Découvrir une technologie respectueuse de l’environnement permettant de fournir un traitement efficace et à faible coût pour les sols contaminés par des HAP.
Les sols contaminés présentent des concentrations élevées en produits chimiques ou d’autres substances dues à l’utilisation de la terre par l’homme. Les contaminants du sol peuvent influencer la qualité du sol et la santé, la surface et les eaux souterraines, rendant vulnérable la nature et la viabilité des écosystèmes.
Par conséquent, le gouvernement, l’industrie et le public reconnaissent aujourd’hui les risques potentiels que les mélanges complexes de produits chimiques tels que les hydrocarbures pétroliers totaux (TPH), les biphényles polychloro (BPC), les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), les métaux lourds et les pesticides font peser sur la santé humaine et l’environnement un lourd tribut.
Environ 300 000 sites à travers l’Europe sont estimés être contaminés par les activités humaines passées et présentes. En conséquence, en réponse d’un besoin croissant pour lutter contre la contamination de l’environnement, de nombreuses technologies d’assainissement ont été développés pour traiter les sols, lixiviats des eaux usées et des eaux souterraines.
Hydrocarbures aromatiques polycycliques ou hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des composés chimiques constitués de deux ou plusieurs cycles aromatiques condensés dans un agencement linéaire ou en cluster. Elles sont produites par la combustion incomplète et la pyrolyse des matières organiques.
Les deux sources naturelles et anthropiques telles que les feux de forêt, les éruptions volcaniques, les émissions des véhicules, le chauffage au bois résidentiel, le craquage catalytique du pétrole et de la combustion industrielle des combustibles fossiles contribuent à la libération de HAP dans l’environnement. Toutefois, les déversements d’hydrocarbures pétroliers ont été plus fréquents au cours des dernières décennies que de nos jours. Leur particularité est qu’ils sont fortement hydrophobes. Les HAP sont facilement adsorbé sur la matière organique des particules solides étant catalogués comme micropolluants persistants. Les hydrocarbures répandus sur les sols est un sujet de préoccupation. Les HAP peuvent être enlevés par des procédés d’assainissements naturels tels que la photo-oxydation, l’évaporation, la dissolution ou la biodégradation. Alternativement, ils peuvent être séquestrés dans les structures de la matière organique et minérales du sol. Des quantités importantes de contaminants sont retenues dans les sols. La dégradation des contaminants montre une période initiale rapide qui diminue avec le temps.
Selon l’hypothèse de la séquestration des contaminants, les contaminants deviennent moins extractible et moins biodisponible par la séquestration dans la matrice du sol au cours du vieillissement. Cependant, en général, trois et quatre composés des HAP montrent plus de biodisponibilité que cinq et six anneaux-HAP. Ces derniers composés sont fortement absorbés dans la structure microporeuse des particules. Sur la base de ces hypothèses, trois et quatre cycles de HAP de sols contaminés pourraient poser un plus grand risque pour l’environnement.
HAP
Il est très difficile de trouver une méthode efficace de nettoyage des sols. Les technologies d’assainissement conventionnelles, telles que l’extraction des vapeurs du sol ou bioaération, nécessitent des années pour produire des réductions de concentration de 50 à 90%, en fonction du type de sol et la volatilité ou la biodégradabilité des contaminants. Pendant ce temps, la biodégradation est limitée par la faiblesse des taux de transfert de masse dans la matrice du sol. En général, l’échelle de temps nécessaire est relativement grande, et le niveau de contaminant résiduel réalisable ne peut-être pas toujours le cas. Les technologies moins conventionnels tels que l’oxydation chimique, CO 2 des procédés basés sur l’oxydation à l’air humide et les procédés d’oxydation directe par l’intermédiaire d’agents oxydants, sont de nouvelles techniques prometteuses qui permettent d’augmenter le taux de dégradation des hydrocarbures dans les sols. Les avantages les plus importants sont la période de traitement rapide et la capacité de traiter les contaminants présents à des concentrations élevées.
Le traitement de Fenton
Quel est réactif Fenton? Le réactif de Fenton est une solution de peroxyde d’hydrogène et d’un catalyseur à base de fer qui est utilisé pour oxyder les contaminants. Il a été développé dans les années 1890 par Henry John Horstman Fenton.
Le Fer ferreux est oxydé par le peroxyde d’hydrogène pour le fer ferrique, un radical hydroxy, et un anion hydroxyle. Le fer est alors réduit en nouveau à fer, un radical superoxyde, et un proton par le même peroxyde d’hydrogène. Le résultat net est une dismutation du peroxyde d’hydrogène pour créer deux espèces radicalaires de l’oxygène différentes, avec de l’eau (H + + OH-) en tant que sous-produit.
