Origine des variations d’efficacité des techniques de

traitement de pollution organique in-situ

Florie JOUSSE

Journée des Doctorants – 7 mars 2014

Directeur de thèse : O. ATTEIA

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Introduction

7/03/2014

2

Figure 1 : Mise en place d'un traitement d'oxydation chimique in-situ

7/03/2014

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Introduction

Hydrocarbures (HC) :polluants toxiques et persistants difficiles à éliminer

ISCO : technique in-situ prometteuse en terme de coût et d’efficacité

But de l’étude : Mise en place sur site, d’un traitement des HC efficace (oxydation chimique, traitement thermique, lavage par tensioactif, sparging)

Tests sur Batchs nécessaires afin de déterminer les oxydants efficaces vis-à-vis des HC

Oxydants étudiés : Permanganate de potassium Persulfate activé au Fer (II) Fenton (peroxyde d’hydrogène + Fer (II)) Ozone

7/03/20144

Test d’oxydation sur BatchsOxydation d’un mélange Gasoil/Fuel

sur 24h ou 20 joursSchéma de l’expérience :

Eau – Mélange

Gasoil/FuelSable pur ou sol sableux

Centrifugation

4000 rpm10 min

Hexane – Mélange Gasoil/Fuel

Eau

Hexane - Mélange Gasoil/Fuel

Analyse chromatographie

Gazeuse

T° injecteur = 280 °C

T° Four = 50 à 320 °C

T° Détecteur =320 °c

Mélange Gasoil/Fuel

30 mL d’eau distillée20 g de sable pur ou sol sableux

Agitation 24h ou 20 jours

5 7/03/2014

Injection à froid de Benzène, Toluène et O-Xylène

2 mL d’eau distillée2 g de sable pur ou de sol sableux

Agitation 24h ou 20 jours

Analyse Chromatographie

GazeuseHEAD SPACE

T° préchauffage échantillon = 40°C

T° injecteur = 250°CT° Four = 50 à 250

°CT° Détecteur =

250°C

Test d’oxydation sur BatchsSchéma des expériences d’oxydation sur batch du Benzène, Toluène et O-Xylène

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Test d’oxydation sur Batchs

Oxydation des BTX et du mélange Gasoil/Fuel sur 24h avec quatre oxydants

Benze

ne

Tolu

ene

O-xylen

e

Undec

ane

Dodec

ane A1

Hepta

de...

Octad

e...

0

20

40

60

80

100

120

Perman-ganate (24 hours)

Persulfate activated by Fe (II) (24 hours)

Fenton (24 hours)

Ozone (24 hours)R

em

ova

l (

%)

7

Permanganate : Absence d’élimination du Benzène Faible oxydation des composés du mélange Gasoil/Fuel

Persulfate : Faible oxydation du Benzène Inefficace sur les autres composés

Fenton et Ozone : Elimination complète des BTX Diminution du rendement d’oxydation en fonction du nombre

de carbone 7/03/2014

Test d’oxydation sur BatchsOxydation des BTX et du Diesel sur 24h avec

quatre oxydants

7/03/20148

Test d’oxydation sur Batchs

-20

0

20

40

60

80

100

120

Influence du temps sur l'oxydation de polluants organiques par le permanganate de potassium

Batch Perman-ganate/Sable Pur/20 jours

Batch Perman-ganate/Sable Pur/24h

Re

nd

em

en

t d

'éli

min

ati

on

(%

)

7/03/20149

Test d’oxydation sur Batchs

Benze

ne

Tolu

ene

O-Xylen

e

Undec

ane

Dodec

ane A1

Hepta

deca

ne

Octad

ecan

e0

20

40

60

80

100

120

Influence du temps sur l'oxydation de polluants organiques par le persulfate de sodium activé au

Fer (II)

Batch Persul-fate/Sable Pur/20 jours

Batch Persul-fate/Sable Pur/24h

Re

nd

em

en

t d

'éli

min

ati

on

(%

)

10

Permanganate de Potassium : Pas d’influence de la durée du traitement sur l’oxydation des composés

Persulfate de Sodium activé au Fer (II) : Mise en évidence de l’efficacité de cet oxydant sur 20 jours

7/03/2014

Test d’oxydation sur BatchsInfluence du temps sur les batchs contenant

des BTX et un mélange Gasoil/Fuel

7/03/201411

Test d’oxydation sur Batchs

-20

0

20

40

60

80

100

120

Influence de la matière organique sur l'oxy-dation de polluants organiques par le per-

manganate de potassium sur 24h

Batch Per-manganate/Sable Pur/24h

Batch Per-manganate/Sol Sableux/24h

Ren

dem

en

t d

'éli

min

ati

on

(%

)

