Fractionnement et caractérisation de la matière organique des lixiviats de décharges d'ordures ménagères Fractionation and Characterization of the Organic Matter in Sanitary Landfill Leachate

Résumé

Les lixiviats de décharge constituent une source de nuisance qui vient s'ajouter aux nombreux problèmes de contamination du milieu environnant s'ils ne sont pas traités avant leur rejet. La matière organique, principale composante de ces effluents, doit retenir une grande attention dans la mesure où il est difficile d'éviter la propagation et la diffusion de cette pollution dans les sols et vers les nappes phréatiques. Cette étude vise à fractionner et à caractériser la matière organique présente dans des lixiviats de décharges d'ordures ménagères afin de prévoir et d'orienter le choix des traitements les plus adaptés compte tenu de leur biodégradabilité.

La méthode de fractionnement utilisée comprend une adsorption spécifique sur résines macroporeuses Amberlite XAD (combinaison de XAD-7 et XAD-4) pour séparer les composés hydrophobes et hydrophiles qui sont ensuite extraits à la soude (composés acides) et au dichlorométhane (composés neutres). Le fractionnement de la matière organique par filtration sur résines XAD-7 et XAD-4, après une première étape de précipitation en milieu acide (pH=1), a permis de répartir l'ensemble des composés organiques du lixiviat dans six fractions de spécificités différentes fonction de la taille et/ou du caractère hydrophile ou hydrophobe des molécules.

Les résultats montrent que ce protocole expérimental permet d'extraire au moins 98 % de la matière organique totale (pourcentage relatif aux teneurs de la demande chimique en oxygène ou DCO), dont la plus grande proportion est constituée des substances humiques (76 % à 90 % en DCO). Diverses méthodes analytiques ont été proposées en vue de caractériser les fractions isolées telles que l'analyse élémentaire, la spectrophotométrie infrarouge, la résonanoe magnétique nucléaire C13 (RMN Cl3) et la chromatographie CG/FID et CG/SM.

Mots-clés:

• Lixiviats,
• décharges d'ordures ménagères,
• résines XAD,
• fractionnement,
• matières organiques dissoutes,
• caractérisation

Abstract

Landfill leachates represent an obvious source of pollution for the environment and many studies have attempted to analyze organic pollutants found in leachates. A number of methods have been described in the literature for the isolation and concentration of dissolved organic matter from landfill leachate samples. Membrane ultrafiltration, gel permeation and high performance liquid chromatography are commonly used because these techniques can be easily adapted to separate soluble organic substances from large volumes of leachate. The objective of this study was to fractionate and characterize dissolved organic matter found in leachates collected from sanitary landfills.

The discharges are defined with regard to the geological context from which they are situated and the nature of the waste. The discharges are classified in three categories, based upon the value of the permeability coefficient K, the substratum and its continuity.

- class 1; impermeable site (K < 10-[sup]9 ms-¹ minimal thickness of 5 m).

- class 2; semi permeable site (10-[sup]9 ms-¹ < K < 10-[sup]6 ms-¹).

- class 3; permeable site ( K > 10-[sup]6 ms-¹).

The studied leachates come from landfill of class 2:

- Crézin (Haute-Vienne) of compacted type: it was used for household rubbish and assimilated ordinary wastes.

- Foussais-Payre (Vendée): leachate coming from the fermentation area of a composting plant and from the compost refuse.

Fractionation of dissolved organic matter was applied on three leachates samples. The first sample was the raw leachate collected from the Crézin landfill and the two others came from Foussais-Payre (a raw sample and a sample treated in an aerated lagoon for 52 days). Because of the wide variety of organic compounds that can be found in such leachates, we classified and isolated the different groups of organic constituents using an XAD resin adsorption procedure. The experimental method consisted of acidifying samples to pH 1 to isolate the first fraction (fig. 1) and then treating the remaining supernatant with XAD-7 and XAD-4 resins. The adsorption on XAD resins allowed the isolation of the other organic fractions (figs. 2 to 6). Various analytical techniques were applied to characterize the isolated fractions such as elementary analysis infrared spectroscopy, ¹³C nuclear magnetic resonance (¹³C CP/MAS NMR), gas chromatography (GC/FID), and gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC/MS). Results showed that more then 90% of the total organic carbon (TOC) in leachates can he recovered by the isolation procedure. Most of the isolated compounds corresponded to humic substances (76% to 90% of the chemical oxygen demand). Hydrophobic and hydrophilic neutral compounds were found only in small concentrations.

Keywords:

• Sanitary landfills,
• leachate,
• XAD resins,
• fractionation,
• dissolved organic matter,
• characterization