Development of an active method by electromigration for remediation of harbor sediments polluted by tributyltin
Développement d'une méthode de décontamination active des sédiments portuaires pollués en tributylétain par électromigration
Résumé
Legislation for dredged material is becoming more severe. Remediation strategies for pollutants and organotin compounds more specifically are becoming a very important issue. This is particularly the case for tributyltin (TBT) due to its high toxicity. Different methods for remediation of polluted sediments exist. Some are based on natural attenuation phenomenons which are often long and limited to some pollutants, while others stabilize and confine the pollution by chemical or thermal treatment. The use of electroremediation for dredge sediments is a novel approach which has been applied to contaminated soils. This innovative technology for sediments has only received few applications at the pilot or industrial stage on an international basis. The basic principle of the electro remediation is to exploit the migration of ionic species under the effect of an electric field between one or more cathodes and one or more anodes located in a porous medium. The main phenomena for remediation are: electromigration, for ionic species, to the corresponding electrode (to the cathode for cations, to the anode for anions) and electroosmosis, for uncharged species, mostly to the cathode. The effectiveness of electroremediation is controlled by the flow of pollutants in the soil solution, their transport velocity and their concentration in the liquid phase. Thus, optimization of the processes depends simultaneously on electrochemical factors that control the transport of pollutants and on physical and chemical factors that influence the matter transfer. In this thesis, several experiments were conducted on a solid matrix model and on a real sediment to study the effect of decontamination of theses matrices under electroremediation. The matrices were a model contaminated sediment (TBT spiked kaolin) and severely contaminated sediment. Decontamination experiments were performed under various conditions of pH and potential electrical gradient. These conditions were also applied to contaminated sediments. Results for the decontamination of sediments show that a TBT reduction level better than 90 % can be obtained for the solid matrix model, TBT spiked kaolin, and can reach up to 70 % reduction for natural sediment. They also show that the compounds preferentially move to the cathode. We have identified the competition between two mechanisms: transfer / transport of butyltin to the electrodes and transport of reactive which help the in-situ degradation of these species. This work has demonstrated very promising results for the active degradation of TBT at pilot stage. They offer a promising alternative for the active remediation of contaminated sediments from dredging operations.
Avec une législation devenant de plus en plus stricte concernant les sédiments de dragages, la décontamination des polluants et plus particulièrement, à cause de leur forte toxicité, des composés organostanniques, notamment le tributylétain (TBT) représente un enjeu très important. Différents procédés de décontamination des sédiments pollués existent. Certains reposent sur les phénomènes d'atténuation naturelle souvent longs et limités à certains polluants, tandis que d'autres consistent à stabiliser et confiner la pollution par voie chimique ou thermique. L'électrodécontamination est une technique innovante qui n'a encore reçu que peu d'applications au stade pilote ou sur le terrain au plan international. Le principe de base de ce procédé consiste à exploiter le déplacement d'espèces ioniques polluantes sous l'effet d'un champ électrique entre une ou plusieurs cathodes et une ou plusieurs anodes implantées dans un milieu poreux. D'une manière simplifiée, la dépollution qui s'effectue essentiellement par électromigration pour les espèces ioniques (métaux libres...) vers l'électrode correspondante (cathode pour les cations et anode pour les anions) et par électroosmose pour les espèces neutres (composés organiques ou organométalliques neutres...) le plus souvent vers la cathode. Son efficacité est contrôlée par le flux de polluants dans la solution du sol donc par leur vitesse de transport et de leur concentration dans la phase liquide. L'optimisation du procédé dépend donc simultanément de facteurs électrochimiques qui contrôlent le transport des polluants et de facteurs physico-chimiques qui influencent le transfert de matière. Plusieurs expériences ont été menées sur un modèle de matrice solide (kaolinite dopée en tributylétain (TBT)) et sous diverses conditions de pH et de gradient de potentiel. Des essais ont été également réalisés sur un sédiment naturel avec diverses conditions opératoires concernant le pH, le gradient de potentiel et la température. Les résultats montrent que nous obtenons des pourcentages d'abattements en TBT supérieurs à 90 % pour un modèle de matrice solide, la kaolinite dopée en TBT, et peuvent atteindre jusqu'à 70 % d'abattement pour un sédiment naturel. Ils montrent également que les composés migrent préférentiellement vers la cathode. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence la compétition entre deux mécanismes : le transfert / transport des composés butylés de l'étain vers les électrodes et le transport du réactif facilitant la dégradation in-situ de ces espèces. Les travaux ont montré des résultats très satisfaisants et extrêmement prometteurs quant à l'application du procédé au stade pilote. Ils ont ouverts une voie particulièrement intéressante sur la décontamination des sédiments et leur gestion future.
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