Modélisation des écoulements de fluides et des transferts de chaleur au sein des déchets ménagers. Application à la réinjection de lixiviat dans un centre de stockage

Aran, Christophe (2001) Modélisation des écoulements de fluides et des transferts de chaleur au sein des déchets ménagers. Application à la réinjection de lixiviat dans un centre de stockage. (Modelling of flows and mass transfers within household refuses.)

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Abstract

La modélisation des écoulements de fluides et des transferts de chaleur au sein des déchets ménagers vise d'une part à contrôler et maîtriser les effluents liquides (lixiviat) et gazeux (biogaz) issus de la biodégradation et susceptibles de polluer l'environnement, d'autre part à accélérer les temps de stabilisation des décharges estimés actuellement à une trentaine d'année. La première partie de l'étude a consisté à instrumenter un centre de stockage de la région parisienne dans lequel des sondes de température et d'humidité ont été implantées. L'acquisition des données est entièrement automatisée et la gestion peut être réalisée à distance par liaison modem. Ceci permet de suivre le comportement thermo hydrique du site pendant son exploitation et d'acquérir une banque de données qui servira à la validation d'un modèle de prédiction des champs de température, d'humidité et de pression dans un casier de déchets. L'analyse des résultats permet de dégager des évolutions thermiques et hydriques caractéristiques des casiers de déchets ménagers et met notamment en évidence l'existence de zones dans lesquelles l'activité biologique est fortement ralentie en raison d'une insuffisance d'humidité. La réinjection de lixiviat apparaît dans ce cas comme un moyen judicieux pour relancer les processus de dégradation, la production de biogaz et de ce fait accélérer les temps de stabilisation. La seconde partie de ce document présente le modèle mathématique de description des phénomènes physiques élaboré à partir des équations de conservation de la masse et de l'énergie écrite pour chaque constituant (solide, liquide, biogaz, vapeur) en considérant les déchets comme un milieu poreux réactif. Un modèle de production de biogaz dépendant à la fois de la nature des déchets, de la température et de l'humidité est proposé. Une analyse fine de chaque paramètre physico chimique est également effectuée. Enfin, à partir de ce modèle, des simulations de gestions de sites sont réalisées : avec ou sans réinjection, réinjection ponctuelle ou distribuée…Les résultats sont analysés pour dégager une proposition de scénario optimum de réinjection, tant sur un plan technique que sur un plan quantitatif (débits). ABSTRACT : Modelling of flows and mass transfers within household refuses aims to control the liquids (leachate) and gas (biogas) flows coming from the biodegradation and going to pollute the environment, second time to accelerate the time of steady state of landfills estimated at thirty years. Our first work was the instrumention of a sanitary landfill located in south of Paris where several temperature and moisture probes were installed. The data acquisition is automatic and can be monitored from a distance using a modem. We can also follow the thermal and hydraulic evolution of the landfill during its management and collect data to valid a mathematical model which predicts the temperature, moisture and total pressure fields in a cell of wastes. Experimental results highlight typical temperature and moisture distribution within the landfill and show areas where the waste biodegradation could be limited because of a lack of moisture content. Leachate recirculation seems to be also a good practice to restart the anaerobic degradation, the biogas production and offer a faster steady state. The mathematical model is based on the mass and heat balance equations for each component (liquid, biogas and vapour). Landfills are considered as a reactive porous media. A gas generation rate depending on the quality, temperature and moisture content of the waste is taken into account. A large study is realised on the physical and chemical parameters. Several simulations of landfill management are presented :with or without leachate recirculation, local or global recirculation…Numerical results are used to suggest the best design for the recirculation system to manage a future optimised operation.

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