Academic literature on the topic 'Élimination des métaux'

Depuis quelques années la pollution par les métaux lourds et devenue un problème important pour la protection de l'environnement et de nombreuses méthodes ont été développées pour éliminer les métaux toxiques présents dans l'eau. Parmi les différents procédés utilisés, la complexation-ultrafiltration est bien connue et de nombreuses études sur ce sujet sont décrites dans la littérature. Cependant, le choix de nouveaux macroligands hydrosolubles demeure important pour développer cette technologie. L'un des objectifs de ce travail était de montrer que dans ce procédé un biopolymère peut remplacer un macroligand de synthèse. Les expériences ont été menées avec de l'alginate de sodium, polysaccharide extrait des algues brunes, et porteur de groupements carboxyliques et hydroxydes capables de complexer les cations. Notre étude se divise en trois parties. Après avoir décrit, dans la première, le matériau et les méthodes utilisées, nous étudions dans la seconde les conditions de l'ultrafiltration (seuil de coupure, pression appliquée, pH, concentration ), avant de discuter dans la troisième les résultats obtenus dans le traitement de solutions contenant Cd2+, Cu2+, Mn2+ and Pb2+.

Ce travail propose un nouveau procédé d'élimination du Cu2+ par adsorption sur des résines échangeuses d'ions poreuses, mises en œuvre dans un réacteur à membrane à lit mobile de particules. Ce procédé a été étudié sur le plan cinétique pour des solutions synthétiques de Cu(II) dans de l'eau. L'application visée à moyen terme est l'intégration de cette opération unitaire dans une filière de traitement complète des effluents industriels liquides. L'étude cinétique a été réalisée avec une résine cationique forte Mono C-350H en réacteur agité fermé et thermostaté. Les isothermes d'adsorption ont été établies à 21°C et les paramètres de Langmuir et de Freundlich ont été calculés. Une étude de l'influence de la vitesse d'agitation et de la température sur la vitesse réactionnelle apparente a permis de déterminer la zone opératoire correspondant à un régime cinétique. Ce régime est obtenu pour un Reynolds d'agitation supérieur à 4700 et une température inférieure à 60°C. Dans ces conditions, l'ordre de la réaction par rapport au Cu2+ est de un et la constante cinétique exprimée par unité de masse de particules est kwapp=0,03721 lgrés-1min-1 à 21°C. L'énergie d'activation de la réaction a également été déterminée. Par ailleurs, en s'appuyant sur les résultats de l'étude cinétique, les premiers éléments de comparaison d'un réacteur classique à lit fixe et d'un réacteur original à membranes à lit de particules sont présentés. Pour le même débit à traiter, en fixant dans les deux cas un taux de conversion objectif de 95 %, le nouveau procédé permettant d'utiliser des particules de plus faible diamètre conduit à une réduction du volume de particules réactives d'un facteur 4, de la puissance énergétique à fournir au système d'un facteur 3 à 5. Les performances prometteuses de ce procédé restent à valider lors d'une étude pilote.

Résumé Au cours de ce travail, nous avons étudié l’extraction liquide - liquide et le transport du plomb à travers des membranes polymériques en utilisant le chlorure de tricapryle ammonium (Aliquat 336) comme transporteur. L’extraction du plomb par Aliquat 336 nous a permis de mettre au point les conditions optimales d’extraction et de déterminer les rendements d’extraction. Les expériences d’extraction liquide - liquide ont montré qu’un maximum de rendement était obtenu après huit minutes d’agitation à une vitesse de 2 400 (rpm). Les pourcentages d’extraction obtenus varient entre 80 à 94 % et donc une très bonne élimination du plomb a été réalisée (la concentration initiale du plomb varie entre 2 10‑6 M et 30 10‑6 M). Nous avons préparé par la suite des membranes à base du polymère triacétate de cellulose (TAC) plastifiées par le tris-ethyl-hexyl-phosphate (TEHP) et modifiées par l’extractant Aliquat 336 utilisé comme transporteur. Les membranes élaborées ont été également caractérisées par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Les valeurs obtenues pour les épaisseurs (entre 10 et 20 µm) et les densités sont tout à fait comparables à celles des supports commerciaux utilisés pour la préparation des membranes liquides supportées. L’ajout du plastifiant a donné une très bonne hydrophobie des membranes élaborées. Les expériences du transfert du plomb à travers les nouvelles membranes ont montré que les flux augmentent considérablement avec la concentration du transporteur pour atteindre un maximum à partir de 10‑3 M. D’autres paramètres caractérisant le transport (concentration initiale du métal et le pH) ont été déterminés. Un bon rendement d’élimination du plomb a été obtenu dans la gamme de pH très acide (1 ≤ pH ≤ 2).

