, le PYR est principalement transformé en chloropyrene suivi de la ré-aromatisation et de la formation du benzo(c)cinnolin, 2-chloro. Le benzo(c)cinnolin, 2-chloro peut par la suite être oxydé pour former le sulfonyl-bis (2- nitriloxidophenyl).
1.7.4 Traitement combiné des déchets dangereux contaminé en HAP par flottation avec surfactant suivie d’une dégradation électrochimique
L’objectif de cet article était d’évaluer la décontamination de déchets contenant des HAP (déchets d’aluminerie et de sols) en utilisant un procédé combiné comprenant l’enlèvement des HAP par flottation avec un surfactant et le traitement des mousses produites par voie électrochimique. La première partie du traitement consistait à extraire les HAP à l’aide d’un surfactant amphotère (CAS, 0.2 % (p p-1)) dans une cellule de flottation du type Denver contenant 9.1% (p p-1) de densité de pulpe. Ce traitement par flottation permet de recueillir des concentrés chargés en HAP. Une suspension de 1.0 à 2.0% ST de ces concentrés a été préparée et transférée dans une cellule parallélépipédique électrolytique (19 cm de haut, 12 cm de long et 12 cm de large). La cellule électrochimique était constituée d’une série d’électrodes rectangulaires (cinq anodes en Ti/RuO2 et cinq cathodes en acier inoxydable 316) placées en position stables et verticales et individuellement connectées au générateur de courant. Des intensités de courant variant entre 4.6 et 18.5 mA cm-2 ont été testées en l’absence et en présence d’électrolyte Na2SO4 (0.1 à 0.5 g L-1). Les meilleurs résultats ont été obtenus en imposant une
densité de courant à 9.2 mA cm-2 pendant une période de 90 min pour une densité de pulpe de 2.0% contenant 0.25 g L-1 de Na2SO4. L’application de ce procédé sur les déchets d’aluminerie (concentration initiale de 3 424 mg kg-1 en HAP) a permis l’extraction par flottation de 42% des HAP suivie de la dégradation à 50% de ceux-ci par oxydation électrochimique. En comparaison, l’application du procédé sur les déchets de sols (concentration initiale de 1 758 à 4 160 mg kg-1 en HAP) a permis d’enregistrer un taux d’extraction compris entre 44 et 60%. La dégradation subséquente par électro-oxydation des concentrés de mousse de sols a permis d’obtenir des taux d’abattement en HAP se situant entre 21 et 55%. Finalement, les coûts totaux (incluant les coûts en énergie et en électrolyte) enregistrés pour les conditions optimisées se situaient entre 99 et 188 $CAN tm-1 de résidus traités, comparativement à des coûts de 300 à 600 $ tm-1 habituellement requis pour la gestion de ce type de résidus par enfouissement dans des sites spécialisés.