Définir les modalités de gestion de la pollution des sols

Exercice de compréhension

Une commune du littoral atlantique souhaite décontaminer 300 tonnes de sable de plage pollué par du gadolinium (Gd). Le diagnostic effectué par une société spécialisée montre que deux traitements sont possibles et doivent se dérouler ex-situ :

- traitement par voie chimique en complexant le Gd2+ avec de l'EDTA ;

- traitement par voie biologique où la bactérie AE CH34 est utilisée comme complexant.

Avant de passer à la phase de traitement, une simulation au laboratoire doit déterminer lequel de ces deux traitements est à envisager. Une étude préliminaire montre que l'adsorption du Gd sur la bactérie est optimale en phase stationnaire de croissance dans un milieu riche. La quantité maximale adsorbée qmax = 110 µmoles Gd/g MS ou 16,42 µmoles Gd/g MH (MS = matières sèches, MH matières humides), avec la masse molaire du Gd de 451 g.

On se propose de suivre la désorption du Gd par méthode biologique et chimique lors d'essais de simulation en colonnes (Figure 1).

  • colonne 1 : colonne témoin (sable + Gd) recevant 3 litres de NaCl 9‰

  • colonne 2 : colonne essai AECH34 (sable + Gd) recevant 3 litres d'une suspension de AECH34 dans NaCl 9‰.

  • colonne 3 : colonne essai EDTA (sable + Gd) recevant 3 litres d'une solution d'EDTA + NaCl 9‰.

3 compartiments Témoin/AECH34/EDTA dont le contenu passe dans des colonnes remplies de sable puis récupéré dans des flacons de récupération de l'effluent de sortie.
Figure 01 : montage expérimental

Du sable pollué est introduit dans des colonnes de 30 cm de haut à raison de 60 grammes de sable sec. La concentration en Gd est de 45,53 mg/60 g de sable sec. Le volume interstitiel de la colonne est de 14 ml.

Le montage comporte une pompe qui alimente 3 colonnes. Les solutions ou suspension percolent du haut vers le bas. L'expérience dure 5 jours. On répondra tout d'abord à 2 questions avant de commenter les résultats de l'expérience.

Question

Quantité de bactéries à resuspendre

Dans les 3 litres de NaCl, une quantité suffisante de bactéries doit être resuspendue afin de garantir l'adsorption maximale (théorique) du Gd.

Connaissant le qmax de la souche pour le Gd, calculez la masse humide de bactéries à mettre en suspension dans les 3 litres de NaCl.

Question

TRH (temps de résidence hydraulique)

Le débit est ajusté à 20 mL /h, calculez le TRH des bactéries dans la colonne de sable.

Question

Simulation

Les résultats de simulation (dosage de Gd pendant les 5 jours en phase liquide ou dans le sable) sont indiqués dans la figure 02.

Quels sont les avantages et les inconvénients des 2 méthodes ?

Quelles sont les solutions pour améliorer les performances biologiques du procédé ?

Commentez cette figure.

Répartition du Gadolinium dans les différents compartiments (bactéries, sables, liquide vecteur) après 5 jours d'expériences. Témoin 100 % restant dans le sable ; Chimique 69 % extrait dans le liquide 31 % restant dans le sable ; Biologique 36 % extrait sur les bactéries 0 % dans le liquide 36 % restant dans le sable.
Figure 02 : Répartition du Gd dans les différents compartiments (bactéries, sables, liquide vecteur) après 5 jours d'expérience.

Question

Quelle masse de bactéries doit-on prévoir pour traiter 300 tonnes de sable ?

Conférence Maylis Desrousseaux - Le droit appliqué aux sols polluésFin
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