7/03/201412

Test d’oxydation sur Batchs

Benzè

ne

Tolu

ène

O-Xylèn

e

Undéc

ane

Dodéc

ane A1

Hepta

déca

ne

Octad

écan

e0

20

40

60

80

100

120

Influence de la matière organique sur l'oxy-dation de polluants organiques par le persul-fate de sodium activé au Fer (II) sur 20 jours

Batch Persul-fate/Sable Pur/20 jours

Batch Persul-fate/Sol Sableux/20 jours

Re

nd

em

en

t d

'éli

min

ati

on

(%

)

7/03/201413

Test d’oxydation sur Batchs

Benzè

ne

Tolu

ène

O-xylèn

e

Undec

ane

Dodec

ane A1

Hepta

dé...

Octad

écan

e0

20

40

60

80

100

120

Influence de la matière organique sur l'oxy-dation de composés organiques par le réactif

de Fenton sur 24h

Batch Fen-ton/Sable Pur/24h

Batch Fen-ton/Sol Sableux/24h

Re

nd

em

en

t d

'éli

min

ati

on

7/03/201414

Test d’oxydation sur Batchs

Benzè

ne

Tolu

ène

O-xylèn

e

Undec

ane

Dodec

ane A1

Hepta

déca

ne

Octad

écan

e0

20

40

60

80

100

120

Influence de la matière organique sur l'oxy-dation de polluants organiques par l'Ozone

sur 24h

Batch Ozone/Sable Pur/24h

Batch Ozone/Sol Sableux/24h

Re

nd

em

en

t d

'éli

min

ati

on

(%

)

Permanganate de Potassium : des rendements d’élimination du Benzène, de l’Heptadécane et de l’Octadécane en présence de Matière Organique (MO)

Persulfate activé au Fer (II) : des rendements d’élimination du composé A1, de l’Heptadécane et de l’Octadécane en présence de MO

Réactif de Fenton : des rendements d’élimination de l’ensemble des composésen présence de MO

Ozone : Pas d’influence de la MO7/03/201415

Test d’oxydation sur BatchsInfluence de la présence de la matière

organique sur l’oxydation des BTX et des composés du mélange Gasoil/Fuel

16 12/12/2013

Oxydants Prix Oxydan

ts (€/tonn

e)

Prix Oxydants (€/Batchs

)

Avantages Inconvénients

Fenton1500 à 2000

0,007Peu couteux, très efficace, active la biodégradation

par rejet d’O2

Installation sur site couteuse car produit dangereux, temps de

demi-vie de l'oxydant très court

Ozone 6000 0,072Très efficace, active la

biodégradation par rejet d'O2

Prix à la tonne couteux, Installation couteuse, temps de demi-vie de l'oxydant très court

PersulfateFer (II)

2000 à 3000

0,09

Très efficace sur de longue durée de traitement, temps de demi-vie de

l'oxydant long, Peu couteux

Forte concentration en ions sulfate altère la

qualité des eaux

Permanganate

3000 à 4000

0,1Peu couteux, temps de

demi-vie long

Efficacité moyenne, possibilité de

colmatage des sols par la production de MnO2

Comparatif des coûts en fonction des oxydants utilisés

Source : BRGM - État de l'art sur la technologie de dépollution des sols et des eaux souterraines par oxydation in situ (2005)

17

Conclusion

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D’après la comparaison des oxydants :

Le réactif de Fenton et l’Ozone sont des oxydants très efficaces, cependant leurs installation sur site est difficile et leurs de temps de demi-vie sont très courts.

Le Persulfate activé au Fer (II) offre de très bons rendements d’élimination sur des temps de traitement longs . Son installation sur site est plus simple.

A partir de cette première étude, les oxydants choisis pour la seconde étape (tests sur colonnes) sont :

Réactif de Fenton Ozone Persulfate de sodium activé au Fer(II)

18

7/03/2014

Perspectives : Tests sur colonnes

Oxydation chimique : Injection de

persulfate (1 volume de pore/semaine)

Injection de Fenton (1 volume de pore/jour)

Lavage par tensio-actif : Injection d’une

solution de sucroester (10 CMC) (1 volume de pore/jour)

7/03201419

Perspectives : Tests sur colonnes

Sparging : Injection d’air (4 à 5

volumes de pore/jour pendant 2 semaines

Injection de gaz oxydant : Injection d’ozone (4

à 5 volumes de pore/jour) pendant 1 semaine

Traitement Thermique : Chauffage des

colonnes à 60-70°C pendant 2 semaines

20

Merci pour votre attention

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