Environmental impact of Municipal Solid Waste of Incineration (MSWI) bottom ash reused in road construction: characterization, multi-scale experiments and reactive transport modeling
Impact environnemental des mâchefers d'incinération d'ordures ménagères (MIOM) valorisés en technique routière : caractérisation, expérimentations multi-échelles et modélisation hydro-géochimique
Résumé
The present study copes with the environmental impact assessment of municipal solid waste incineration bottom ashes (MSWI BA) re-used as aggregates in road construction. The methodology involves the following steps: characterization of bottom ashes (physical properties, chemistry and mineralogy), experiments at laboratory scale, field study and geochemical modeling. Quantitative data for trace elements in primary glasses obtained by Secondary Ions Mass Spectrometry (SIMS) microanalysis show that these glasses are likely a main sink for Zn. In the cemented calcite admixture, lead seems to be mainly sorbed on iron oxy-hydroxides according to SIMS imaging and Extanded X-ray Absorption Fines Structure analysis (EXAFS). Except for SO4, low concentrations and alkalinity have been measured in leachates from a 10~year-old road built with MSWI BA (fast attenuation during the first years). No significant transformation of bottom ashes (such as an advanced carbonation state) has been observed after 10 years of utilization. Lateral preferential flowpaths (edge effects) are likely responsible for the difference between alcaline pore water and dilued leachates. Based on characterization and experimental data, an common model have been built to simulate leaching and mineralogical evolutions using the transport reactive code HYTEC. Simulations of batch and dynamic leaching tests, as well as of two roads (French and Swedish) built with bottom ashes show fair agreement with respect to the experimental data.
La présente étude traite du comportement de mâchefers d'incinération des ordures ménagères (MIOM) en scénario de valorisation (sous-couche routière), dans l'optique d'évaluer l'impact environnemental. La démarche mise en oeuvre associe des approches de caractérisation physico-chimique et minéralogique, d'expérimentation à différentes échelles (laboratoire et sites réels), et de modélisation hydro-géochimique. L'utilisation conjointe de différentes techniques d'investigation cristallochimique (microscopie optique, DRX, MEB, XRF, SIMS, EXAFS) ont permis d'apporter de nouvelles informations sur les teneurs en éléments traces des verres primaires et sur la spéciation de Pb dans une phase dite scoriacée. Le suivi des percolats issus d'une portion de route construite avec des mâchefers dix ans après la mise en service ainsi que l'observation des MIOM prélevés dans la sous-couche a fourni un retour d'expérience inédit tout en mettant en évidence le rôle prépondérant de l'hydrodynamique sur la stabilité du matériau et l'atténuation du caractère alcalin et chargé des eaux de percolation. Un modèle géochimique de MIOM a été élaboré à partir des données issus de l'étape de caractérisation, des résultats expérimentaux des essais de lixiviation et des informations recueillies lors du suivi de sites réels. Ce modèle a été appliqué pour simuler, via le code de calcul couplé géochimie-transport HYTEC, le comportement des éléments inorganiques et l'évolution minéralogique inhérent aux différents essais en laboratoire, à la portion de route suivie durant cette thèse et à un autre site réel faisant l'objet d'une étude suédoise.
Loading...