Remediation of Soil and Sediment
Les problèmes environnementaux créés par les incendies de forêt, les accidents de pétroliers et les déversements d’huile des voitures et des camions, les conteneurs qui fuient, les accidents industriels et les déchets mal éliminés contribuent à la contamination des sols. De nombreuses tonnes de sol et de sédiments dans le monde ont été contaminées par des dioxines et nécessitent une méthode d’assainissement appropriée. Suivant les méthodes sur site ou in situ et hors site ou ex situ peuvent être utilisées pour l’assainissement du sol et des sédiments.
Dégradation radiolytique : Le rayonnement ionisant sous forme de faisceaux d’électrons à haute énergie et de rayons gamma est une technique potentielle de destruction non thermique. Les évaluations théoriques et certaines évaluations empiriques suggèrent que ces sources de haute énergie peuvent être bien adaptées pour transformer la dioxine en produits inoffensifs. La radiolyse gamma s’est avérée efficace dans la dégradation des PCDD et des PCB dans les solvants organiques et dans la désinfection des eaux usées. L’étude des sous-produits et les calculs théoriques de la cible indiquent que la destruction des TCDD se fait par déchloration réductive. On a également constaté que l’ajout de promoteurs (par exemple, du charbon actif) aux toxiques augmente le pourcentage de destruction sous le rayonnement du faisceau d’électrons.
Déchloration catalysée par une base : Le procédé de décomposition catalysée par une base (DBC) est un procédé de déshalogénation chimique. Il implique l’addition d’un carbonate, bicarbonate ou hydroxyde de métal alcalin ou alcalino-terreux au milieu contaminé. Le procédé BCD est initié dans un désorbeur thermique à moyenne température (MTTD) à des températures allant de 315°C à 426°C. L’alcali est ajouté au milieu contaminé dans des proportions allant de 1% à environ 20% en poids. Un composé donneur d’hydrogène est ajouté au mélange pour fournir des ions hydrogène pour la réaction, si ces ions ne sont pas déjà présents dans le matériau contaminé. Le procédé BCD détoxifie ensuite chimiquement les contaminants organiques chlorés en éliminant le chlore des contaminants et en le remplaçant par de l’hydrogène. Par exemple, les huiles contaminées par des PCB et des dioxines ont été assainies avec Na/NH3, tout comme les sols et les boues contaminés par des PCB provenant de sites contaminés.
Traitement sous-critique de l’eau : L’eau qui est maintenue à l’état liquide au-dessus de 100°C en appliquant une pression est appelée eau sous-critique. Elle a des propriétés similaires à celles des solvants organiques et peut agir comme un milieu bénin. Elle a été utilisée pour extraire les PCB et d’autres polluants organiques du sol et des sédiments. Certains chercheurs ont étudié l’utilisation du fer de valence zéro (ZVI) dans la déchloration réductrice des PCDD et la réhabilitation des sols contaminés avec de l’eau sous-critique comme milieu réactionnel et solvant d’extraction. Il a été constaté qu’en utilisant de la poudre de fer comme matrice, les congénères les plus chlorés étaient pratiquement réduits à moins d’un homologue tétra-substitué. Le fer zéro-valent est désormais reconnu comme l’un des moyens les plus efficaces de dépollution de l’environnement. Il est peu coûteux, facile à manipuler et efficace pour traiter une large gamme de composés chlorés ou de métaux lourds. Il a été largement appliqué in situ, ex situ ou dans le cadre d’un processus de traitement contrôlé dans les eaux usées, l’eau potable la stabilisation des amendements du sol et les applications de résidus miniers.
Désorption thermique : La désorption thermique est un processus de séparation fréquemment utilisé pour assainir de nombreux sites Superfund. Il s’agit d’une technologie d’assainissement ex situ qui utilise la chaleur pour séparer physiquement les hydrocarbures pétroliers des sols excavés. Les désorbeurs thermiques sont conçus pour chauffer les sols à des températures suffisantes pour provoquer la volatilisation et la désorption (séparation physique) des constituants du sol. Bien qu’ils ne soient pas conçus pour décomposer les composants organiques, les désorbeurs thermiques peuvent, selon les composants organiques spécifiques présents et la température du système de désorption, provoquer la décomposition complète ou partielle de certains des composants. Les hydrocarbures vaporisés sont généralement traités dans une unité de traitement secondaire (par exemple, un post-brûleur, une chambre d’oxydation catalytique, un condenseur ou une unité d’adsorption au carbone) avant d’être rejetés dans l’atmosphère. Les post-brûleurs et les oxydateurs détruisent les constituants organiques. Les condenseurs et les unités d’adsorption du carbone piègent les composés organiques pour un traitement ou une élimination ultérieurs.
Photolyse in situ : Dans cette méthode, les dioxines peuvent subir une photolyse par la lumière du soleil dans des conditions appropriées. Elle est rentable et moins destructrice pour le site. Un mélange de solvants organiques est ajouté au sol contaminé et on laisse ensuite du temps pour la solubilisation, le transport et la photodégradation des dioxines. À cette fin, la surface du sol est pulvérisée avec le solvant organique à faible toxicité et on la laisse se photodégrader sous la lumière du soleil. Plusieurs chercheurs ont utilisé cette approche et ont constaté que les dioxines présentes à la surface du sol se décomposaient rapidement après avoir été pulvérisées avec divers produits organiques tels que l’isooctane, l’hexane, le cyclohexane, etc. Il a été constaté que les réactions photolytiques induites par le soleil peuvent être un mécanisme principal pour la transformation de ces produits chimiques en produits de dégradation moins toxiques. Les réactions photolytiques induites par le soleil peuvent être le principal mécanisme de transformation de ces produits chimiques en produits de dégradation moins toxiques. Le mouvement convectif ascendant des dioxines au fur et à mesure de l’évaporation des solvants volatils était le principal mécanisme de transport dans ces études. L’efficacité de ce processus dépend d’un équilibre entre deux facteurs de contrôle du taux : le transport convectif vers la surface et la disponibilité de la lumière du soleil pour la photodégradation.
