Improving the agronomic quality of a residual red gypsum landfill through phytomanagement.
Améliorer la qualité agronomique d’un dépôt de gypse rouge résiduel par phytomanagement.
Résumé
The industrial development may bring along significant environmental concern regarding the storage of residues. The residual red gypsum (RRG), which is the neutralization product of the TiO2 extraction effluent, is an alkaline substrate rich in Ca, Fe, S, Mg, Mn, among others. Such characteristics complicate the proper natural reclamation, therefore requiring adequate management for meeting the state regulations. This PhD dissertation focused on the study of the RRG landfill found at the Ochsenfeld site in Alsace, France. The general objective of this doctorate was to provide assistance on the plant reclamation of the Ochsenfeld site by following two virtual approaches or axes: the phytostabilization and the phytoextraction of Mn. The first specific objective was to characterize the study site. Then the second and third specific objectives were to evaluate the use of organic amendments and mycorrhizae as assistance for the plant development. The last objective was to evaluate a specialized plant species capable of developing in RRG with minimum assistance. In this work, it was found that some species of the Betulaceae and Salicaceae families established spontaneously in the site, whose characteristic was the resistance to poor agronomic quality and tolerance to trace elements. The application of crushed pine bark chips not only decreased significantly the pH of RRG for Betula pendula plants to accumulate in leaves up to five-fold the natural concentrations of Mn, but also induced some drawbacks in the plants. The application of raw digestate to RRG increased the growth and biomass production of Betula pendula over the short-term, whereas its inoculation with mycorrhizal fungi induced a similar out come only with visible effects over the medium- to long-term. Finally, the assays using Lupinus albus indicated that few was the assistance needed in order to allow its growth and development. Furthermore, the plant’s mechanism that allowed the Mn phytoextraction provided some insight on the potential use of this species for further field-scale applications in seasonal co-cultures next to other Mn accumulating species in order to recover Mn from the RRG. From an applied point of view, this PhD research allowed to determine the limiting factors that prevented the natural installation of vegetation in the RRG landfill. Furthermore, it allowed the generation of pertinent information on solutions to the encountered problematic. Treatment recommendations are made in order to meet the needs required by the French state, which would avoid possible impacts to the ecosystem and public health. Additionally, the management hereby mentioned may also provide insight for an alternative revalorization method for the RRG with an economically interesting perspective.
Le développement industriel peut entraîner d'importantes préoccupations environnementales concernant le stockage des résidus. Le gypse rouge résiduel (RRG), qui est le produit de neutralisation de l'extraction des effluents de TiO2, est un substrat alcalin riche en Ca, Fe, S, Mg, Mn, entre autres. De telles caractéristiques compliquent la remise en état naturelle appropriée, nécessitant donc une gestion adéquate pour répondre aux réglementations de l'État français. Cette thèse portait sur l'étude de la décharge de RRG localisée sur le site de l'Ochsenfeld en Alsace, France. L'objectif général de cette thèse était d'apporter une assistance à la remise en état du site d'Ochsenfeld en suivant deux approches ou axes virtuels: la phytostabilisation et la phytoextraction du Mn. Le premier objectif spécifique était de caractériser le site d'étude. Ensuite, les deuxièmes et troisièmes objectifs spécifiques étaient d'évaluer l'utilisation d'amendements organiques et de mycorhizes comme aide au développement de la plante. Le dernier objectif était d'évaluer une espèce végétale spécialisée capable de se développer en RRG avec un minimum d'assistance. Dans ce travail, il a été constaté que certaines espèces des familles Betulaceae et Salicaceae s'établissaient spontanément sur le site. Leurs caractéristiques étaient la résistance à une mauvaise qualité agronomique et la tolérance aux oligo-éléments. L'application de copeaux d'écorce de pin broyé a non seulement diminué de manière significative le pH du RRG permettant aux plantes de Betula pendula d'accumuler dans les feuilles jusqu'à cinq fois les concentrations naturelles de Mn, mais a également induit certains dysfonctionnements dans les plantes. L'application de digestat brut au RRG a augmenté la croissance et la production de biomasse de Betula pendula à court terme, tandis que son inoculation avec des champignons mycorhiziens a induit un effet similaire visible seulement à moyen et à long terme. Enfin, les tests utilisant Lupinus albus ont indiqué que l'assistance testée était insuffisante pour permettre sa croissance et son développement. De plus, le mécanisme de la plante qui a permis la phytoextraction de Mn a fourni un aperçu de l'utilisation potentielle de cette espèce pour d'autres applications à l'échelle du terrain dans des co-cultures saisonnières à côté d'autres espèces accumulant du Mn D'un point de vue appliqué, cette recherche doctorale a permis de déterminer les facteurs limitants qui ont empêchés l'installation naturelle de végétation dans la décharge du RRG. De plus, elle a permis de générer des informations pertinentes sur les solutions à la problématique rencontrée. Des recommandations de traitement ont été faites afin de répondre aux besoins requis par l'Etat français, ce qui éviterait des impacts possibles sur l'écosystème et la santé publique. De plus, la gestion proposée par ce travail peut fournir un aperçu d'une autre méthode de revalorisation pour le RRG avec une perspective économiquement intéressante.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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