Étude technologique et environnementale des cendres de farines animales valorisées dans la matrice cimentaire : évaluation écotoxique des matériaux et études du piégeage des métaux
Institution:
Toulouse, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
As a result of the bovine spongiform encephalopathy (BSE) crisis, the use of meat and bone meal (MBM) in applications such as animal feed was progressively restricted and prohibited in France and Europe. Considering that MBM has a good heating value, incineration in a thermal plant could be one of the most appropriate methods to eliminate this residue and should lead to the destruction of all organic matter, including proteins such as prions. MBM combustion residues contain a high amount of calcium phosphate (hydroxyapatite and whitlockite), known to immobilize heavy metals in water and soil. The aim of this thesis is to study two ways for reusing MBM ashes, and to develop a method for the evaluation of environmental impacts, using leaching and ecotoxicity tests. First, this study consists in a physicochemical and environmental characterization of MBM ashes of different origins. Then, two reusing strategies are explored : 1) The reuse of MBM ashes as by-products in cement-based materials, by the means of the study of technological and environmental impacts of these ashes on the properties of the cement matrix. 2) The use of MBM ashes as a material used to remove lead and cadmium, with an application in cement-based materials. The characterization shows that ashes are mainly composed of hydroxyapatite and whitlockite. The reuse of bottom ashes as sand replacement in cement-based materials is conceivable if the high water consumption of ashes is taken into account. Finally, MBM ashes show an efficient immobilization of heavy metal in aqueous effluent. The immobilization capacities depend on the physicochemical characteristics of ashes and on the environmental conditions of tests
Abstract FR:
Suite à la crise de l’encéphalopathie spongiforme bovine (ESB) dans les années 1990, la voie de valorisation des farines animales dans l’alimentation des animaux a été restreinte puis interdite, en France et en Europe. Le fort pouvoir calorifique des farines animales donne à l’incinération une voie de valorisation intéressante en terme de récupération d’énergie et assure la destruction de toutes les protéines dont le prion. Les cendres issues de cette incinération sont principalement composées de phosphates de calcium (hydroxyapatite et whitlockite), connus pour immobiliser les métaux lourds dans l’eau et dans le sol. L’objectif de la thèse est d’étudier deux voies de valorisation pour les cendres de farines animales et de mettre en place une évaluation des impacts environnementaux par l’utilisation complémentaire de tests de lixiviation et d’écotoxicité. La démarche de cette étude consiste dans un premier temps à une caractérisation physico-chimique et environnementale de cendres de farines animales d’origines différentes. Dans un deuxième temps, deux stratégies de valorisation sont explorées : 1) la valorisation des cendres de farines animales, comme sous-produit, dans les matériaux cimentaires, donnant lieu à une étude des impacts technologiques et environnementaux des cendres sur les propriétés de la matrice. 2) la valorisation des cendres de farines animales comme matériau pour immobiliser le plomb et le cadmium (sous forme non biodisponible pour les organismes vivants), avec une application de ce piégeage dans les matériaux cimentaires. La caractérisation des cendres de farines animales montre qu’elles sont principalement composées d’hydroxyapatite et de whitlockite. La valorisation de mâchefers d’incinération de farines animales dans la matrice cimentaire en substitution du sable est envisageable en prenant en considération la forte teneur en eau de ces sous-produits. Finalement, les cendres de farines animales présentent des capacités de piégeage en plomb et cadmium en milieu aqueux intéressantes dont la valeur dépend des compositions physico-chimiques de la cendre et de l’environnement