La compréhension des processus physico-chimiques contrôlant l'évolution des métaux lourds (ML) et du rôle des conditions de fonctionnement des incinérateurs sur la génèse des vapeurs métalliques à partir du lit de déchets constituent les principaux objectifs de cette thèse
The main objectives of this study are to understand the physico-chemical phenomena which control heavy metals (HM) behaviour during municipal solid waste incineration and to define the role of operating conditions on the HM release from the waste load

Cette etude montre qu'il est necessaire d'effectuer la determination des formes sous lesquelles les metaux lourds sont presents dans les residus de digestion anaerobie des dechets urbains, pour comprendre tous les phenomenes qui regissent la reactivite de ces micropolluants. La speciation des metaux lourds est alors realisee grace a des fractionnements granulometriques, des techniques electrochimiques et une modelisation des equilibres thermodynamiques adaptee a des substrats de composition heterogene. La digestion anaerobie fixe les metaux lourds a des matieres en suspension de faibles dimensions, sous des formes tres stables constituees essentiellement de precipites avec les sulfures. Ceci reduit considerablement les risques de toxicite et la mobilite des metaux lourds dans l'environnement, toutefois une elimination des metaux contenus dans les residus de digestion anaerobie s'en trouve alors defavorisee

Afin de mieux comprendre les mecanismes physico-chimiques controlant l'evolution des metaux lourds (ml) dans les procedes d'incineration des ordures menageres (om), nous avons d'abord analyse differents types de residus solides d'usines d'incineration (uiom) par des techniques complementaires, en essayant d'etablir des tendances relatives a la speciation des ml. D'une part le piegeage chimique des ml dans les cendres ainsi que leurs mobilites respectives ont ete caracterises par la methode des extractions sequentielles. D'autre part la morphologie des cendres, la localisation, la repartition et l'environnement chimique des ml dans ces residus ont ete etudies grace a la microanalyse x. Nous avons ainsi observe que cd et zn sont fortement lixiviables, a l'oppose cr, ni et cu paraissent bien pieges au sein des cendres, pb et as presentant des comportements intermediaires avec une mobilite relativement faible. La microanalyse x, realisee seulement sur zn, pb et cr, a montre une large dispersion de zn dans les particules de cendres, alors que cr et pb sont tres localises dans de petits nodules inclus dans de grosses particules ; les matrices etant constituees d'associations complexes de silicates et d'aluminosilicates de ca, mg, na, k. Nous avons deduit de l'etude des profils de concentration des ml en fonction de la granulometrie des cendres des comportements possibles des ml pendant l'incineration. La seconde partie de ce travail a ete consacree a la preparation d'un dispositif experimental d'etude de la vaporisation des ml en lit fluidise, concu pour etudier le largage des ml lors de l'incineration des om. Nous avons mis sur pied un programme d'experiences basees sur des conditions operatoires (t, atmosphere gazeuse, temps de sejour) proches de celles des procedes reels. Parallelement, nous avons egalement commence a developper un modele d'exploitation de ces essais, couplant les transferts de matiere et chaleur avec une prevision thermodynamique du comportement des ml.

