Sorption des cyclodextrines sur la résine

Le principe de l’épuration étant de fixer sélectivement les HAP sur la résine, à l’exclusion des cyclodextrines qui doivent être recyclées, une mesure de l’adsorption de ces dernières sur la colonne de résine a été réalisée. La figure 115 montre la concentration en HPCD du flux sortant des colonnes de résine en fonction du volume élué :

10 20 30 40 50 0 50 100 150 200 250 300 350 Volume élué (mL) C o n c e n tr a ti o n e n H P C D (g .L -1 ) Colonne 1 Colonne 2 Colonne 3 Colonne 4

Figure 115 : Concentration en HPCD en sortie des colonnes de résine (concentration du flux entrant : colonnes 1 à 3 : 30 g.L-1, colonne 4 : 50 g.L-1)

La figure 115 permet de constater que la résine adsorbe les cyclodextrines, car la concentration en sortie de colonne est très inférieure à celle d’entrée au début de l’élution. Toutefois après 200 mL, la résine est saturée en cyclodextrine et la concentration de sortie est égale à celle d’entrée. Ainsi des colonnes contenant 15,6 g de résine fixent entre 0,67 et 0,80 g de HPCD quand le flux entrant est à 30 g.L-1 et 1,00 g quand il est à 50 g.L-1. Cela n’empêchant pas la fixation des HAP, plusieurs hypothèses peuvent être avancées : soit les cyclodextrines restent adsorbées sur la résine et complexent les HAP en solution ce qui les retient donc sur la résine, soit la différence d’affinité pour la résine est suffisante pour que la compétition d’équilibres d’adsorption provoque la désorption des cyclodextrines au profit de l’adsorption des HAP. Cette dernière hypothèse sera privilégiée compte tenu de

l’hydrophobicité des HAP et de l’hydrophilie des cyclodextrines, bien que la quantification des cyclodextrines adsorbées sur la résine après saturation en HAP n’ait pas été effectuée. L’adsorption des cyclodextrines serait dans cette hypothèse facilement réversible.

Le phénomène de sorption des cyclodextrines sur la résine, bien qu’existant, n’apparaît donc pas comme une gêne majeure pour le traitement des effluents de lavage de sols, puisqu’elle ne semble pas empêcher la fixation des HAP et qu’elle ne peut engendrer qu’une baisse très limitée de la concentration en cyclodextrine du flux épuré au vu des volumes de travail.

4. Conclusion

L’étude de l’extraction des HAP des sols par lixiviation de colonne conduit à des résultats sensiblement différents de ceux obtenus à l’équilibre. La différence de comportement entre les différents sols se retrouve exacerbée. Ainsi le sol SITA donne des résultats satisfaisants et un taux d’abattement d’environ 80 % à la fin de l’expérience (3,7 L de HPCD à 20 g.L-1), tandis que les autres sols donnent des résultats médiocres, le sol CNRSSP2 présentant tout de même un abattement absolu assez intéressant (environ 1700 mg.kg-1 de HAP en moins, après élution de 4,7 L de HPCD à 30 g.L-1). Le dispositif expérimental, malgré ses défauts d’écoulement, ne peut expliquer qu’une partie des faibles performances obtenues sur certains sols.

La comparaison entre les différents échantillons permet de montrer l’importance de la nature du sol et de la pollution, cause de la différence des résultats entre les divers essais. Ainsi avec une pollution similaire, l’écart d’extraction entre deux sols peut être très important (l’écart d’extraction entre le sol SITA pour le phénanthrène et l’anthracène est supérieur d’au moins 5 fois celle du sol CNRSSP4), montrant l’influence probable des taux de carbone organique et du taux d’argile. De plus l’efficacité d’extraction varie, pour chaque HAP, en fonction de leurs affinités pour la cyclodextrine et de leurs concentrations initiales comme prévu par le modèle théorique de Brusseau et al (éq. 4). Cependant, il semble que sur certains sols des contraintes diffusionnelles apparaissent au sein de la NAPL, conduisant à des valeurs plus faibles que lors des essais à l’équilibre.

Le débit utilisé lors du traitement a une influence nette sur les concentrations en HAP lors de l’extraction. Néanmoins, passée la phase de début de l’extraction où les concentrations de sortie en HAP sont très dépendantes du débit, elles descendent ensuite à des valeurs similaires pour tous les débits pour la suite du traitement. Cela est particulièrement visible sur le sol SITA où les contraintes diffusionnelles et cinétiques semblent faibles. Cependant, la pratique de coupures de débit sur les autres sols permet aux concentrations en solution de remonter, et d’optimiser ainsi l’efficacité de la solution de lavage. Sur les sols CNRSSP, l’utilisation d’un débit « élevé » avec des coupures fréquentes semble aussi efficace qu’un débit faible et continu.

L’évaluation des performances de colonnes de résines XAD-2 pour épurer les effluents produits par les lavages de sols a donné de bons résultats. Dans le cas étudié le plus favorable (concentration totale en HAP de 30 mg.L-1 et débit de 1 mL.min-1), une colonne de 15,6 g de résine peut épurer 16 L d’effluent (critère : concentration totale de HAP en sortie < 2 mg.L-1).

Le débit de traitement a une influence très importante sur les performances de traitement et il faut privilégier un débit le plus faible possible afin d’utiliser la colonne de résine au maximum de ses capacités.

La concentration de l’effluent n’influe pas sur la quantité de HAP adsorbée par la résine jusqu’à un critère de concentration en sortie donné, mais entraîne logiquement une hausse de la fréquence de régénération nécessaire des colonnes de résine.

Les conclusions sont limitées au protocole d’essai qui définissait la géométrie de la colonne sans chercher une optimisation de celle-ci. Ils ne seront par conséquent pas automatiquement reproductibles sur une colonne de géométrie différente.

Une des difficultés majeure pour ce type de procédé de traitement sera la présence d’une pollution multicomposés, car les performances varient d’un composé à l’autre et l’efficacité est limitée par le plus concentré a priori, en considérant que l’affinité pour la résine est sensiblement comparable pour tous.