Même après plus de 100 années d’étude et utilisation dans le traitement de l’eau, in situ les méthodes d’assainissement ont retardé l’utilisation du réactif Fenton en raison de problèmes de sécurité. La réhabilitation des sols et des eaux souterraines est réalisée par injection de ce puissant oxydant chimique et une réaction en chaîne est initiée, en formant plus de radicaux, qui sont très réactifs et détruisent les liaisons chimiques des composés organiques. En outre, l’ajustement du pH utilisant un acide fort tel que l’acide sulfurique (H 2 SO 4 ) ou de l’acide chlorhydrique (HCl), est courante car les réactions du réactif de Fenton classique est plus rapide et efficace dans des conditions de faible pH (pH de 2 à 4 est optimale ).
Ozone
L’ozone est défini comme une molécule triatomique, consistant en trois atomes d’oxygène, et il est formé à partir du dioxygène par l’action de la lumière ultraviolette.
Parmi les technologies qui peuvent être appliquées “in situ” ou “sur place” application de l’ozone du sol est catalogué comme l’un des systèmes les plus prometteurs. L’ozone moléculaire (ou sa décomposition primaire radical) réagit de façon constante avec un nombre élevé de contaminants organiques et inorganiques. L’injection de gaz d’ozone pourrait attaquer directement les composés cibles, ou encore, il peut se décomposer sur des oxydes métalliques dans le sol de surface pour produire le radical hydroxyle non spécifique qui à son tour peut oxyder / minéraliser les polluants absorbés adjacents. L’efficacité de l’ozone dans le traitement du sol a été évaluée soit au niveau des laboratoires.
Ses principaux avantages comme oxydant dans le sol et l’assainissement des eaux souterraines sont: la destruction des polluants ciblés; réaction rapide – le processus permet une exécution rapide; les contaminants sont détruits plutôt que transférés d’une phase à l’autre; réaction propre – pas de sous-produits dangereux; et des micro-bulles agissent pour extraire les polluants de la nappe phréatique et les pores du sol, donc agissant à travers l’ensemble du sol.
Supercritique CO 2 , solvant vert pour le 21e siècle
Les fluides supercritiques (SCF), en particulier le dioxyde de carbone supercritique «solvants verts pour le 21e siècle». SCF offrent des propriétés qui sont les intermédiaires entre les liquides et les gaz.
Le dioxyde de carbone se comporte généralement sous forme de gaz dans l’air à température et pression (STP), standard ou comme un carbonique solide quand elle est congelée. Si la température et la pression sont tous deux augmentés de STP pour être égal ou supérieur au point critique du dioxyde de carbone, on peut adopter des propriétés à mi-chemin entre un gaz et un liquide. Plus précisément, il se comporte comme un fluide supercritique au-dessus de sa température critique (304,25 K) et de pression critique (72,9 atm ou 7,39 MPa). Ses propriétés peuvent être résumées en plus faible viscosité et conductivité thermique que dans les liquides et les meilleures caractéristiques de diffusion. Le dioxyde de carbone ne nécessite pas une quantité excessive d’énergie pour obtenir des conditions supercritiques. En outre, d’autres avantages sont le faible coût du dioxyde de carbone, haute stabilité chimique et l’absence de toxicité.
Toutes ces propriétés font du CO supercritique un solvant industriel en raison de son rôle dans l’extraction chimique en plus de sa faible toxicité sur l’impact environnemental. La température relativement basse du processus et de la stabilité du CO 2 permet également la plupart des composés d’extraire avec peu de dommages ou de dénaturation les polluants. Ainsi, l’utilisation de CO supercritique 2 dans les processus d’assainissement des sols a été récemment envisagée. Les avantages de l’utilisation de CO 2 comprennent l’affinité des contaminants non polaires qui sont étroitement adsorbés dans les particules solides.
L’installation du système de surveillance Vadose (VMS) a été réalisée avec succès en Belgique en Juin 2013.
L’objectif est de développer une méthodologie qui est en mesure de quantifier les flux de contaminants, d’identifier leurs sources et les voies et comprendre les différents processus réactifs dans le sol et les eaux souterraines.
L’expérience combinée composée d’un test traceur effectuée directement dans la zone non saturée par des anneaux d’infiltration, sont situées dans un bassin d’infiltration. Pour ce faire, un manchon flexible a été installé dans un trou de forage incliné avec l’objectif de capture d’un traceur infiltré dans tout matériau non perturbé au-dessus du trou de forage. Pour mesurer la teneur en eau, le temps des sondes flexibles de domaine de réflectométrie (FTDR), qui contiennent des guides d’ondes en acier inoxydable, ont été installés dans la paroi extérieure du manchon flexible. En outre, le Vadose Ports d’échantillonnage (VSP) a été placé dans la paroi interne du manchon souple pour l’échantillonnage de l’eau des pores dans la zone non saturée. Enfin, des forages supplémentaires ont été installés dans la zone non saturée dans le but de surveillance des traceurs qui se déplacent dans la zone saturée.
Les perspectives de cette expérience est d’utiliser les avantages de la combinaison du système de surveillance Vadose et techniques géophysiques dans le but de développer un modèle conceptuel qui caractérise mieux le transport des polluants dans la zone non saturée des sites industriels. L’objectif est d’utiliser une telle méthode comme une approche pour améliorer l’évaluation des risques et des mesures d’assainissement de la zone non saturée.
