Mobilité et spéciation du chrome dans un système à phragmites australis de traitement des eaux usées de tanneries Chromium mobility and speciation in a Phragmites australis system used for tannery wastewater treatment

Résumé

L’objectif de ce travail est l’étude de la répartition, la migration, la spéciation et la biodisponibilité du Cr dans les différents horizons du sol au niveau d’un pilote à Phragmites australis (Cav.) Trin ex Steudel de traitement du rejet du tannage au chrome. Les résultats obtenus sont comparés à ceux d’un pilote non planté. La spéciation chimique du Cr total a été réalisée par cinq extractions séquentielles. L’extraction du chrome biodisponible est effectuée par CaCl₂ (0,1 M). Les résultats de la répartition du Cr montrent que l’horizon superficiel renferme des teneurs élevées en Cr 80 % et que cette accumulation est statistiquement différente entre les deux pilotes (p<0,05) : 48 ± 4 g·kg^-1 pour le système planté et 39 ± 7 g·kg^-1 pour le système non planté. Les résultats de la spéciation chimique totale du Cr indiquent qu’il est très lié à la phase oxydable : 36 ± 10 % pour le système planté (PP) et 54 ± 9 % pour le système non planté (NPP). La teneur en Cr retenue dans la fraction résiduelle présente 26 ± 3 % et 25 ± 2 % respectivement pour le système PP et NPP. La proportion du Cr retenue dans la fraction carbonate est de 19,5 ± 5 % pour le système PP et 10,7 ± 5 % pour le système NPP. La part du Cr associée à la phase réductible présente 18 ± 6 % et 10 ± 4 % respectivement pour le système PP et NPP. Pour les deux pilotes le Cr total est peu échangeable et sa teneur biodisponible est faible. En outre, les résultats montrent que la présence de Phragmites australis a provoqué la libération partielle du Cr de la fraction organique mobile vers les formes carbonate et réductible relativement stables dans le système planté. Les résultats trouvés montrent que Phragmites australis présente une accumulation assez importante en Cr au niveau des racines : 1690 ± 124 mg·kg^-1 en matière sèche. Le calcul du bilan global de l’épuration révèle que le Cr est surtout retenu par le sol (94 %) et que 5 % du Cr est prélevé par la plante. Cependant, la présence de Phragmites australis assure une porosité suffisante pour la percolation des eaux en traitement et permet le traitement d’un volume d’eau usée plus grand.

Mots clés:

• chrome,
• tannerie,
• sol,
• mobilité,
• spéciation,
• biodisponibilité,
• Phragmites australis

Summary

The present study illustrates the distribution, mobility, bioavailability and speciation of total chromium (Cr) in the various strata of a constructed reed bed soil in comparison to unplanted soil under arid climate conditions. The operationally determined speciation of Cr was investigated using a five-step sequential extraction method using CaCl₂ (0.1 M) to extract bioavailable Cr.

The results indicated that there was a significant accumulation of total Cr, reaching 80% in the surface strata for the planted (PP) and unplanted (NPP) systems. Analysis of variance (ANOVA) showed a significant difference (p<0.05) in Cr accumulation in the surface of the soil between the PP system (48 ± 4 g·kg^-1) and the NPP system (39 ± 7 g·kg^‑1). The partitioning results indicated that the percentage of Cr in the exchangeable phase was very low. The Cr was mainly associated with the oxidizable phase: 36 ± 10% for the PP system and 54 ± 9% for the NPP system. The residual phase contained 26 ± 3%, 25 ± 2% of the Cr for the PP and NPP systems, respectively. The carbonate fraction represented 19.5 ± 5% for PP system and 10.7 ± 5% for NPP system, whereas the reducible fraction represented 18 ± 6% for the PP system and 10 ± 4% for the NPP system. The sequential extraction results showed that Phragmites australis had the ability to partially transfer Cr from the mobile oxidizable fraction to the less mobile reducible and carbonate fractions. Indeed, Cr was relatively unavailable to the plant but the results did show that Phragmites australis accumulated an appreciable amount of Cr in the roots (1690 mg·kg^-1 dry matter). Furthermore, after 13 months, the soil had accumulated high amounts of chromium (94%) with only 5% of the Cr accumulated in Phragmites australis. The presence of plants ensures a sufficient porosity for the percolation of water for treatment, which makes it possible to treat a larger volume of wastewater and to reduce the required soil surface area needed for treatment.

Key-words:

• chromium,
• tannery,
• soil,
• mobility,
• speciation,
• bioavailability,
• Phragmites australis