Procédé de traitement d'une pollution aux composés organochlorés dans un milieu poreux saturé par injection de réactifs oxydo-réducteurs, Injection of redox reagents for remediation of water saturated porous site contaminated by chlorinated organic compounds

De
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Sous la direction de Radu Barna, Maria Aurora Fernandez
Thèse soutenue le 17 juillet 2009: INPT
La pollution des sols par les solvants chlorés constitue un problème environnemental majeur avec des conséquences importantes sur la pollution des eaux, et donc, sur l'utilisation de cette ressource essentielle. Parmi les procédés de traitement, l'oxydation in situ apparaît comme une alternative viable, de grand intérêt, en ce qui concerne le traitement des polluants en phase organique (DNAPL). L'objectif principal de ce travail a été d'analyser les limitations cinétiques contrôlant l'oxydation du percloroethylène (PCE) en phase DNAPL avec des solutions de KMnO4, et cela dans des conditions diverses d'opération : concentration d'oxydant, aire interfaciale, mode de contact et phases en contact, principalement. Au préalable à cette étude, des méthodes analytiques ont été développées, notamment pour l'analyse du PCE en phase aqueuse. Dans un système homogène à température constante et en phase aqueuse la vitesse de la réaction a été mesurée et une loi cinétique a été proposée, valable dans une gamme étendue des compositions. Puis la réaction a été étudiée en système polyphasique, L/L (réacteur agité) et S/L/L (milieu poreux). La démarche consistait à déterminer dans des expériences sans oxydant (dites de dissolution) le coefficient de transfert de matière caractéristique du système, puis de l'appliquer au calcul du nombre de Hatta. Ce critère adimensionnel apporte des informations sur la localisation de la réaction, et donc sur la vitesse relative des phénomènes de transfert et réaction en série. Dans les conditions expérimentales étudiées plusieurs régimes de fonctionnement, caractérisés par des valeurs du critère de Hatta allant de 0,03 à 3,6 ont été observés. Par conséquent, le processus d'oxydation peut être contrôlé soit par le transfert soit par la réaction, et cela que l'on soit en réacteur agité qu'en milieu poreux.
-DNAPL
-Transfert de matière
-Cinétique chimique
-SPME
-Système poly-phasique
-Milieux poreux
The pollution of soils with chlorinated solvents is a major environmental problem with important consequences for the water contamination, hence for the utilisation of this essential resource. Among the treatment processes, in situ chemical oxidation appears as a viable alternative, of great interest for the treatment of dense non aqueous phase liquids (DNAPL). The aim of this work was to analyse the kinetic limitations controlling perchloroethylene (PCE) oxidation in dense non aqueous phase liquid with permanganate (KMnO4) solutions and that in diverse operational conditions: oxidant concentration, interfacial area, contact mode and contact phases, mainly. First, analytical methods were developed, especially for PCE analyse in aqueous phase. In a homogeneous system, at constant temperature and in aqueous phase, the real reaction rate was measured and a kinetic low was proposed, applicable to a large range of compositions. Then, the reaction was studied in a multiphase system, L/L (batch reactor) and S/L/L (porous media). The procedure consisted in establishing the mass transfer coefficient of the system in experiments without oxidant (so-called of dissolution), then applying it to the identification of Hatta number. This dimensionless criterion brings us information about the reaction location and consequently, about the relative rate of the global process. In the studied experimental conditions, several operational regimes, characterised by Hatta values in a range from 0.03 to 3.6, were observed. Therefore, the oxidation process can be controlled either by transfer or by reaction and that even in batch reactor and in porous media
Source: http://www.theses.fr/2009INPT021G/document
Publié le : jeudi 27 octobre 2011
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Anée 209

En vue de l’obtention du
grade de docteur de

L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE
Délivré par : Institut National Polytechnique de Toulouse
Spécialité : Génie des Procédés et de l’Environnement

Présentée et soutenue par
Marius DRAGA
le 17 juillet 2009
Procédé de traitement d’une pollution aux composés
organochlorés dans un milieu poreux saturé par
injection de réactifs oxydo-réducteurs

Jury :
Marie-Odile SIMONNOT Professeur INPL Nancy Rapporteur
Mario DIAZ FERNANDEZ Professeur Université d'Oviedo ur
Pierre MOSZKOWICZ Professeur INSA-Lyon Examinateur
Maria-Aurora FERNANDEZ Professeur INSA Toulouse Directeur
Radu BARNA Professeur ENSTIMAC Albi
Jean Louis MOREL Professeur INPL Nancy Invité
Annette ESNAULT-FILET Ingenieur Solétanche-Bachy Invitée

