Calcium carbonate precipitation and formation of clog particles inside the leachate collection pipe can cause catastrophic failures in landfill operation. This study focuses on quantifying the effectiveness of electronic scale control to reduce the clog formation within the pipe network. A field scale model (40ft × 20ft) was constructed, featuring side-by-side flow of electronically treated and untreated composite leachate. Data obtained in the first phase of this study indicate that electronic scale control system does not have any statistically significant effect on water quality parameters. The second phase of this study identified calcite (CaCO3) to be the predominant phase present in the precipitates using XRD/XRF diffraction pattern analyzed through a search match calculation program (MATCH! Version 3.2.0) which concur with the previous studies. Furthermore, Rietveld refinement using FullProf Suite confirms that there were no differences between the treated and untreated precipitate based on the phases identified in the respective samples. / Includes bibliography. / Thesis (M.S.)--Florida Atlantic University, 2016. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection

La sensibilité des réactions catalytiques à la filtration et le dépôt simultané de fines dans les réacteurs à lit ruisselant ont été évaluées au moyen de l'hydrogénation catalytique de l'a-méthylstyrène présent dans des suspensions diluées de kaolin dans du kérosène. Nous avons observé une corrélation négative entre la conversion catalytique et l'ampleur du dépôt spécifique au sein du lit engendrant une étape supplémentaire de transfert de masse au travers du dépôt en croissance sur les collecteurs. La sévérité de la résistance au transfert de masse est sensible à la compaction du dépôts autour des collecteurs qui est influencée par l'importance des vitesses superficielles de gaz. En outre, les pertes irréversibles observées concernant l'activité du catalyseur ont été attribuées, après avoir débarrassé le catalyseur de son dépôt, à une perte de sites actifs par le piégeage de fines dans les microporostiés du catalyseur. L'accumulation de fines dans le lit de catalyseur a été notablement réduite par l'adjonction en amont du lit de modules à base de mousses inorganiques (d'alumine ou de carbure de silicium) à haute porosité et faisant office de filtres de garde. Des études hydrodynamiques ont été réalisées avec et sans les blocs de mousse pour évaluer leur rôle sur la répartition de la suspension, la réduction du dépôt spécifique et la chute de pression dans le lit ruisselant. Il a été constaté que l'efficacité de capture par les blocs de mousse dépend de la connectivité et du degré d'ouverture des cellules dans les mousses ainsi que de la nature physico-chimique des matériaux constitutifs. Le nombre de modules de mousse a affecté la réduction des dépôts spécifiques et la chute de pression dans le lit. Ceci indique une possibilité de prolonger la durée de vie des réacteurs d'hydrotraitement à lit ruisselant à l'aide de lits de garde à base de mousse.

This study shows how the composition of gases released from a single magmatic source may be modified during their ascending path. The main processes that influence the composition of the gases in these high temperature fumarolic environments, are: 1) interactions with wallrocks during gas ascent, which change the fugacities of the metal volatile species and affect the equilibrium between major species (fH2S/fSO2; fH2/fH2O); 2) mixing with meteoric water with consequent Cl adsorption, which may account for the Cl depletion of the gases; 3) remobilisation of previously formed sublimates and/or incrustation deposits. Comparison between the thermochemical models and the mineralogical composition of the silica tubes at Kudryavy and Satsuma-Iwojima volcanoes suggests that high fO2 due to the mixing of the gases with air during their injection into the atmosphere significantly reduces the volatility of several trace elements (As, Sb, Sn, Na, K, Tl, Te, Se and Cd). Comparisons between the enriched metals in aerosols and in the gases suggest that Mo, Pb, Bi, Na, K, Cu, Zn or Fe, which are enriched in the gases, are preferentially deposited in the gas conduits and vents whereas the highly volatile metals (Te, Tl, Sb, As and Se) and Cd condense in the plume.