New mixtures to be used in permeable reactive barrier for heavy-metals contaminated groundwater remediation : long-term removal efficiency and hydraulic behavior

par Maria Grazia Madaffari

Thèse de doctorat en Génie civil et environnement

Sous la direction de Arézou Modaressi et de Nicola Moraci.

Le président du jury était Paolo Simonini.

Le jury était composé de Pierre-Yves Hicher, Anne Pantet, Giuseppe Lanzo, Stefano Aversa.

Les rapporteurs étaient Paolo Simonini, Pierre-Yves Hicher.

  • Titre traduit

    Nouveaux mélanges à utiliser dans les barrières réactives perméables pour la dépollution des eaux souterraines contaminées par métaux lourds : efficacité de dépollution et comportement hydraulique à long terme


  • Résumé

    La dépollution des eaux souterraines est actuellement une des principaux défis environnementaux, considérant le nombre de sites contaminés et le risque posé à la santé humaine et à l'environnement par l'exposition à la contamination des eaux souterraines. La barrière réactive perméable (PRB) est une technologie in situ passive pour la remédiation des eaux souterraines contaminées. Il se compose d'une barrière placée perpendiculairement à l'écoulement des contaminants et constituée d'un matériau réactif qui traite la panache de contaminants le traversant sous le gradient hydraulique naturel. C’est la technologie de remédiation des eaux souterraines la plus rentable ; elle permet l'utilisation des terres de surface et réduit l'exposition des travailleurs aux polluants. Le matériau réactif le plus utilisé est le fer à valence zéro (ZVI), qui peut dépolluer l'eau souterraine contaminée par une large gamme de contaminants au moyen de mécanismes chimiques et physiques différents. Le problème principal de l'utilisation de ZVI granulaire est la réduction de la porosité du milieu poreux, en raison de la nature expansive de produits de corrosion, des précipités et la formation de gaz. Pour surmonter ce problème, des mélanges de matériaux granulaires et ZVI ont été testés afin de déterminer leur efficacité de dépollution et le comportement hydraulique à long terme. L'utilisation de Lapillus volcaniques à mélanger avec ZVI pour dépolluer les eaux souterraines contaminées par métaux lourds est proposée dans ce travail. Des essais sur Lapillus ont montré une efficacité d'élimination de métaux lourds non négligeable, tandis que les tests en colonne effectuée en utilisant des mélanges n’ont pas montré une réduction élevée de la conductivité hydraulique au cours du temps.La modélisation des essais batch et colonne en tant qu’outil pour la compréhension des mécanismes impliqués dans les milieux poreux réactifs a été mis en place. L’étude de la sensibilité des paramètres des modèles sur leurs réponses a également été explorée.


  • Résumé

    Groundwater remediation is currently one of the major environmental challenges, considering the number of contaminated sites and the risk posed to human health and to the environment by exposure to groundwater contamination. Permeable reactive barrier (PRB) is a passive in situ technology for the remediation of contaminated groundwater. It consists of a barrier placed perpendicularly to the contaminant flow and made of reactive material that treats contaminant plume flowing through it under the natural hydraulic gradient. It is the most cost-effective groundwater remediation technology; it allows the use of surface land and reduces the exposure of workers to contaminants. The most used reactive material is Zero Valent Iron (ZVI), which is able to remediate groundwater contaminated by a large range of contaminants by means of different chemical and physical mechanisms. The main issue of granular ZVI use regards the reduction of the porous medium porosity, because of the expansive nature of corrosion products, precipitates and gas formation. To overcome this problem, mixtures of ZVI and granular materials were tested to investigate their long-term removal efficiency and hydraulic behavior. The use of volcanic Lapillus to be mixed with ZVI to remediate heavy-metals contaminated groundwater is proposed in this work. Tests on Lapillus showed a not negligible heavy metal removal efficiency of the volcanic material, while the hydraulic monitoring of column tests performed using mixtures showed a not high reduction of hydraulic conductivity over time.Modelling batch and column tests as a tool for understanding the mechanisms involved in the reactive porous media has been set up. The analysis of the sensitivity of the models response with respect to the input parameters has also been explored.


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