L’objectif de cette étude est de déterminer les cinétiques de vaporisation de trois métaux (cadmium, plomb et zinc) à partir de déchets modèles proches des déchets réels. La méthodologie adoptée est basée sur une méthode inverse d’identification des cinétiques de vaporisation, c’est-à-dire en interprétant un signal de sortie (concentration en ML) grâce à un modèle décrivant l’évolution du système. Une méthode originale d’analyse en ligne des métaux lourds en phase gaz a été mise en œuvre. Un protocole de mesure adapté à nos moyens expérimentaux est déterminé à partir d’une étude approfondie de la problématique de l’analyse et de l’étalonnage par spectrométrie ICP. La méthode proposée est ensuite validée par une expérience spécifique. Les différents essais, réalisés à vitesse de chauffe rapide (lit fluidisé) et lente (réacteur à lit fixe), montrent l’influence de la température, de la teneur initiale en métal, de la nature de la matrice, de l’atmosphère de combustion ou encore des phénomènes de diffusion interne sur la dynamique de vaporisation des métaux lourds. Les cinétiques de vaporisation des trois métaux étudiés sont déterminées à partir des résultats de l’analyse en ligne. Les lois cinétiques théoriques sont obtenues par identification mathématique et sont validées par confrontation avec les cinétiques expérimentales. Un modèle local de la vaporisation des métaux lourds lors de la combustion d’une particule d’ordure ménagère a été développé. L’ensemble des processus de transfert de chaleur et de masse intervenant lors de la combustion est pris en compte. Une étude paramétrique (température, géométrie de la particule, transfert de l’oxygène…) démontre que le modèle décrit correctement les phénomènes physiques mis en jeu. L’exploitation des simulations met en évidence l’influence de la température sur le régime de contrôle de la vitesse globale de vaporisation des métaux
The main objective of this study is to determinate the vaporisation kinetics of three heavy metal (cadmium, lead and zinc) from realistic artificial wastes (derived from real wastes). A global method was used to identify the kinetics of vaporisation of heavy metals from the on-line analysis of exhaust gas. A method was developed for on-line analysis of vaporised metal in any exhaust gas by coupling an ICP (Inductively Coupled Plasma) spectrometer to the gas outlet of a laboratory fluidised bed reactor. A calibration device was set up and implemented and a standard gas synthesis protocol was developed to obtain quantitative data. The experimental study, carried out in both a fluidised bed (fast heating rate) and a fixed bed (slow heating rate), addresses the influence of temperature, initial concentration, support matrix, composition of the gas and intern diffusion on vaporisation dynamics. The kinetic laws were obtained by identifying on-line results to mathematical laws and validated by comparison to experimental kinetics. A mathematical model was developed at the particle scale in order to simulate the heavy metal vaporisation during waste combustion. It takes into account the thermal transfer phenomena, the mass transfer and the chemical reactions. This model permit to understand the influence of parameters on the kinetic control of heavy metal vaporisation

Les Résidus d’Epuration des Fumées d’Incinération des Ordures Ménagères (REFIOM) sont considérés comme étant des résidus de haute toxicité en raison de leur contenu en métaux lourds solubles (Pb, As, Sn, Hg, Cu, Zn, etc. . . ) et en composants organiques (dioxines et furanes). D’ailleurs, la législation française exige leur traitement par techniques de stabilisation / solidification avant de les stocker en centre de stockage des déchets ultimes. Une technique de vitrification a été développée par Electricité de France (EDF), qui vise à stabiliser les polluants contenus dans les REFIOM. Afin de pouvoir stocker ou valoriser un déchet, il est nécessaire d’étudier son comportement à la lixiviation à long terme et en particulier la rétention des éléments toxiques dans la matrice. Le présent travail a donc pour objectif l’étude des mécanismes de dissolution d’un vitrifiat de REFIOM obtenu par le procédé d’EDF, en fonction du pH et du temps. En premier lieu, une caractérisation minéralogique du vitrifiat a été réalisée grâce à différentes techniques : la diffraction des rayons X, la microscopie électronique à balayage, la microsonde électronique, les spectroscopies Raman et Infrarouge. La méthode de Rietveld a été utilisée pour déterminer la composition du vitrifiat, laquelle est constituée d’une phase majoritaire du groupe de la mélilite (92,2 %), ainsi que de phases minoritaires du groupe des pyroxènes (5,3 %) et du groupe des spinelles (2,5 %). La composition de la solution solide du groupe de la mélilite présente dans le vitrifiat de REFIOM a été établie comme étant la suivante : Ge44Ak25SM14Ha11FeGe5. Le comportement d’un vitrifiat à long terme est fortement dépendant de sa composition minéralogique. En conséquence, trois minéraux membres du groupe de la mélilite (akermanite, gehlénite et hardystonite) ont été synthétisés (avec une pureté supérieure à 94 %) afin d’étudier leur comportement à la dissolution. Le vitrifiat de REFIOM et les minéraux synthétiques ont été soumis à un essai normalisé de lixiviation (CEN TS 14429) pour l’étude de leur comportement à la lixiviation à court et long termes. Les résultats obtenus montrent des comportements de lixiviation similaires pour le vitrifiat et les minéraux synthétiques. Par ailleurs, la caractérisation des solides issus des essais de lixiviation a principalement montré une altération de la structure cristalline d’autant plus importante que le pH est acide. Afin de connaître le comportement à long terme en prenant en compte les résultats expérimentaux, la dissolution du vitrifiat de REFIOM et celle des minéraux synthétiques ont été modélisées à l’aide du logiciel PHREEQC. Les grandeurs thermodynamiques nécessaires pour réaliser les modélisations de l’hardystonite et du vitrifiat de REFIOM ont été obtenues avec le concours du laboratoire d’Hydrogéologie, Argiles, Sols et Altérations (HydrASA) de Poitiers. Pour les modélisations des mécanismes de la dissolution du vitrifiat de REFIOM, de la gehlénite et de l’hardystonite, il a été nécessaire de considérer un modèle cinétique de dissolution de minéraux silicatés en plus du modèle géochimique. Les résultats obtenus par modélisation montrent une bonne concordance avec les résultats expérimentaux. L’ensemble des résultats obtenus a permis d’établir que les mécanismes de dissolution du vitrifiat sont contrôlés par les phases du groupe de la mélilite
The air pollution control (APC) residues are considered as highly toxic residues. A thermal process was developed by the French power supply company (EDF) in order to stabilize the potentially pollutants of APC residues. The storage or reuse of a waste requires knowledge about its long term leaching behaviour and the toxic elements retention in the matrix. This work deals with the dissolution mechanism study for an APC residues vitrified product from EDF, with respect to pH and time influence. First, a mineralogical characterization of the vitrified product was performed using X ray diffraction, scanning electron microscopy, electron microprobe, Raman and Infrared spectroscopies. The long term behaviour of the vitrified product is strongly linked to its mineralogical composition. So, three minerals from the melilite group (akermanite, gehlenite and hardystonite) were synthesized in order to study their behaviour towards dissolution. The vitrified product and the synthetic minerals were submitted to a standard leaching test to obtain information about the short and long term leaching behaviour. The results show similar leaching behaviour for the vitrified product and the synthetic minerals. Moreover, the characterization of solids recovered after the leaching tests has mainly shown increasing alteration of the crystalline structure when pH decreases. The dissolution of the vitrified product and the synthetic minerals was modelled using the PHREEQC software to assess their long term behaviour taking into account the experimental results. The results taken as a whole show that the dissolution mechanisms of the vitrified product are controlled by the melilite group phases

