A retenir:
- Le séchage des boues d'épuration par micro-ondes améliore la résistance des briques et réduit l'absorption d'eau.
- Les briques contenant des boues d'épuration séchées par micro-ondes ont une teneur en sel plus faible.
- Les briques contenant des boues d'épuration séchées par micro-ondes présentent une durabilité accrue. •
- Les briques contenant des boues d'épuration sont respectueuses de l'environnement.
- Les propriétés optimales des briques sont obtenues avec un ajout de 5 % de boues d'épuration.
Résumé
Les boues d'épuration (BS), autrefois considérées comme des déchets, sont aujourd'hui reconnues comme une matière première précieuse offrant un potentiel de réutilisation et de recyclage, conformément à la politique de l'Union européenne en faveur d'une économie circulaire. Cette étude explore l'utilisation de BS sèches comme additif organique dans les briques en terre cuite, en se concentrant sur des méthodes de séchage efficaces comme les micro-ondes (MW). Le séchage par micro-ondes offre des avantages tels que des temps de séchage considérablement réduits par rapport aux méthodes conventionnelles et l'élimination des micro-organismes pathogènes. Dans cette recherche, les BS séchées par micro-ondes (MSD) ont été comparées aux BS séchées conventionnellement (BSCD) pour la production de briques en terre cuite, avec une teneur maximale en BS de 20 %. Alors qu'une augmentation de la masse de BS avait un impact négatif sur la qualité des briques, les briques utilisant des MSD présentaient des propriétés mécaniques et une durabilité améliorées par rapport aux MSCD. L'évaluation des briques comprenait des tests standard tels que la résistance à la compression, l'absorption d'eau et le taux d'absorption initial. Français Les plus grandes améliorations ont été observées à la plus faible teneur en MDSS (5 %), avec une amélioration de 35,35 % de la résistance à la compression, une réduction de 11,11 % de l'absorption d'eau et une réduction de 65,30 % du taux d'absorption initial (IRA). En revanche, à la teneur en MDSS la plus élevée (20 %), les améliorations étaient moins prononcées, avec une amélioration de 0,96 % de la résistance à la compression, une réduction de 6,66 % de l'absorption d'eau et une réduction de 2,32 % de l'IRA. De plus, des évaluations de la teneur en métaux lourds, une analyse minéralogique d'échantillons de briques SS en poudre, une détermination de la teneur en sels solubles, des tests de lixiviation, un essai d'écotoxicité à l'aide de bactéries Vibrio fischeri (un organisme bioindicateur courant) et une détermination de la radioactivité ont été effectués. Étonnamment, les tests d'écotoxicité ont indiqué une toxicité pour le groupe d'échantillons de briques MDSS ZG et la brique témoin. Cependant, des tests de lixiviation supplémentaires, compte tenu de la sensibilité de la méthode, ont réfuté cette conclusion et ont indiqué un comportement inerte. Les tests de radioactivité totale correspondent généralement aux concentrations typiques de l'argile cuite, restant bien inférieures aux limites maximales de l'UE.
Introduction
L'industrie des matériaux de construction est l'une des plus grandes consommatrices d'énergie et contribue de manière significative à l'épuisement des ressources naturelles. Selon Koroneos et Dompros (2007), près de 50 % des matières premières extraites de la croûte terrestre sont transformées en produits de construction. Cette demande importante souligne l'urgence de mettre en place des stratégies de recyclage innovantes et d'utiliser des matériaux recyclés ou issus de déchets pour remplacer les ressources naturelles.
Parallèlement, les systèmes mondiaux de gestion des eaux usées sont confrontés à des défis majeurs. L'Union européenne privilégie de plus en plus des solutions durables pour la gestion des boues d'épuration (BS) dans le cadre de son économie circulaire. Une approche particulièrement prometteuse est l'utilisation des cendres de boues d'épuration (CBS), un sous-produit de l'incinération des BS, dans le secteur de la construction. Les propriétés physiques, chimiques et minérales des CBS s'accordent bien avec celles de matériaux tels que le ciment et l'argile, ce qui en fait une option viable pour les pays incinérant les BS ou envisageant cette méthode d'élimination des déchets (Bubalo et al., 2022 ; Kappel et al., 2018 ; Lin et al., 2021 ; Ottosen et al., 2020). L'utilisation des CBS dans la construction, notamment pour la fabrication de briques, a fait l'objet de nombreuses études en raison de son potentiel d'amélioration de la durabilité (Anderson, 2002). Français De plus, l'utilisation directe de SS déshydratées (Gunn et al., 2004) et de SS sèches (DSS) dans la production de briques a été étudiée (Areias et al., 2020 ; Liew et al., 2004 ; Mohajerani et al., 2018 ; Mohajerani et al., 2019 ; Moulato et al., 2023 ; Ukwatta et al., 2016 ; Ukwatta et Mohajerani, 2017 ; Ukwatta et al., 2018 ; Zat et al., 2021 ; Zat et al., 2023). Cependant, la mise en œuvre de ces méthodes se heurte à des défis importants en raison de problèmes tels que la présence d'agents pathogènes et d'odeurs désagréables lors du traitement des SS dans la production de briques.
