Développement d'un procédé de traitement pour l'enlèvement simultané des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et des métaux des sédiments contaminés.

L'augmentation du volume de dragage des sédiments contaminés nécessite le développement \nde nouvelles techniques de traitement capables de réutiliser les sédiments traités dans une \ndémarche environnementale. En se référant à de nombreuses techniques de décontamination \ndes sédiments, il apparaît que très peu de techniques sont capables d'éliminer, de manière \nsimultanée, des polluants organiques et inorganiques, tandis que la majorité de ces techniques \nsont spécifiques à un ou plusieurs contaminants. Le but de cette étude est de développer un \nprocédé de traitement de séparation physique visant à séparer simultanément le cuivre et les \nhydrocarbures aromiques polycycliques (HAP) présents dans les sédiments. Ce procédé devra \nêtre applicable et économiquement viable pour traiter la contamination l'échelle réelle. De plus, \nles sédiments traités devront répondre aux critères du Ministère du Développement Durable de \nl'Environnement et des Parcs du Québec (MDDEP) afin d'être réutilisés pour un usage \nindustriel. Dans cette étude, l'efficacité du traitement et de la réutilisation des sédiments traités \na été évaluée en fonction de la politique québécoise de la protection des sols du MDDEP. \nDans un premier temps, la caractérisation et l'analyse minéralogique des échantillons de \nsédiments ont été effectuées de manière à estimer les caractéristiques des sédiments et des \ncontaminants et donc de décider des techniques de traitement appropriées. Il est apparu que \ndes échantillons de sédiments ont été potentiellement contaminés par du Cu (au dessus de la \nlimite réglementaire du Québec pour une utilisation industrielle d'un site critère-C de 500 mg Cu \nkg⁻¹). Dans les sédiments étudiés, le Cu est présent sous forme de sulfures de cuivre \nhydrophobes, principalement de la chalcopyrite (CuFeS₂). La filière sélectionnée utilise les \ntechniques de flottation, la table Wilfley et la colonne classification hydraulique comme \nprincipales techniques de séparation. \nLa flottation a été sélectionnée pour séparer le Cu et les HAP dans la fraction <250 µm. Dans \nun premier temps, des essais ont été réalisés afin d'établir les conditions optimales de flottation. \nLes conditions optimales établies à température ambiante sont: une vitesse du rotor de \n1000 rpm, une concentration de KAX (potassium amyl xanthate) de 1.2 g kg⁻¹sec, une \nconcentration de MIBC (methyl isobutyl carbinol) de 0.18 g kg⁻¹ sec, une DP (densité de pulpe) \nde 10% p p⁻¹, un pH de pulpe de 6 et un debit d'aération de (4 m³ h⁻¹). En combinant ces \nconditions optimales avec trois étapes successives de flottation de 40 minutes sur trois \néchantillons de sédiments différents, une élimination significative est obtenue sur les deux \ncontaminants visés: le Cu (61-70%) et les HAP (75-83%) avec des récupérations acceptables \nde mousse d'environ 23-29%. Les taux d'élimination des autres métaux sont de l'ordre de: As \n(48-61 %), Pb (40-48%) et Zn (32-36%). \nPar ailleurs, le caractère hydrophobe des sulfures de cuivre et des HAP permet leur flottation \nsélective (basé sur les facteurs de concentrations) par rapport aux autres métaux. Après trois \nétapes consécutives de flottation la concentration en Cu a diminué en dessous du 500 mg kg-1. \nLes résultats obtenus après flottation révèlent l'efficacité de cette technique de traitement pour \nséparer les métaux et les HAP de manière simultanée à partir de fractions de sédiments fins. \nComme la fraction fine (<250 µm) traitée par flottation représente une part importante (70 à \n90%) des sédiments, la flottation apparaît comme une technique appropriée pour traiter les \nsédiments étudiés. L'estimation des coûts de produits chimiques nécessaires à la flottation sont \nd'environ 7.22 $US par tonne de sédiments. L'étude des performances de flottation sur des \nparticules de taille différente a montré une affinité pour la flottation sélective du Cu sur la \nfraction granulométrique intermédiaire (53 à 125 µm) avec une faible sélectivité envers les \nfractions fines (<20 µm) en raison de leur entraînement dans les mousses de flottation. \nSuite aux bons résultats d'enlèvement du Cu et des HAP par flottation, la réutilisation des eaux \nusées générées pendant le procédé de flottation a été étudiée et la recirculation de l'eau après \nchaque étape de flottation a été mise en place. \nDans un deuxième temps, le traitement de la fraction de sédiments compris entre 250 et \n2000 µm a été réalisé sur la table de Wilfley (technique gravimétrique) sous certaines conditions \nopératoires. Pour les contaminants organiques les conditions retenues sont: une DP 20% P p⁻¹, \nun taux d'alimentation de 200 g L⁻¹ min⁻¹, un débit d'eau de rincage de 8 L min⁻¹, un débit d'eau \nprimaire de 3.5 L min⁻¹ et un débit d'eau additionnel de 3.5 L min⁻¹. Cette étape de traitement a \npermis une élimination significative des HAP (64-69%) sans observer toutefois une élimination \ndes métaux. \nEnfin, le traitement de sédiments de la fraction >2 mm a été réalisé par une unité de colonne de \nséparation physique par classification hydraulique. Cette fraction est principalement composée \nde particules de sable grossier, de détritus organiques et des particules de charbon. La colonne \nde séparation physique a permis un enlèvement des HAP de l'ordre de 79 à 94% avec une \nproportion de sédiments traités entre 26 à 89%. \nDans l'ensemble, le processus de séparation physique utilisé pour cette étude de \ndécontamination permet de traiter 74 à 75% de sédiments avec des concentrations en Cu en \ndessous de la norme réglementaire mis en place au Québec pour permettre l'utilisation d'un sol \nà des fins industrielles ou commerciales. \nEn outre, le traitement des sédiments a permis un enlèvement des HAP de l'ordre de 70-80%, \net du Cu de 60-65%. L'étude économique révèle un coût de traitement d'environ 50 $US par \ntonne de sédiments contaminés pour une usine traitant 48 000 t an⁻¹.

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