Traitement des fractions grossières par attrition

1.3.3.1 Optimisation des conditions opératoires du procédé d’attrition

L’intérêt de l’attrition comme méthode de traitement des sols aux prises avec une contamination mixte a été évalué au cours de ce projet. L’attrition permet de détacher les particules fines contaminées de celles plus grossières qui sont peu ou pas contaminées, produisant une boue d’attrition fortement contaminée. Les essais d’attrition ont été réalisés sur 2 kg de la fraction 1 - 4 mm du sol nommé S3 contaminé par des métaux (As, Cr et Cu), du PCP et des PCDDF, fraction qui représente 28% (p.p-1) du sol entier. L’attrition a été réalisée selon les conditions opératoires présentées au Chapitre 2. Le schéma du procédé d’attrition appliqué aux fractions grossières du sol est présenté à la Figure 3-1 (Chapitre 3). Une approche méthodologique par utilisation des plans d’expériences en surface de réponses (plan de type Box-Behnken) a été envisagée afin d’évaluer l’influence de différents paramètres sur l’efficacité du procédé d’attrition et de définir les conditions optimales de décontamination en termes de rendements d’extraction de l’As, du Cr, du Cu, du PCP et des PCDDF. Les paramètres d’attrition étudiés sont la température, la densité de pulpe et la concentration en surfactant amphotère (Cocamidopropylbétaine, BW) comme présenté dans le Tableau 2-1 présenté au Chapitre 2. Le BW est utilisé comme surfactant pour les essais d’attrition en raison de sa biodégradabilité et de son absence de toxicité (dérivé de l’huile de noix de coco, de formule moléculaire C19H38N2O3) (Foti et al., 2003). Selon plusieurs auteurs, le surfactant permet de solubiliser et/ou mobiliser les contaminants organiques (Bayley et al., 2005; Bisone et al., 2013a).

1.3.3.2 Étude de la robustesse du procédé d’attrition optimisé

L’objectif de cette partie du projet consiste à évaluer l’influence de la concentration initiale des contaminants présents dans le sol, de la taille des particules et de la nature de sol (distribution granulométrique, COT, CIT, pH, diverses origines industrielles) sur les performances du procédé d’attrition optimisé pour éliminer les métaux, le PCP et les PCDDF.

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Influence de la teneur initiale en contaminants

Pour évaluer l’influence du niveau de contamination sur les performances du procédé d’attrition optimisé, des essais d’attrition ont été réalisés, dans les conditions optimales (T = 25°C, [BW]=2% (p.p-1) et DP = 40% (p.p-1)), sur la fraction 1-4 mm de cinq échantillons de sols (S1, S2, S3, S4 et S5) contaminés par de l’As, du Cr, du Cu, du PCP et des PCDDF provenant d’un même site industriel (nature de sol identique). Ces sols ont été choisis pour leurs différents niveaux de contaminants (faible, modéré ou élevé), en particulier pour les PCDDF. Les essais d’attrition ont été réalisés en triplicatas pour chaque échantillon de sol étudié selon la démarche décrite au Chapitre 3.

Influence de la taille des particules

Pour étudier l’effet de la taille des particules sur l’efficacité du procédé d’attrition optimisé, plusieurs essais d’attrition ont été réalisés sur toutes les fractions grossières (0,250-1 mm; 1-4 mm, 4-12 mm et >12 mm) des sols S1, S2, S3, S4 et S5. Tous les essais d’attrition ont été effectués en triplicatas en utilisant les conditions opératoires décrites au Chapitre 3.

Influence de la nature du sol

Dans cette partie de l’étude, des essais d’attrition ont été effectués pour étudier l’effet de la nature du sol (distribution granulométrique, COT, CIT, pH, divers origines industriels) sur les performances du procédé d’attrition optimisé. Trois sols différents (nommés F1, F2 et F3) contaminés par de l’As, du Cr, du Cu, du PCP et des PCDDF et échantillonnés sur trois sites industriels différents ont été utilisés pour ces expériences. La distribution des tailles de particules de chaque sol a été analysée en utilisant quatre tamis (12; 4; 1 et 0,250 mm). Tous les essais d’attrition ont été effectués en triplicatas sur la fraction 1-4 mm de ces sols dans les conditions opératoires comme décrites au Chapitre 3. Le pH, le carbone organique total, le carbone total et le carbone inorganique total de ces sols (1-4 mm) ont été déterminés (Tableau 3-4, Chapitre 3). Les boues d’attrition récupérées suite aux essais d’attrition appliqués à la fraction 1-4 mm des sols F1, F2 et F3 ont été quantifiées et analysées par granulométrie laser pour déterminer leur répartition granulométrique.

1.3.3.3 Recirculation des eaux usées d’attrition

L’objectif de cette étude est d’évaluer l’applicabilité du procédé d’attrition optimisé en boucles fermées en recirculant les effluents issus d’une boucle de décontamination (X) vers la boucle suivante (X+1) dans le but d’améliorer la productivité du procédé et de réduire les coûts liés à la consommation des produits chimiques. Le schéma du principe de traitement de la fraction 1-4 mm d’un sol contaminé en contre-courant avec recirculation des effluents est représenté à la Figure 4-1 (Chapitre 4).

Tous les essais d’attrition ont été réalisés dans les conditions optimales déterminées au Chapitre 2 (5 étapes d’attrition, t = 20 min, T = 25°C, [BW]=2% (p.p-1) et DP = 40% (p.p-1)). Le sol nommé J3, utilisé dans cette série d’essais, a été échantillonné sur un site industriel contaminé par de l’As, du Cr, du Cu, du PCP et des PCDDF. Par la suite, le sol échantillonné a été tamisé pour récupérer la fraction 1-4 mm qui sera utilisée pour les différents essais d’attrition. Le pH, le COT et le CT ainsi que les teneurs initiales en contaminants ont été déterminés pour cette fraction. Par la suite, 15 boucles de décontamination ont été effectuées sur 15 lots identiques de 2 kg de la fraction 1-4 mm de sol J3.

Le traitement par coagulation-floculation des eaux usées d’attrition produites suite à la première étape d’attrition a été également été étudié. Les performances de divers agents de floculation (8 polymères) en présence ou non d’un agent coagulant (FeCl3) ont été évaluées pour réduire les teneurs des matières en suspension. Différents tests de coagulation-floculation ont été appliqués sur 500 mL des eaux usées d’attrition, en faisant varier la concentration et le type de coagulant et/ou de floculant utilisé d’un test à un autre. L’efficacité de la coagulation- floculation a été déterminée visuellement (formation et taille des flocs, clarté du liquide surnageant) et quantitativement (volume des boues et mesure des matières en suspension dans le surnageant après 60 min de décantation) pour chaque série d’essai de coagulation- floculation réalisée pour sélectionner les conditions de traitement les plus favorables à la recirculation des effluents. Les conditions de coagulation-floculation optimales ont ensuite été testées en triplicatas sur 1 L d’eau usée. Les teneurs en métaux et en contaminants organiques (PCP et PCDDF) dans les eaux usées d’attrition ont été suivies dans l’effluent avant traitement

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et dans le surnageant après traitement, afin de déterminer si les teneurs sont suffisamment faibles pour envisager leur réutilisation dans le procédé de décontamination. La méthode de traitement des eaux usées d’attrition par coagulation-floculation est décrite plus en détails dans le Chapitre 4.