Au cours des dernières décennies, l’augmentation de la population humaine, le développement économique et l’émergence de marchés mondiaux, ont donné lieu à d’immenses pressions sur les ressources naturelles, et ces pressions devraient s’intensifier davantage au cours des prochaines décennies. Tout au long de ce projet, nous cherchons à répondre à une solution aux quatre questions techniques et socio-économiques particulières de l’utilisation durable et le développement des ressources en eaux souterraines en Europe, les besoins actuels et futurs afin de protéger, d’améliorer et d’accroître la qualité et la quantité des ressources en eau souterraine, des stratégies rentables et durables en matière de médiation pour les sols et la contamination des eaux souterraines; énorme héritage de sites contaminés impact des eaux souterraines à travers l’Europe qui compromet le bien-être et le développement durable socio-économique des Etats membres, et la pénurie chronique de professionnels qualifiés dans ce domaine pour faire face à ces problèmes.
Petra Hedbavna, de l’Université de Sheffield et son compatriote du projet, utilise des piles bactériennes pour produire de l’électricité à partir de pollution des eaux souterraines. Fondamentalement, la bactérie peut éliminer les composés toxiques dans des solutions aqueuses et produire de l’électricité en même temps que les polluants sont retirés. À cet égard, Petra explique que les eaux souterraines peuvent être contaminées par des composés organiques qui compromettent la qualité de l’eau. En outre, il est connu que les bactéries présentes dans les eaux souterraines sont capables de dégrader cette pollution, mais ils ont besoin d’oxygène pour la respiration, qui peut être fourni avec la technologie traditionnelle, le pompage d’oxygène, par consomme de l’électricité. Cependant, une nouvelle technologie est en cours où l’électricité est produite alors que la contamination est biodégradable au moyen de ce qu’on appelle – les piles à combustible microbiennes . Cette technologie de pile à combustible microbienne utilisée pour l’amélioration de la biodégradation est potentiellement très durable parce que l’électricité n’est pas consommée mais produite. Les piles à combustible microbiennes utilisées pour améliorer la biodégradation sont encore en développement, seulement testé dans des conditions de laboratoire. La quantité d’électricité produite par cette technologie n’est pas importante, et on ne va pas résoudre la crise énergétique mondiale avec cela. Les principaux avantages sont l’augmentation du taux de biodégradation de la contamination et des économies d’électricité.
Il est également important de noter que non seulement les scientifiques développement de nouvelles technologies de production d’électricité qui peuvent faire une différence pour l’environnement. L’économie d’énergie au travail et à la maison sur une base quotidienne peut diminuer la consommation mondiale d’électricité de manière significative. L’Université de Sheffield favorise les économies d’électricité par un programme appelé Energy Matters. L’argent économisé sur les factures d’électricité est utilisée pour les bourses d’études.
Une autre possibilité pour enlever les polluants des eaux souterraines en utilisant des systèmes multi-barrière (PRMB) réactives perméables comme durable in situ technologie pour l’assainissement des eaux souterraines contaminées par des contaminants organiques / inorganiques mixtes. Franklin Obiri-Nyarko, de Hydrogeotechnika Ltd en Pologne, étudie de nouveaux matériaux réactifs et potentiellement approprié pour traiter ces contaminants, ainsi que l’évaluation et l’amélioration de la performance à long terme du système PRMB. La mise au point de ses expériences sont sur l’évaluation de l’efficacité d’élimination de ces matériaux, la compréhension des processus d’élimination des contaminants, afin d’en déduire les paramètres d’obstacle majeur au développement du système de PRMB à l’échelle pilote. La performance de l’installation du pilote couplée avec des études de modélisation sera utilisée pour évaluer la longévité du système. Les résultats vont jouer un rôle majeur dans l’amélioration de la compréhension générique et l’avancement des connaissances sur les aspects scientifiques et techniques de cette technologie.
Cette vision du projet est juste une petite partie sur laquelle l’ensemble du projet est constitué. 14 stagiaires sont impliqués en provenance de 20 partenaires académiques et industriels à travers cinq pays différents fournissent au projet une intégration étroite des divers aspects scientifiques, techniques, environnementales et socio-économiques.
Au moins un tiers de tout ce que nous cultivons sur cette planète est perdue entre le terrain et le consommateur. C’est une question d’éthique, économique et environnemental étant donné l’énorme gaspillage d’énergie, d’eau, d’engrais et autres, est produite mais jamais mangé. Chacun de nous peut faire quelque chose à ce sujet. Ainsi nous invitons les gens à travers le monde à faire un effort et à prendre des mesures pratiques que ce soit dans votre maison, quand vous achetez au supermarché ou bien n’importe où. Parce que, par la réduction du gaspillage alimentaire, nous pouvons économiser de l’argent, réduire les impacts environnementaux et rendre la production alimentaire plus durable et résiliente. Plus important encore, nous pouvons progresser vers un monde où tout le monde mange à sa faim.
Voir aussi sols diagnostic et pollution des sols
