Assainissement durable des sols : efficacité et cinétique des agents chélateurs IDS et GLDA

1. Défis mondiaux en matière de pollution par les métaux lourds du sol et de technologies d'assainissement

Les polluants de métaux lourds dans le sol pénètrent dans le corps humain par la chaîne alimentaire et d'autres canaux, posant de graves risques pour la santé humaine. La pollution par les métaux lourds dans le sol est devenue une préoccupation mondiale et doit être traitée de toute urgence. La recherche et l'application pratique des technologies d'assainissement des sols contaminés par les métaux lourds sont essentielles pour résoudre ce problème.

L'élimination et la passivation sont actuellement les principales technologies pour lutter efficacement contre la pollution par les métaux lourds dans le sol. Parmi elles, la technologie de lixiviation du sol peut transférer rapidement et efficacement les métaux lourds de la phase solide du sol à la phase liquide, ce qui permet de les éliminer, et a donc attiré une large attention. La clé de la lixiviation chimique est la sélection d'agents de lixiviation. Les agents traditionnels comprennent les acides inorganiques, les agents chélateurs et les tensioactifs. Cependant, les acides inorganiques endommagent souvent la structure du sol, tandis que les agents chélateurs courants (tels que l'EDTA) restent dans le sol en raison d'une faible biodisponibilité. Les tensioactifs peuvent être coûteux ou toxiques. Par conséquent, il est urgent d'avoir des agents de lixiviation respectueux de l'environnement avec une efficacité élevée, des dommages minimaux au sol et une faible toxicité.

2. Profils techniques des agents chélateurs verts : IDS et GLDA

Ces dernières années, les agents chélateurs biodégradables, l'acide iminodisuccinique (IDS) et l'acide glutamique N, N-diacétique (GLDA), ont attiré une attention considérable. Des études montrent que l'IDS se dégrade rapidement, avec une décomposition de 80 % après seulement 7 jours, et reste stable sur une large plage de pH. Le GLDA, produit à partir de la fermentation du sucre de maïs en utilisant la biomasse comme source de carbone, se dégrade d'au moins 60 % en 28 jours.

L'IDS est considéré comme un produit chimique vert car il ne produit ni eaux usées ni gaz d'échappement pendant la production. Le GLDA est un chélateur d'atomes de carbone vert. Leur forte capacité de chélation des métaux lourds, combinée à une faible toxicité et à une excellente biodégradabilité, en font des candidats prometteurs pour l'assainissement durable des sols.

3. Progrès actuels de la recherche sur le lessivage biodégradable des sols

BEGUM et coll. ont mené les premières études utilisant l'IDS et le GLDA pour l'assainissement des sols, montrant qu'ils éliminaient efficacement le Cu, le Cd, le Zn, le Ni et le Pb, servant de substituts viables à l'EDTA. WU et coll. ont trouvé des efficacités d'élution élevées pour le Cd, le Ni et le Cu dans les boues industrielles, bien que l'efficacité du Zn soit plus faible. Il a été constaté que des facteurs tels que le temps, le pH et la concentration affectaient considérablement les performances.

Les recherches de Xu Dayong et coll. ont démontré que le GLDA surpasse l'acide citrique dans la lixiviation du Cd, du Cu, du Pb et du Ni des boues d'épuration. De plus, Hu Zaoshi et coll. ont montré que le GLDA était plus efficace que l'EDTA pour la lixiviation du chrome à de faibles concentrations. Le GLDA peut également agir comme un activateur chimique pour la phytoremédiation, favorisant la croissance de Sedum alfredii et Solanum nigrum tout en améliorant l'extraction des métaux. Ces résultats confirment que l'IDS et le GLDA peuvent éliminer les métaux lourds sans affecter négativement la croissance des cultures à des doses appropriées.

4. Méthodologie expérimentale : cinétique de lixiviation et élution par oscillation

Malgré leur potentiel, les rapports sur l'IDS et la GLDA pour l'assainissement des sols restent limités, en particulier en ce qui concerne la cinétique de lixiviation. Dans cette étude, la méthode d'élution par oscillation a été utilisée pour ajuster la cinétique en utilisant l'équation d'Elovich, l'équation à double constante et l'équation cinétique du premier ordre. La recherche a exploré les effets de la concentration et du pH sur l'élimination du Cd, du Pb et du Zn et a analysé les changements dans la spéciation des métaux lourds avant et après l'élution.

5. Optimisation des paramètres de lixiviation : temps, concentration et pH

L'étude a abouti aux conclusions suivantes concernant l'optimisation des processus :

• Temps et concentration : L'efficacité d'élution a augmenté avec le temps (5-720 min) et la concentration (0-20 mmol · L ¹). Les équations d'Elovich et de la constante double ont fourni le meilleur ajustement pour le processus.
  

• Effets du pH : L'efficacité a suivi une "courbe en cloche" lorsque le pH a augmenté de 3 à 10, augmentant d'abord puis diminuant.
  

• Conditions optimales : La concentration optimale a été identifiée comme étant de 10 mmol · L ¹ à pH 5. Les temps optimaux étaient de 240 min pour l'IDS et de 360 min pour le GLDA. Dans ces conditions, le GLDA a montré une plus grande capacité d'élimination du Cd et du Pb, tandis que l'IDS était plus efficace pour le Zn.
  

6. Impact sur la spéciation des métaux lourds et la réduction des risques environnementaux

L'analyse des formes du sol a montré que l'IDS et le GLDA éliminent efficacement les fractions solubles dans l'acide et réductibles les plus actives de Cd, Pb et Zn. Bien que leur capacité à éliminer les formes oxydables et résiduelles soit limitée, la réduction significative des fractions les plus mobiles réduit efficacement le risque environnemental immédiat et la biodisponibilité des métaux lourds dans le sol.

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