<p>This study determines the reactions that may occur during the alteration of rocks in high temperature fumarolic environments. Three different processes of alteration prevail: <p>(1) Acidic alteration which is characterized by the complete absence of clays, because the constant supply of gases to these systems allows for the pH values of the acidic fluids to be maintained low enough to prevent the precipitation of clay minerals. Complete leaching of all cations, except Si, from the primary silicates leads to important "silicification" of the wall rock. The primary mineral cations are leached in the following order: K, Na > Ca > Fe, Mg > Al > Si, Ti. The fluids enriched in these cations circulate in microcracks at different temperatures and different redox conditions and lead to the precipitation of secondary incrustations. At Kudryavy the incrustations are mainly sulfates. At Usu the lower sulfur/fluoride ratio of the gases allows the occurrence of aluminum fluoride incrustations. The order of primary minerals dissolution (olivine > plagioclase > pyroxene > matrix glass > Fe-Ti oxides) is established for both sites studied. <p>(2) Alteration by an oxidized volcanic gas, resulting from mixing with the atmosphere (500 to 300°C). At Kudryavy, thermochemical modeling suggests that anhydrite and anhydrous sulfates, which occur at intermediate temperatures, are formed by interactions of the rock with oxidized gas. <p>(3) The most important outcome of this work is the identification of the features of alteration by the volcanic gas that directly reacts with the rock at high temperatures (T > 500°C). The Kudryavy rocks show evidences for mineral transformations, which occur in the presence of the volcanic gas phase. Volcanic gas directly reacts with rocks at high temperatures (T > 500°C). The gas destabilizes the primary minerals, remobilizes the rock-bearing cations, and leads to the formation of second mineral assemblages. These transformations occur in situ, without significant mobility (gain or loss) of the cations. The high temperature secondary associations are characterized by the presence of andradite, hedenbergite, hercynite, tridymite/cristobalite. Anhydrite and anhydrous Al sulfate may occur within these mineral assemblages if the gas is oxidized.<p> / Doctorat en sciences, Spécialisation géologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Au Québec, les drains installés dans les sols sableux-limoneux sont sensibles au colmatage par ensablement et/ou par ocre de fer. Dans le passé, les drains avec des pertuis inférieurs à 2 mm étaient utilisés au Québec avec un filtre tissé de 110 microns ou un filtre tricoté de 450 microns. Récemment, des drains avec des pertuis supérieurs à 2 mm ainsi qu’un filtre de 250 microns ont été introduits sur le marché mais n’ont jamais été testés. Le projet avait pour objectif de déterminer les vitesses auxquelles se feront l’ensablement et le colmatage ferrique pour différentes combinaisons de drains (pertuis de 1,8 mm et de 3 mm) et de filtres (110 μm, 250 μm et 450 μm) dans un sol sableux à Bécancour. Un dispositif expérimental en blocs complets (3) aléatoires a été utilisé. Les débits ont été mesurés à la sortie des drains de chaque parcelle et les hauteurs des nappes ont été mesurées avec un bulleur dans des puits d’observation. Le suivi du pH, du potentiel d’oxydoréduction et du contenu en Fe2+ a été réalisé dans l’eau de la nappe et celle des drains. Les drains excavés 13 mois après leur installation ne montrent que des traces de sédiments et de colmatage ferrique. Les niveaux de Fe2+ sont significativement plus faibles dans l’eau à la sortie des drains que dans l’eau de la nappe. Le processus de colmatage ferrique ne semble que commencer et son impact n’est pas mesurable au niveau des débits unitaires à la sortie des drains. / In Quebec, drains installed in sandy loam soils are susceptible to clogging by silt and/or by iron ochre. In the past, drains with slot widths smaller than 2 mm were used with a woven filter of 110 microns or knitted filter of 450 microns. Recently, drains with slot widths larger than 2 mm and a filter of 250 microns were introduced on the market but have never been tested. The project aimed to determine the speed at which silting and iron clogging will happen for different combinations of drains (slot widths 1,8 mm and 3 mm) and filters (110 μm, 250 μm et 450 μm) in a Becancour’s sandy soil. An experimental randomized complete block (3) design was used. The flow rates were measured at the outlet of each experimental plot and the heights of water table were measured with a bubbler in piezometers. The monitoring of physicochemical parameters (pH, redox potential and Fe2+ content) was performed in ground water and water from the drain outlet. The drains excavated 13 months after their installation only show traces of sediments and of iron ochre. Concentrations in Fe2+ are significantly lower in the water from the outlet drains than water from the ground water table. Iron clogging process seems to begin and its impacts are not measurable in terms of flow rates at the drain outlets.

