Oxydation chimique in situ

Le type de contamination, autant de la nappe phréatique que du sol, le plus fréquemment observé dans les pays industrialisés est principalement organique. En effet, il s’agissait de 88 % des cas de terrains contaminés rapportés au MDDEP, en 2010 (Hébert et Bernard, 2013). L’OC in situ consiste à injecter sous la surface du sol un oxydant chimique dans le but de dégrader les contaminants organiques des eaux souterraines et des sols en des composés inoffensifs ou moins toxiques (Huling et Pivetz, 2006; ITRC, 2005; Siegrist, Crimi et Brown, 2011). L’OC implique une perte d’un électron sur la molécule de contaminant organique. L’oxydant est considéré comme électrophile puisqu’il capte cet électron. Habituellement, l’oxydation implique l’addition d’un atome d’oxygène sur les contaminants organiques. Ultimement, les produits finaux de l’OC sont le dioxyde de carbone (CO2) et l’eau (H2O) (Huling et Pivetz, 2006; ITRC, 2005; Suthersan, 1999).

Le succès de l’OC in situ dépend de nombreux facteurs spécifiques au site tels que la géologie, l’hydrogéologie et la géochimie. Une caractérisation exhaustive des propriétés physico-chimiques d’un site et un essai préliminaire d’oxydation en laboratoire sont essentiels avant de procéder à l’application sur le terrain de la technologie, et ce, peu importe l’oxydant choisi.

Avantages et désavantages de l’oxydation chimique in situ

Il y a plusieurs avantages inhérents au choix de l’OC in situ à des fins de réhabilitation (Bougie et Dubé, 2007; Brown, 2003; Crimi et Taylor, 2007; Petri et al., 2011; Siegrist, Crimi et Brown, 2011; Tsitonaki et al., 2010), dont :

– le traitement simultané des sols et de l’eau souterraine;
– la mise en place de l’équipement et du système d’injection relativement simple;
– la décontamination d’un site situé dans une zone inaccessible;
– peu d’interférence avec les activités effectuées sur le site;
– aucune excavation nécessaire et réduction considérable de l’enfouissement;
– la dégradation d’un large spectre de contaminants organiques et de contaminants récalcitrants;
– la dégradation simultanée de plusieurs contaminants organiques différents;
– la capacité de dégrader des concentrations élevées de contaminants organiques;
– la dégradation des contaminants de la phase dissoute, adsorbée et résiduelle;
– la désorption des contaminants et la dissolution de la phase libre non-aqueuse;
– les sous-produits engendrés sont généralement inoffensifs (CO2, H2O, H2O2);
– le traitement rapide (quelques jours à mois);
– les coûts compétitifs;
– la facilitation de la biodégradation subséquente au traitement du site;
– peut être utilisée dans un train technologique de réhabilitation.

L’application de l’OC in situ comporte aussi certains désavantages (Bougie et Dubé, 2007; Brown, 2003; Crimi et Taylor, 2007; Petri et al., 2011; Siegrist, Crimi et Brown, 2011; Tsitonaki et al., 2010), dont :

– les oxydants doivent être manipulés avec beaucoup de précautions et posent un risque pour la santé;
– ne peut pas être utilisée dans un sol imperméable;
– non-spécificité des oxydants qui réagissent avec les constituants naturels et anthropiques des sols;
– certains contaminants et métaux peuvent être mobilisés sans être dégradés;
– les conditions abiotiques doivent être rigoureusement analysées;
– difficulté à contrôler la dispersion de l’oxydant sous la surface;
– le temps de contact entre l’oxydant et le contaminant doit être suffisamment long pour permettre une réaction d’oxydation la plus complète possible;
– un « effet rebond » est souvent observé suite au traitement (réapparition de la contamination en concentration inférieure);
– les coûts peuvent être élevés pour une contamination de basse concentration étendue sur un grand territoire (« contamination diluée »);
– la possibilité d’engendrer des sous-produits toxiques provenant de la dégradation incomplète des contaminants organiques;
– la possibilité de contaminer l’aquifère sous-jacent;
– une acidification des aquifères peut survenir lorsque le pouvoir tampon du milieu est faible.

Potentiel rédox (E⁰) 

Le potentiel rédox (E⁰ ) est une mesure de la force oxydative d’une molécule réactive (ion ou radical) qui se mesure en volts (V). Par contre, le potentiel rédox ne donne pas d’indication sur la cinétique de la réaction d’oxydation d’un certain contaminant organique par une espèce réactive. Ainsi, il ne peut être la seule donnée utilisée pour prévoir le rendement de l’OC qui est fonction de plusieurs caractéristiques physico-chimiques et géologiques spécifiques à chaque site (Bougie, 2008; Huling et Pivetz, 2006; Siegrist, Crimi et Brown, 2011).

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Table des matières

INTRODUCTION 
CHAPITRE 1 REVUE DE LA BIBLIOGRAPHIE 
1.1 Oxydation chimique in situ
1.1.1 Avantages et désavantages de l’oxydation chimique in situ
1.1.2 Potentiel rédox (E0)
1.1.3 Oxydants utilisés pour la décontamination
1.1.3.1 Peroxyde d’hydrogène et la réaction de Fenton
1.1.3.2 Ozone
1.1.3.3 Permanganate
1.1.3.4 Persulfate de sodium
1.2 Chimie du persulfate de sodium
1.2.1 Effet de la température
1.2.2 Effet des métaux
1.2.3 Effet des ultra-violets
1.2.4 Influence du pH
1.2.5 Influence de la demande du sol en oxydant
1.2.5.1 Matière organique
1.2.5.2 Ions chlorure, carbonate et bicarbonate
1.2.5.3 Métaux réduits
1.2.5.4 Minéraux
1.2.6 Influence de la force ionique
1.2.7 Influence de la structure moléculaire du contaminant
1.2.8 Oxydation chimique des contaminants organiques par le persulfate
1.2.9 Avantages et désavantages du persulfate de sodium
CHAPITRE 2 MATÉRIEL ET MÉTHODES 
2.1 Activation et dégradation du persulfate
2.1.1 Dégradation du persulfate en milieu aqueux
2.1.2 Dégradation du persulfate en suspension de sol
2.1.3 Oxydation du pentachlorophénol en milieu aqueux
2.1.4 Oxydation du pentachlorophénol en suspension de sol
2.2 Sol
2.3 Solutions
2.4 Appareillage
2.5 Analyses des concentrations du persulfate et du pentachlorophénol
2.6 Assurance de la qualité
CHAPITRE 3 RÉSULTATS ET DISCUSSION 
3.1 Dégradation du persulfate de sodium en fonction de la température en milieu
aqueux et en suspension de sol
3.2 Dégradation du persulfate de sodium en fonction de la température en suspension de sol contenant du carbonate de calcium (CaCO3) et des métaux
3.3 Énergies d’activation pour la dégradation du persulfate de sodium
3.4 Effet du pH sur la solubilité et la toxicité du PCP
3.5 Oxydation du PCP par le persulfate de sodium activé par la chaleur en milieu
aqueux et en suspensions de sol (SS, SS avec CaCO3 et SS avec métaux)
3.6 Efficacité relative de l’oxydation chimique
3.7 Sous-produits de la dégradation incomplète du pentachlorophénol
CONCLUSION

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