Une caractérisation minéralogique et physico-chimique du mâchefer de Rosiers d'Egletons a été réalisée afin de déterminer le mode de formation de ses principaux constituants et de comprendre sa nature et son évolution. Assimilé à un sol D22, il peut être utilisé en remblai ou en couche de forme. C'est un matériau présentant un enrichissement en métaux lourds significatif mais montrant un comportement face à la lixiviation satisfaisant. Sa composition chimique est proche de celle des autres mâchefers européens issus de fours à grilles. Il est constitué de 35% de phases reliques, de 40% de phases primaires et de 25% de phases secondaires. Une étude expérimentale des phases primaires a permis d'établir un modèle de cristallisation à l'équilibre auquel peut être comparé tout mâchefer afin de connaître ses conditions de fabrication au sein du four. Les assemblages de haute température présents dans le mâchefer de Rosiers d'Egletons sont issus d'une fusion partielle des déchets et semblent cristalliser dans des conditions majoritairement réductrices. Une chaussée expérimentale réalisée avec le mâchefer de Rosiers en sous-couche routière n'est pas toxique pour l'environnement, sur la période considérée, à l'exception du pH élevé. Les principales phases se formant au sein du mâchefer sont C-S-A-H (stratlingite) et des C-S-H formés par réaction pouzzolanique, des chloroalumates de calcium hydratés, des sulfochloroalumates de calcium hydratés et de l'ettringite. Ces premiers résultats doivent permettre d'alimenter les bases de données des codes de calcul géochimiques afin d'appréhender l'impact environnemental à long terme. Une synthèse des princiapaux paramètres influençant la qualité des mâchefers depuis leur fabrication jusqu'à leur utilisation en technique routière est proposée afin de vérifier que la valorisation des M. I. O. M respecte le concept de développement durable

