Décomposition des matières organiques et stabilisation des métaux lourds dans les sédiments de dragage

Degradation of organics and stabilisation of heavy metals from dredged sediments

• Auteur / Autrice : Souhila Kribi
• Direction : Ange Nzihou, Patrick Sharrock
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science de l'Environnement Industriel et Urbain
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale de Chimie (Lyon2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École nationale supérieure des Mines d'Albi-Carmaux (1993-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phosphates

Métaux lourds

Composés organiques

Dragage

Sédiments (géologie)

Résumé

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du procédé NOVOSOL® (développé par le groupe Solvay) qui vise la décomposition des matières organiques et la stabilisation des métaux lourds dans les sédiments de dragage par phosphatation. L'objectif essentiel est la compréhension des mécanismes de stabilisation des polluants métalliques et la production de résidus à propriétés contrôlées pour, à terme, favoriser la valorisation matière de ces résidus traités. Le procédé de traitement comporte les étapes de traitement chimique de phosphatation de séchage et de calcination des sédiments phosphatés. Un accent particulier a été porté sur l'évaluation du procédé par la méthode d'extraction séquentielle et par des tests de lixiviation. Concernant la matière organique, les résultats obtenus lors de cette thèse ont permis de déterminer les cinétiques de décomposition de ces composés de même que leur famille chimique en fonction des différentes conditions expérimentales. En ce qui concerne les métaux lourds, les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence le mécanisme de dissolution–précipitation qui gouverne la formation de phosphates insolubles. Ce sont ces phosphates qui sont à l'origine de la stabilisation des métaux. D'autre part une étude cinétique détaillée a permis de bien mettre en évidence les interactions des métaux avec les phosphates. Cette stabilisation des métaux lourds confirmée par les tests de lixiviation et par l'extraction séquentielle (méthode Tessier) a été renforcée par la calcination entre 300 et 1100°C. La calcination s'est traduite par trois résultats essentiels, la dégradation des matières organiques, la cristallisation et le frittage (densification) des phases minérales phosphatées pour les rendre insolubles, et le contrôle des propriétés finales (densité et surface spécifique) des résidus solides en fonction des conditions expérimentales. Une des originalités de cette thèse est la mise en évidence par l'extraction séquentielle de la répartition des métaux lourds et du phosphate dans cinq fractions respectives du sédiment. Cela a permis de mieux comprendre les processus de stabilisation observés et par conséquent d'améliorer le traitement de stabilisation

The main goal of this work was to understand the mechanism of stabilisation of heavy metals from dredged sediment. The effect of the treatment on the properties of the final residues was also investigated. The further objective is the beneficial reuse of treated residues. A chemical treatment of the sediment using phosphoric acid following by a drying and a calcination (NOVOSOL process, developed by Solvay) is described. This aim to decompose the organics and incorporate heavy metal in phosphate matrix yielding safer materials for storage or beneficial reuse. The reaction of the phosphoric acid with the heavy metals from the sediments is described as dissolution-precipitation leading to the formation of insoluble metal phosphates (stabilisation process). The insolubility of metal is reinforced by the calcination under air atmosphere from 400 to 1000°C. In fact, in addition to decomposition of the organics the most significant affect of the calcinations on the phosphated sediments is the sintering process which led to significant changes of the physical properties (specific surface and density) and efficient stabilisation of metals. In this work the stabilization of heavy metal was assessed and confirmed using leaching tests and Tessier sequential extraction. So these assessment methods led to define the suitable stabilisation conditions of the heavy metals from dredged sediments.