Les progrès des technologies de séchage offrent de nouvelles possibilités pour surmonter ces défis. Les méthodes de séchage traditionnelles, notamment le séchage solaire et thermique, sont efficaces mais souvent consommatrices d'énergie et de temps. Français En revanche, la technologie des micro-ondes (MO) s'est avérée être une alternative polyvalente et efficace. Des études antérieures ont démontré l'efficacité de la technologie MO pour réduire les temps de séchage et éliminer les agents pathogènes des SS en raison des interactions uniques du rayonnement MO avec le matériau (Grübel et Machnicka, 2011 ; Hong et al., 2006 ; Karlsson et al., 2019 ; Kocbek et al., 2020, 2022 ; Mawioo et al., 2017 ; Pino-Jelcic et al., 2006). Cependant, la technologie MO n'a pas encore été largement commercialisée pour le séchage des SS, principalement en raison de la consommation d'énergie élevée résultant du chauffage inutile de la cavité et d'autres composants du système, de l'élimination inefficace du condensat de la chambre d'irradiation et de l'utilisation inefficace de l'énergie des micro-ondes (Li et al., 2015). Malgré ces défis, des progrès ont été réalisés dans ce domaine. Une équipe de recherche néerlando-slovène a breveté avec succès une technologie appelée « Shit Killer » pour sécher et assainir les eaux usées après des années de développement (Farahani, 2021).
La technologie MW améliore la déshydratation en affaiblissant rapidement les liaisons hydrogène et favorise les réactions chimiques positives qui dégradent les toxines (Wei et al., 2020 ; Wojciechowska, 2005). Bien que les recherches actuelles se concentrent principalement sur les avantages du séchage MW des SS et sur l'amélioration de procédés tels que la pyrolyse (Kuglarz et al., 2013 ; Li et al., 2022), on sait peu de choses sur les changements exacts induits dans le matériau pendant le traitement.
Des progrès significatifs ont été réalisés récemment dans le domaine des matériaux de construction recyclés grâce à l'application innovante de la technologie MW. Cheng et al. (2024) ont souligné le respect de l'environnement, l'efficacité exceptionnelle et la longévité de la technologie de chauffage MW comme des avantages comparatifs dans la production de matériaux de construction à base de terre. En particulier, Bagaber et Sudin (2016) ont démontré la supériorité du séchage MW pour augmenter la densité des briques et prévenir les fissures. De plus, Itaya et al. (2007) ont identifié les paramètres de séchage les plus importants, cruciaux pour prévenir la déformation et la fissuration pendant le processus de séchage par micro-ondes. (2017) ont étudié le frittage de briques assisté par micro-ondes, en utilisant notamment des cendres provenant de l'incinération de déchets solides municipaux, ce qui a entraîné des améliorations remarquables de la résistance à la compression et de l'absorption d'eau. Pitolli Lyra et al. (2021) ont expliqué les avantages en termes d'économie d'énergie et l'amélioration de la résistance à la compression des céramiques rouges grâce au frittage par micro-ondes et l'ont présenté comme une alternative prometteuse aux procédés conventionnels. Certaines études ont également montré des taux de réaction accrus des résines thermodurcissables pendant le durcissement par micro-ondes (Marand et al., 1992) et des taux de compactage plus rapides lors du frittage des céramiques (Ćurković et al., 2021).
Alors que des recherches approfondies se concentrent sur le séchage par micro-ondes de l'acier inoxydable et le frittage par micro-ondes de briques, notre étude vise à étudier la nouvelle application du séchage par micro-ondes pour l'acier inoxydable comme additif organique dans les mélanges de briques. Des rapports antérieurs, notamment ceux de Mohajerani et al. (2018) et d'Ukwatta et Mohajerani (2017), ont traité de l'utilisation du DSS comme additif alternatif, principalement avec les méthodes de séchage conventionnelles. Ces études ont également suggéré qu'une augmentation de la teneur en SS réduisait généralement la résistance à la compression et augmentait la perméabilité à l'eau, bien que des niveaux allant jusqu'à 5 % en poids de SS aient montré un impact environnemental minimal tout en maintenant des propriétés mécaniques acceptables (Zat et al., 2023). Nos recherches évalueront le potentiel du séchage MW pour améliorer la qualité et la viabilité du SS comme additif dans la production de briques standard, en se concentrant sur l'optimisation des formulations de briques et l'évaluation des effets de différentes méthodes de séchage sur les propriétés des briques.
En caractérisant la composition et la structure des SS séchés par micro-ondes (MDSS) et en les comparant à celles des SS séchés de manière conventionnelle (CDSS), cette étude vise à améliorer notre compréhension du potentiel de recyclage des SS dans les matériaux de construction. Les tests suivants ont été réalisés sur les matières premières : perte au feu (LOI), détermination de la distribution granulométrique, analyse de la composition minérale, détermination de la teneur en oxydes et analyse de la composition en éléments lourds. Les briques fabriquées ont été testées pour leur résistance à la compression, leur absorption d'eau (froide et bouillante, taux initial d'absorption d'eau – IRA), leur analyse minéralogique par DRX et leur teneur en sels solubles. De plus, des tests d'écotoxicité, une analyse de la composition en éléments lourds, des tests de lixiviation et des tests de radioactivité totale ont été réalisés afin d'évaluer en profondeur l'impact du séchage par micro-ondes sur les SS et leur adéquation comme additif durable dans la fabrication de briques.