Extraction de solvants et de gaz liquéfiés : L’extraction est un moyen physico-chimique de séparer les contaminants organiques du sol et des sédiments, ce qui permet de concentrer et de réduire le volume de contaminants qui doit être détruit. Il s’agit d’un processus ex situ qui nécessite l’excavation du sol du site contaminé et son mélange avec le solvant. Il finit par produire un sol et des sédiments relativement propres qui peuvent être remis sur le site. L’Agence américaine de protection de l’environnement (EPA) a évalué un procédé d’extraction par solvant à l’échelle pilote qui utilise du propane liquéfié pour extraire les contaminants organiques du sol et des sédiments. Environ 1000 livres de sol, avec une concentration moyenne en biphényles polychlorés (PCB) de 260 mg/kg, ont été obtenues d’un site Superfund éloigné. Les résultats ont montré que l’efficacité de l’extraction des PCB variait entre 91,4 % et 99,4 %, les sols extraits au propane conservant de faibles concentrations de PCB (19,0-1,8 mg/kg). On a constaté que l’efficacité globale de l’extraction dépendait du nombre de cycles d’extraction utilisés.
Distillation à la vapeur : Une distillation dans laquelle la vaporisation des constituants volatils d’un mélange liquide a lieu à une température plus basse (que les points d’ébullition de l’un ou l’autre des liquides purs) par l’introduction de vapeur directement dans la charge. C’est un moyen idéal pour séparer les composés volatils des contaminants non volatils avec un rendement élevé. La distillation à la vapeur est efficace avec l’énergie des micro-ondes pour traiter les sols et les sédiments contaminés. Les traitements par micro-ondes peuvent être adaptés aux flux de déchets individuels : en fonction du sol, des contaminants et de leurs concentrations, le traitement d’assainissement peut être effectué en plusieurs étapes jusqu’à ce que le niveau d’assainissement souhaité soit atteint. Tous les contaminants ont pu être éliminés jusqu’à des niveaux non détectables ou à l’état de traces. La distillation à la vapeur s’est avérée efficace pour l’élimination de la 2,7-dichlorodibenzo-p-dioxine (DCDD) du sol appliqué au DCDD. La concentration de DCDD (250 μg/50 g de sol) dans le sol d’origine a diminué à moins de 5% après une distillation à la vapeur pendant seulement 20 min. Les résultats suggèrent que la distillation à la vapeur pourrait être une nouvelle méthode de remédiation pour les sols contaminés par les dioxines.
Mécanochimique (MC) : Dans cette technologie, l’énergie mécanique est transférée des corps de broyage au système solide par des contraintes de cisaillement ou de compression, selon le dispositif utilisé. Une partie importante de l’énergie de broyage est convertie en chaleur et une partie mineure est utilisée pour induire des ruptures, des étirements et des compressions aux niveaux micro et macroscopique ou pour effectuer une réaction. La dégradation des MC peut être facilement réalisée à l’aide de broyeurs à boulets qui sont facilement disponibles en différentes tailles (le traitement de matériaux allant jusqu’à plusieurs tonnes est possible) et constructions. Les polluants sont éliminés directement à l’intérieur d’un matériau contaminé, indépendamment de la structure complexe et de la nature forte du polluant. Cette méthode a un fort potentiel pour éliminer les déchets organiques à n’importe quel endroit souhaité avec un fonctionnement flexible grâce à l’utilisation d’une installation portable composée d’un broyeur et d’un réservoir de lavage avec un filtre. Bien que cette méthode nécessite un réactif de déchloration tel que le CaO dans l’opération de broyage, elle ne nécessite aucune opération de chauffage. Pour soutenir l’utilisation de la méthode de déchloration MC, il serait utile d’avoir une corrélation entre le taux de déchloration des déchets organiques et les conditions de broyage (MC) afin de déterminer les conditions optimales dans un réacteur MC à grande échelle. La méthode présente plusieurs avantages économiques et écologiques : le broyage à boulets ne nécessite qu’un faible apport énergétique. En raison des conditions de réaction remarquablement bénignes, les composés toxiques peuvent être convertis en produits définis et utilisables. Aucune émission nocive pour l’environnement n’est à prévoir. Cela a ouvert la voie au développement de nouveaux procédés innovants d’assainissement et de décontamination ex situ des dioxines.
Procédé de biodégradation : La biodégradation est un processus de traitement qui utilise des micro-organismes tels que les champignons et les bactéries pour dégrader les substances dangereuses en substances non toxiques. Les microorganismes décomposent les contaminants organiques en produits inoffensifs, principalement du dioxyde de carbone et de l’eau. Une fois les contaminants dégradés, la population microbienne est réduite car elle a utilisé toute sa source de nourriture. L’ampleur de la biodégradation dépend fortement de la toxicité et des concentrations initiales des contaminants, de leur biodégradabilité, des propriétés du sol contaminé et du type de microorganisme choisi. Il existe principalement deux types de microorganismes : les indigènes et les exogènes. Les premiers sont les microorganismes qui vivent déjà sur un site donné. Pour stimuler la croissance de ces micro-organismes indigènes, il peut être nécessaire de fournir au sol une température, un taux d’oxygène et une teneur en nutriments appropriés. Si l’activité biologique nécessaire pour dégrader un contaminant particulier n’est pas présente dans le sol du site, des micro-organismes provenant d’autres endroits, dont l’efficacité a été testée, peuvent être ajoutés au sol contaminé. On les appelle des micro-organismes exogènes.