Ecole doctorale : Mécanique, Energétique, Génie civile & Procédés
Unité de recherche : Centre de Recherche d'Albi en génie des Procédés des Solides
Divisés, de l'Energie et de l'Environnement

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A ceux qui m’ont donné la vie
et à Cosmina, celle qui la rend plus intéressante…
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Cette thèse a été réalisée à l’ENSTIMAC sous la direction de Mr. Radu BARNA et Mme. Maria
Aurora FERNANDEZ. Je tiens à leur témoigner mes plus sincères remerciements pour m’avoir accueilli
au sein du laboratoire RAPSODEE et leur exprimer toute ma reconnaissance pour avoir dirigé mes
travaux.

Je remercie Mme. Marie-Odile SIMONNOT et Mr. Mario DIAZ FERNANDEZ qui m’ont fait
l’honneur d’être rapporteurs de mes travaux de recherche.

Tous mes remerciements à Mr. Pierre MOSZKOWICZ, Mme. Annette ESNAULT-FILET et Mr.
Jean Louis MOREL pour avoir accepté de faire partie de mon jury de thèse.

Je remercie aux professeurs de l’Université « Politehnica » de Timisoara qui m’ont formé et plus
particulièrement à Mme. Rodica PODE.

Je tiens également à remercier l’ensemble du personnel du RAPSODEE qui a su apporter une atmosphère
pleine de gentillesse tout au long de ma thèse. J’ai une pensée particulière pour les doctorants, surtout à
Cristina S., Toma C., Francisco S., Marcio M.,… avec lesquels j’ai passé des agréables moments
au cours de mon séjour à Albi. Je leurs souhaite bon courage pour la suite.

Une pensé particulière pour mes amis d’Aurillac, Mme. Jany et Mr. Jean ROBERT, Mme. Andrée et
Mr. Paul RENARD et Mr. Bernard KLEJNICKI qui ont été à mes côtés des mes premiers jours en
France…en 2001.

Je ne manquerai pas d’adresser mes plus vifs remerciements a ma famille pour les encouragements et le
soutien accordés tout au long des ces années.

Et en fin je voudrais remercier Cosmina pour son soutien moral et non seulement … qui m’a permis
d’aboutir
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RESUME
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Procédé de traitement d’une pollution aux composés organochlorés dans un
milieu poreux saturé par injection de réactifs oxydo-réducteurs

Résumé :
La pollution des sols par les solvants chlorés constitue un problème environnemental
majeur avec des conséquences importantes sur la pollution des eaux, et donc, sur
l’utilisation de cette ressource essentielle. Parmi les procédés de traitement, l’oxydation in
situ apparaît comme une alternative viable, de grand intérêt, en ce qui concerne le
traitement des polluants en phase organique (DNAPL).

L’objectif principal de ce travail a été d’analyser les limitations cinétiques contrôlant
l’oxydation du percloroethylène (PCE) en phase DNAPL avec des solutions de KMnO , 4
et cela dans des conditions diverses d’opération : concentration d’oxydant, aire
interfaciale, mode de contact et phases en contact, principalement. Au préalable à cette
étude, des méthodes analytiques ont été développées, notamment pour l’analyse du PCE
en phase aqueuse.

Dans un système homogène à température constante et en phase aqueuse la vitesse de la
réaction a été mesurée et une loi cinétique a été proposée, valable dans une gamme
étendue des compositions. Puis la réaction a été étudiée en système polyphasique, L/L
(réacteur agité) et S/L/L (milieu poreux). La démarche consistait à déterminer dans des
expériences sans oxydant (dites de dissolution) le coefficient de transfert de matière
caractéristique du système, puis de l’appliquer au calcul du nombre de Hatta. Ce critère
adimensionnel apporte des informations sur la localisation de la réaction, et donc sur la
vitesse relative des phénomènes de transfert et réaction en série.

Dans les conditions expérimentales étudiées plusieurs régimes de fonctionnement,
caractérisés par des valeurs du critère de Hatta allant de 0,03 à 3,6 ont été observés. Par
conséquent, le processus d’oxydation peut être contrôlé soit par le transfert soit par la
réaction, et cela que l’on soit en réacteur agité qu’en milieu poreux.
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