Les doublets géothermiques sur aquifères superficiels jouent un rôle important en France pour le chauffage, le rafraichissement et la production d’eau chaude sanitaire des bâtiments. La pérennité de ces installations est cependant conditionnée par la possibilité de pouvoir garantir dans le temps la production puis la réinjection de l’eau souterraine. Le colmatage de la boucle géothermale est un problème majeur qui affecte de nombreuses installations sur l’ensemble du territoire français et remet en cause leur viabilité technico-économique. La compréhension et la prédiction de ce phénomène nécessite de nouveaux moyens de caractérisation et de modélisation des processus biogéochimiques couplés au fonctionnement des boucles géothermales dans des environnements de subsurface hétérogènes. Cette thèse a ainsi fait l’objet d’une nouvelle collaboration entre le laboratoire Géosciences Rennes et l’entreprise Antea group pour identifier les mécanismes à l’origine de ces phénomènes de colmatage et d’en caractériser les paramètres influents dans le but de construire un outil d’analyse des risques permettant l’anticipation de ces processus de colmatage. Le premier volet de la thèse expose la synthèse des typologies de colmatage (biogéochimique, chimique, biologique et physique). Cette synthèse est issue de l’étude de la littérature sur la problématique de colmatage des forages d’eau et des retours d’expérience concernant les doublets géothermiques recensés et étudiés durant cette thèse. Le second volet présente les inventaires régionaux des problématiques de colmatage recensées en France dans différents contextes hydrogéologiques. Ces inventaires ont permis de délivrer un état des lieux à grande échelle de la problématique de colmatage et d’étudier les contextes associés à chaque type de colmatage. Dans le troisième volet, de nouvelles méthodologies de caractérisation in-situ des phénomènes de colmatage biogéochimique liés à l’oxydation du manganèse et du fer sont présentées. Elles ont été développées dans le cadre de ces travaux de thèse à partir des investigations menées sur différents sites confrontés à des problèmes d’exploitation. Ces méthodologies d’investigations pluridisciplinaires couplent la mesure des propriétés hydrauliques, des concentrations en éléments chimiques et de la diversité microbienne afin d’identifier la problématique impactant le fonctionnement de l’installation et d’en définir in fine les causes. Le quatrième volet expose les résultats d’une campagne de terrain effectuée sur un doublet géothermique impacté par un processus de colmatage biogéochimique. Cette campagne a permis d’identifier les composantes clés de la réactivité biochimique impliquée dans le colmatage : distribution du flux, hétérogénéité chimique et diversité microbiologique. A l’aide du code de calcul PHREEQC, un modèle géochimique simulant les cinétiques de précipitation observées a été développé. Il permet l’étude quantitative des mécanismes biogéochimiques favorisant l’apparition rapide du colmatage. Enfin, les retours d’expériences de l’exploitation des doublets sur nappes superficielles ont démontré le besoin d’une méthodologie fiable d’analyse des risques, permettant d’anticiper l’apparition des processus de colmatage à chaque étape de la vie du projet. Ainsi, à partir de la synthèse de la littérature scientifique et technique et des conclusions des études menées durant cette thèse, les facteurs de risques d’apparition des phénomènes de colmatage ont été déterminés. L’analyse des risques de colmatage intégrant ces différents facteurs a été implémentée à travers l’élaboration de méthodes développées sous Python 3. L’outil ARCADE (Analyse des Risques de Colmatage et Aide à la Décision) a été conçu d’une part pour évaluer le risque et d’autre part pour informer l’utilisateur averti des bonnes pratiques et moyens préventifs. Ces bonnes pratiques d’analyse et de gestion préventive sont présentées dans le dernier volet de cette thèse. / The sustainability of geothermal systems using shallow aquifers for heating, cooling and hot water production depends on the possibility to ensure, over long time-scales, the production and the reinjection of groundwater in the aquifer. Clogging of the geothermal loop is a major issue affecting the technical and economic viabilities of numerous operations in France. The understanding and prediction of this phenomenon requires new methods of characterization and modelling of biogeochemical processes coupled to the operation of geothermal loops in heterogeneous subsurface environments. This thesis is thus the result of a new collaboration between the Géosciences Rennes lab and Antea group to identify the mechanisms at the origin of clogging phenomena and characterize their controlling parameters, in order to establish a risk assessment tool allowing the anticipation of clogging processes. The first part of the thesis describes the main clogging processes (biogeochemical, chemical, biological and physical). This synthesis is the result of (1) the study of the literature dealing with the clogging of water wells and (2) our feedbacks on the geothermal doublets identified and studied during this thesis. The second part presents the regional inventories of shallow geothermal systems impacted by clogging problems identified in different hydrogeological contexts in France. These inventories provide a large-scale perspective of clogging phenomena and allow to study the contexts associated with each type of clogging processes. In the third part, new methodologies for the in-situ characterization of biogeochemical clogging phenomena linked to manganese and iron oxidation are presented through case studies of sites affected by clogging issues. These interdisciplinary studies couple the measurement of hydraulic properties, chemical element concentrations and bacterial diversity, to identify the specific issue impacting the operation and to define its causes. The fourth part presents the results of an interdisciplinary field campaign carried out on a geothermal doublet impacted by a biogeochemical clogging process. This campaign documented the key components involved in mixing induced biogeochemical reactivity: flow distribution, chemical heterogeneity and microbiological diversity. Using PHREEQC, a geochemical model simulating observed kinetics of precipitation was developed in order to quantitatively explore the biogeochemical mechanisms favoring rapid clogging. Feedback from shallow geothermal systems operation has demonstrated the need for a reliable risk analysis methodology that allowed to anticipate the apparition of clogging processes at each stage of the project life (part 5). From the synthesis of the scientific & technical literature and the conclusions of the studies carried out during this thesis, the risk factors for the appearance of clogging phenomena were determined. A clogging risk analysis integrating these factors was implemented through the development of methods developed under Python 3. The methodology of the ARCADE tool (Analyse des Risques de Colmatage et Aide à la Décision) is designed to assess the risk and to inform users of good practices and preventive methods. These good practices for analysis and preventive methods are presented in the last part of this thesis.