Traitement par oxydation chimique de sols de friches industrielles contaminés par des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques

Investigation on treatment by chemical oxidation for brownfield contaminated with Polycyclic Aromatic Hydrocarbons

• Auteur / Autrice : Julien Lemaire
• Direction : Marie-Odile Nicolas-Simonnot, Michel A. Buès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 04/11/2011
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Jean-Louis Morel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Odile Nicolas-Simonnot, Michel A. Buès, Jean-Louis Morel, Maria Aurora Fernandez, Pierre Le Cloirec, Christophe Chêne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maria Aurora Fernandez, Pierre Le Cloirec

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydation électrochimique

Thèses et écrits académiques

Sols -- Pollution

Mots clés libres

Hydrocarbures aromatiques polycycliques

Friches industrielles

Oxydation chimique in situ

Systèmes fermés et ouverts multi-échelles

Facteurs limitants

Disponibilité

Polyclic aromatic hydrocarbons

Brownfield

In situ chemical oxidation

Multiscale batch and flow systems

Limiting factors

Availability

Résumé

Contrairement aux idées reçues, le sol est une ressource naturelle non renouvelable menacée. La réhabilitation des friches industrielles polluées aux HAP, toxiques et persistants, représente donc un enjeu majeur. Les techniques traditionnelles ne sont pas toujours très appropriées, c’est pourquoi ce travail vise à étudier la pertinence de l’oxydation chimique in situ, habituellement utilisé pour le traitement de nappes contaminées par des polluants moins récalcitrants (COHV, BTEX). Il s’inscrit dans le cadre du projet OXYSOL (ANR-PRECODD) destiné à construire une filière complète de traitement in situ et de refonctionnalisation. Ce travail a consisté à étudier et optimiser ces performances en travaillant avec la terre d’une ancienne cokerie. Ensuite, l’objectif a été de mettre en évidence les principaux paramètres limitants en utilisant différentes terres polluées contrastées. Tout d’abord, les expériences en systèmes fermés ont conduit à sélectionner les deux oxydants les plus adaptés: le réactif de Fenton et le persulfate activé. Ensuite, l’oxydation a été étudiée en systèmes ouverts de l’échelle du laboratoire à l’échelle pilote afin d’optimiser les conditions d’injection. Les résultats obtenus, comparables à ceux en systèmes fermés, ont mis en évidence le caractère très limitant de la faible disponibilité des HAP ainsi que l’existence d’une fraction impossible à atteindre (taux d’abattement inférieur à 50%). Enfin, les derniers résultats ont corroboré la relation entre l’âge de la pollution, la disponibilité des HAP et les performances de l’oxydation chimique. Par ailleurs, ils ont permis d’expliquer et hiérarchiser les effets limitants de différents paramètres (disponibilité des HAP, teneur en carbone organique, en carbonate, pH, structure des HAP et mode d’injection) en fonction de l’oxydant utilisé. Les recherches effectuées soulignent l’importance d’étudier les performances de l’oxydation chimique directement avec la terre prélevée sur le site pollué.

Contrary to general belief, soil is a threatened nonrenewable natural resource. Consequently, the restoration of brownfields contaminated with PAHs, that are toxic and persistent contaminants, is a major challenge. Usual techniques are not always appropriate, so the aim of this work is to study the relevance of in situ chemical oxidation (ISCO), usually used for groundwater treatment contaminated with less recalcitrant pollutants (CVOCs, BTEX). It is a part of OXYSOL project aiming at the conception of a global treatment pathway including in situ remediation and soil construction. This work was to study and optimize oxidation efficiency with the soil of a former coking plant. Then, objective was to highlight main limiting factors using different contrasting soils. First, experiments were run in batch systems to select both most suitable oxidants: Fenton's reagent and activated persulfate. Then oxidation was performed in flow systems from the bench to the pilot scale in order to optimize injection parameters. Results, comparable to those obtained in batch systems, showed that oxidation efficiency was strongly limited because of low PAHs availability and highlighted presence of unavailable PAHs (degradation ratio lower than 50%). The last results confirmed the relationship between pollution aging, PAHs availability and chemical oxidation performance. Moreover, they help to understand and compare the influence of different limiting factors (PAHs availability, organic carbon content, carbonate content, pH, PAHs structure and injection method) depending on the oxidant. The research underlined the need to investigate chemical oxidation performance with soil samples collected from contaminated sites and not with spiked soils.