Traitement des sols contaminés aux hydrocarbures C10-C50 et aux métaux lourds Cu, Pb, Zn

Cette thèse de doctorat présente les travaux réalisés au cours de mes études supérieures à Polytechnique de Montréal. Ces travaux portent sur la remédiation des sols contaminés aux huiles lourdes (C10-C50) et aux métaux lourds Cu, Pb et Zn. Ce projet de recherche s'est concentré sur le développement de nouvelles techniques de remédiation des sols contaminés aux C10-C50 et aux Cu, Pb et Zn. La 1ère partie de ce projet a porté sur l'oxydation d'un sol contaminé aux C10-C50 par une solution d'hypochlorite de calcium (NaClO) assistée ou non par du CO2. Selon les résultats, le NaClO sans CO2 n'est pas efficace pour oxyder les contaminants aliphatiques sur la plage C10-C50. Le CO2 est requis pour abaisser le pH de la solution d'oxydation et ainsi accroître le potentiel d'oxydation du composant actif de l'eau de javel, l'acide hypochloreux (HClO). Les résultats sont présentés afin d'avoir un portrait pratique de cette réaction d'oxydation. La 2e partie de ce projet a porté sur l'extraction des Cu, Pb et Zn de sols faiblement contaminés par une solution comprenant un chélateur tampon synthétique. Un chélateur tampon est un extractant organique qui porte à la fois des fonctionnalités acide et basique. Ce chélateur synthétique (NTA.3EDA) est le produit de neutralisation de l'acide nitrilotriacétique (NTA) commercial avec l'éthylènediamine (EDA). Dans l'ensemble, la sélectivité du NTA.3EDA est au moins 5 plus grande que celle du NTA pour un rendement d'extraction similaire pour un sol peu contaminé. La 3e partie de ce projet a porté sur le traitement des sols ayant une contamination mixte C10-C50 et métaux lourds. Plus spécifiquement, cette partie du projet s'est concentrée sur l'amélioration du procédé d'oxidation par le NaClO dans une optique de procédé commun pour la remédiation des C10-C50 et des métaux lourds. Ce procédé utilise une solution de NaClO enrichie avec de l'hydroxyde de sodium (NaOH) pour accroître la disponibilité des contaminants au traitement de remédiation. Ce faisant, la quantité requise de chélateur ou d'oxydant pour une décontamination donnée est réduite et la résistance du sol au traitement de remédiation est de beaucoup réduite.

Abstract

This Ph.D thesis summarizes the work performed over the course of my graduate studies at Polytechnique de Montréal. This work was on the remediation of heavy-oil and heavy-metal contaminated soils. More specifically, this research project explored new remediation techniques for petroleum and heavy-metal contaminated soils. The 1st part of this project concerned the investigation of the CO2-assisted oxidation of a heavy-oil contaminated soil by sodium hypochlorite (NaClO). In these results, NaClO with no CO2 was inefficient to oxidize aliphatic contaminants in the C10-C50 range. CO2 was required to lower the oxidation pH and thus to increase the oxidation potential of the active bleach component, hypochlorous acid (HClO). The results are shown with the intent to focus on the practical aspects of this oxidation reaction. The 2nd part of this project concerned the extraction of heavy metals from contaminated soils by a solution comprising a buffered chelant. A buffered chelant is an extractant bearing acid and base functionalities. This buffered chelant (NTA.3EDA) was the neutralization product of commercial nitrilotriacetic acid (NTA) with ethylenediamine (EDA). Overall, the NTA.3EDA extraction yield for a soil with a low heavy metal content was similar to the commercial NTA extraction yield. However, the NTA.3EDA leaching selectivity for heavy metals was increased at least 5-fold for a weakly contaminated soil. The 3rd part of this project concerned the treatment of soils contaminated with both petroleum components and heavy metals. More specifically, this part of the project focused on improving the NaClO oxidation process and developing a common process that contributes to both the petroleum and heavy metal soil remediation. This process uses a NaClO oxidative solution enriched with sodium hydroxide (NaOH) to increase the contaminants availability to the remediation treatment. By doing so, the chelant or oxidant quantity required for a given decontamination is lowered and the remediation cost brought closer to an economical value.