Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La dépollution des sols et nappes par oxydation chimique in situ consiste à injecter dans le milieu contaminé un oxydant destiné à dégrader le polluant ciblé en composés moins toxiques, si possible jusqu’à la minéralisation. Cette méthode s’adresse à des polluants organiques. Après avoir rappelé les bases de l’oxydation, cet article présente les principaux oxydants et leur mise en œuvre depuis l’échelle du laboratoire à celle du site, en prenant en compte les aspects hygiène et sécurité.
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–Soil and groundwater clean-up by in situ chemical oxidation (ISCO) consists in injecting an oxidant into the contaminated medium. This oxidant aims at degrading the target pollutant into less toxic compounds, if possible up to mineralization. This method is devoted to organic pollutants. After recalling the fundamentals of oxidation, this article presents the conventional oxidants and their implementation from the lab scale to the site scale, taking into account safety aspects.
Auteur(s)
-
Marie-Odile SIMONNOT : Professeur en Génie des procédés à l'université de Lorraine (Nancy)
-
Véronique CROZE : Chef du Département travaux de dépollution – ICF Environnement (Gennevilliers)
INTRODUCTION
L'oxydation chimique in situ est une technique physico-chimique de dépollution des eaux souterraines et des sols contaminés par des composés organiques [J 3 981]. Elle consiste à injecter dans la nappe ou le sol des réactifs oxydants, liquides, solides ou gazeux, afin qu'ils réagissent avec les polluants au niveau du panache et/ou de la zone source. Le point déterminant est le contact entre le réactif oxydant et les polluants visés, sachant que les polluants sont partagés entre la phase aqueuse, la matrice poreuse et éventuellement une phase liquide non aqueuse (NAPL). L'oxydation s'adresse à des polluants relativement légers comme les composés chlorés volatils, le benzène, le toluène, les xylènes et à des composés de masse molaire plus élevée, comme les hydrocarbures aromatiques polycycliques. L'objectif du traitement est de dégrader les polluants en substances moins toxiques ou plus rapidement biodégradables, voire dans le cas d'une oxydation complète, en dioxyde de carbone, eau et éventuellement halogènes.
Cette technique, bien adaptée et maîtrisée pour le traitement des nappes, se développe de plus en plus pour la zone non saturée du sol.
Les oxydants les plus utilisés sont le permanganate de potassium ou de sodium, le peroxyde d'hydrogène combiné au fer (II) (réactif de Fenton), le persulfate de sodium, le percarbonate de sodium et l'ozone. Le choix de l'oxydant dépend des polluants et des caractéristiques du site à traiter. Les oxydants usuels étant solubles dans l'eau, la dégradation s'opère principalement en phase aqueuse, ce qui favorise la dissolution des phases libres. La principale condition de réussite du traitement est d'arriver à privilégier le contact entre oxydant et polluant pendant une durée suffisante pour que la réaction soit possible.
La sélection de cette technique et son application nécessitent au préalable, de caractériser le site à traiter et d'effectuer des tests au laboratoire. Les tests en laboratoire sont destinés à sélectionner l'oxydant le plus approprié et à déterminer les quantités à mettre en œuvre. Si les résultats sont positifs à cette échelle, c'est-à-dire si l'on parvient à dégrader les polluants avec des doses raisonnables d'oxydant, la faisabilité est testée à l'échelle pilote, afin d'obtenir des données pour le dimensionnement, mettre en place le suivi, définir les conditions d'hygiène et sécurité et prévoir les coûts de traitement. On pourra ensuite mettre en œuvre le traitement sur site. L'oxydation in situ peut être combinée à des traitements de finition, notamment des traitements par biodégradation.
Il existe un grand nombre d'ouvrages sur l'oxydation chimique in situ . Le présent dossier a pour objectif de rappeler les bases de l'oxydation chimique, de donner les caractéristiques des principaux oxydants et de décrire les différentes étapes du traitement, du laboratoire au site.
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Oxydants
En anglais
1. Bases de l'oxydation
On distingue deux types de réactions d'oxydation : celles qui mettent en jeu un transfert d'électrons et celles qui obéissent à un mécanisme radicalaire.
1.1 Réactions avec transfert d'électrons
L'oxydation est une réaction chimique au cours de laquelle un composé réducteur (ou donneur d'électrons) cède des électrons. La réduction est un gain d'électrons par un composé oxydant (ou accepteur d'électrons).
L'oxydation d'un composé s'accompagne toujours de la réduction d'un autre. La réaction globale d'oxydoréduction est la somme des deux demi-équations précédentes :
On définit un couple oxydant/réducteur ou « redox » comme les deux formes oxydées et réduites d'un même composé, par exemple Fe2+/Fe. Ces couples sont classés selon un critère qui est le potentiel d'oxydoréduction ou potentiel redox E0. Le potentiel redox standard est une grandeur empirique définie par rapport à une référence qui est le potentiel standard du couple H+/H2 à pH 0 à 25 oC. Il est exprimé en volts (V) et est mesuré généralement par une électrode normale à hydrogène (ENH). Les potentiels redox standards des oxydants usuels pour le traitement des sols et nappes sont donnés dans le tableau 1.
Un potentiel redox élevé indique un oxydant fort. On peut prévoir le sens d'une réaction d'oxydoréduction en comparant les potentiels redox des deux couples impliqués. Si
, l'oxydant du couple redox (1) est plus fort que l'oxydant du couple redox (2) et vice versa pour les réducteurs, ainsi la réaction globale attendue est :
...
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Bases de l'oxydation
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ITRC - Technical and regulatory guidance for in situ chemical oxidation of contaminated soil and groundwater (Guide technique et réglementaire pour l'oxydation chimique in situ des sols et nappes contaminés). - 2nd ed., ISCO-2, DC, Interstate Technology and Regulatory Council, in situ Chemical Oxidation Team, Washington DC (2005) http://www.itrcweb.org
-
(2) - HULING (S.G.), PIVETZ (B.E.) - In situ chemical oxidation (Oxydation chimique in situ). - US EPA Engineering issue, EPA/600/R-06/072, Office of Research and Development National Risk Management Research Laboratory, Cincinnati (2006).
-
(3) - TOUZE (S.), IGNIATIDIS (I.), SAADA (A.), GABORIAU (H.) - État de l'art sur la technologie de dépollution des sols et des eaux souterraines par oxydation in situ. - BRGM/RP 54096-FR (2005).
-
(4) - SIEGRIST (R.L.), CRIMI (M.), SIMPKIN (Th.J.) (Eds) - In situ chemical oxidation for groundwater remediation (Oxydation chimique in situ pour la décontamination des aquifères). - Springer, 678 p. (2011).
-
(5) - SIEGRIST (R.L.), URYNOWICZ (M.A.), WEST (O.R.), CRIMI (M.), LOWE (K.S.) - Principles and practices...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Énergie, rubrique sites et sols pollués http://www2.ademe.fr/
Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Énergie, sites et sols pollués/techniques de traitement des eaux souterraines/oxydation chimique/exemples http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=-1=96=3=22841#theme4
Base de données sur les sites et sols pollués ou potentiellement pollués appelant une action des pouvoirs publics, à titre préventif ou curatif http://basol.environnement.gouv.fr/
BRGM portail sites et sols pollués https://www.brgm.fr/fr/actualite/actualite/brgm-diffuse-donnees-nationales-sites-sols-pollues
BRGM rapport sur l'oxydation à télécharger http://www.brgm.fr/Rapport?code=RP-54096-FR.pdf
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