Ce mémoire concerne l'étude du comportement des métaux lourds lors de la vitrification des résidus d'épuration des fumées issues de l'incinération des ordures ménagères (REFIOM) par arc électrique. Dans le premier chapitre sont présentés la problématique du devenir des métaux lourds lors de l'incinération des déchets ménagers, les caractéristiques des REFIOM ainsi que les procédés permettant leur stabilisation/solidification et en particulier les procédés de vitrification. Dans le deuxième chapitre on trouve la déscription d'une part du dispositif expérimental, fondé sur un creuset, rempli d'un REFIOM synthétique, placé dans la zone de couplage des jets d'un plasma à arc transféré entre deux torches jumelées bipolaires, d'autre part d' une méthode de mesure, par spectroscopie d'émission, des teneurs en vapeurs métalliques au voisinage immédiat de la surface du bain. Dans le troisième chapitre, l'auteur développe un code de calcul permettant de simuler l'évaporation non congruente des métaux lourds; les effets de la teneur en chlore dans le matériau à vitrifier et de la pression partielle d'oxygène dans l'atmosphère sont étudiés; une simulation de l'échauffement progressif du bain permettant de situer dans l'histoire thermique du processus le départ des métaux, du chlore et du soufre est présentée. Ce chapitre se termine par la présentation des résultats obtenus. Le quatrième chapitre rassemble les résultats expérimentaux qui sont ensuite confrontés à ceux du modèle: les influences de la pression partielle d'oxygène dans la phase gazeuse, de la température, de la composition de la fonte sur la vitesse d'évaporation des différents éléments étudiés- Pb, Zn, Cd, Cr- sont mises en évidence
This work is devoted to the study of heavy metals behavior during arc plasma vitrification of fly ash. In the first part, the fate of heavy metals during incineration of domestic wastes is followed; physicochemical properties of fly-ash and the process - especially vitrification - to stabilize and to solidify this hazardous waste are presented with special attention to long-term containment quality. In the second part, the experimental set-up is described: a crucible, filled with synthetic fly-ash in which metallic salts and oxides are added, is set in the coupling zone of plasma arc transferred between two bipolar electrodes. Metallic vapours densities in the gaseous phase above the melt surface are measured by optical emission spectroscopy. In this chapter, is also briefly presented the mass spectrometric analysis of the exhaust gases. In the third chapter, a model to predict the evaporation of some heavy metals, of chlorine and of sulfur, from the melt is presented: the influence of the chlorine content in the chemical mixture to be vitrified and also the influence of the oxygen partial pressure in the gaseous phase are studied; finally the progressive heating of the system is considered. In the last chapter, for Pb, Cd, Zn and Cr, the experimental results are gathered in front of the modeling ones. The influences of the oxygen partial pressure in the gaseous phase and of chlorine content of the melt are enlightened

La stabilisation des cendres volantes - residus principalement composes d'oxydes - est de nos jours un probleme important. Quelle que soit la solution choisie (enrobage ou vitrification a haute temperature), il est essentiel de connaitre les domaines de stabilite de ces materiaux pendant les differents traitements. Par une approche thermodynamique phenomenologique et au moyen du logiciel thermo-calc, nous avons essaye d'estimer les domaines de stabilite de systemes contenant oxydes refractaires - al#2o#3, cao, mgo, sio#2 - et oxydes de metaux lourds -cdo, nio, pbo-.

Le thème de "Purification de l'Eau" gagne en importance de par le monde avec la prise de conscience que l'eau est une ressource précieuse et épuisable. Cette thèse concerne la préparation et la caractérisation de monolithes fonctionnalisés. Ces dernières polymérisés dans un moule sont des matériaux poreux de corps unique qui ne présentent pas de vide interstitiel comme cela est le cas lorsque l'on utilise des billes poreuses. Des monolithes à base de polystyrène fonctionnalisés par des groupes amine et amide ont été obtenus et utilisés pour la rétention des métaux lourds et de certaines bactéries. Les tests montrent que les monolithes possèdent non seulement une prometteuse capacité de rétention des métaux et d'asorption de bactéries, mais encore une bonne recyclabilité.

Deux voies ont été développées pour valoriser les boues : - la démétalisation par action d'agents complexants - la conversion en produits valorisables, notamment en combustibles. Dans la première partie, nous avons défini les critères objectifs permettant de décider avec sécurité pour l'environnement quelles sont les boues des stations d'épuration aptes à être utilisées par l'agriculture. Actuellement, les boues des stations d'épuration comportent des proportions majoritaires de particules colloïdales, minérales et organiques retenant d'importantes quantités de métaux lourds toxiques (Zn, Pb, Cu, Hg). Le travail entrepris avait pour but de libérer les métaux lourds fixes sur la gangue minérale et organique de manière à rendre la boue utilisable en agriculture. Nous avons mis en évidence qu'une mobilisation de métaux nécessitait des concentrations élevées en extractants minéraux ou organiques. Le rôle joue par le pH des suspensions est également important car l'acidité ou la basicité du milieu peuvent à elles seules libérer les métaux des carbonates et sulfures, et détruire certains complexes organiques. Dans la seconde partie, nous avons procédé à la conversion de la boue en produits valorisables (gaz, huile, charbon) par pyrolyse sous pression de vapeur d'eau. Nous avons en particulier examiné l'efficacité de divers catalyseurs (carbonates, argiles). Les paramètres opératoires, favorables à un rendement important en huile et gaz, ont été déterminés