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
7/03/20141
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
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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
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(%
)
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Test d’oxydation sur Batchs
Benze
ne
Tolu
ene
O-Xylen
e
Undec
ane
Dodec
ane A1
Hepta
deca
ne
Octad
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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
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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
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min
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on
(%
)
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Test d’oxydation sur Batchs
Benzè
ne
Tolu
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Dodéc
ane A1
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Octad
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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
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min
ati
on
(%
)
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Test d’oxydation sur Batchs
Benzè
ne
Tolu
ène
O-xylèn
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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
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Test d’oxydation sur Batchs
Benzè
ne
Tolu
ène
O-xylèn
e
Undec
ane
Dodec
ane A1
Hepta
déca
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Octad
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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)
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Conclusion
7/03/2014
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)
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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
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Merci pour votre attention
12/12/2013