1 Méthodologie pour déterminer la filière de traitement pour un DMA fortement contaminé Directeur : Bruno Bussière Codirecteurs : Mostafa Benzaazoua, Gérald

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Méthodologie pour déterminer la filière de traitement pour un DMA fortement contaminé

Directeur : Bruno Bussière

Codirecteurs : Mostafa Benzaazoua, Gérald Zagury

Mardi 12 mai 2009 UQAT / D-200

Thomas GentyIngénieur chimisteCandidat au doctorat en sciences de l’environnement

Thomas Genty 2

Le sujet & le sommaire

« Comportement hydrogéochimique des systèmes de traitement passif d’effluents miniers contaminés par le drainage minier acide »

1- Problématique

2- Objectifs du projet

3- Méthodologie

4- Résultats préliminaires

5- Perspectives de recherche

3

1- Problématique

DMA Synthétiques

Éléments mg/L

Al 1

Cd 0.5

Cr 1

Fe 4000

Mg 10

Mn 10

Ni 2

Pb 0.5

SO42- 9000

Zn 0.5

pH 3.5

- Le site de référence : Lorraine, Témiscamingue.- Site abandonné depuis 50 ans environ- Restauré depuis 10 ans

- Couverture à l’oxygène- Drains dolomitiques pour traiter le DMA

4

1- Problématique

Les traitements actifs Les traitements passifs

DAC : drain anoxique calcaire Neutralisation, augmentation alcalinité

Bassin de décantation & marais aérobies Oxydation et précipitation des métaux

DOC : drain oxique calcaire / chenaux calcaires

Adsorption sur de la tourbe

BPSR : Biofiltre passif sulfato-réducteur Marais anaérobies

Neutralisation, augmentation de l’alcalinité, précipitation des métaux, consommation SO4

peu chers, peu de maintenance, efficacité

comparable, aspect esthétique satisfaisant…

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1- Problématique

Limitations des systèmes passifs :

Drains anoxiques calcaires Robin Potvin

Essais en modèle intermédiaire de drains dolomitiques Suivi des performances des drains dolomitiques sur le site

Lorraine Thomas Genty

Essais en colonnes de drains calcaires suivis d’une aération

DAC non efficace pour le traitement de DMA fortement chargé en fer.

BPSR : Carmen Neculita Essai en colonne et évaluation écotoxicologique

traitement difficile pour des DMA très chargés en Fer, la conductivité hydraulique saturée diminue dangereusement

Les traitements passifs ne doivent pas être utilisés seuls

pour traiter un DMA très chargé en Fer

Thomas Genty 6

2- Objectifs du projet

Faire le lien entre les propriétés hydriques des matériaux, leur composition et leur efficacité de traitement.

Déterminer la filière idéale de traitement pour les eaux du site Lorraine au Témiscaminque.

Faire le lien entre les résultats produits aux différentes échelles.

Respect des normes de rejet de la directives 019

3- Méthodologie

Détermination du DMA à traiter

Essais batch en Erlenmeyer pour déterminer les matériaux les plus

efficaces pour le traitement

Essais en colonnes en régime dynamique

Essais en pilot de 2 m3 pour simuler la filière de traitement

Éléments mg/L

Al 1

Cd 0.5

Cr 1

Fe 4000

Mg 10

Mn 10

Ni 2

Pb 0.5

SO42- 9000

Zn 0.5

pH 3.5

Robin Potvin

















3- Méthodologie


Mélange nutritif pour les bactéries sulfato-réductrices :Source de carbone à court,

moyen et long terme.Essais batch en Erlenmeyer pour déterminer les matériaux les plus


3- Méthodologie

Simuler à petite échelle une filière de traitement

Vérifier l’efficacité du traitement Optimiser les temps de séjours Optimiser l’ordre du traitement Durée : 1 an


















3- Méthodologie

- Possibilité de simuler la filière de traitement






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Analyses effectuées sur les mélanges pour BSR C organique total (C) NTK (N) COD Digestion et analyses des métaux

Caractérisation C/N Un rapport proche de 10 serait optimal, d’après la

littérature

Caractérisation COD/SO4 Plus le rapport est grand, meilleure est la sulfato-

réduction.


Analyses effectuées sur les mélanges pour BSR C/N et COD/SO4 : Tous les mélanges sont du même ordre de

grandeur (sauf le 8 qui est éloigné des valeurs des autres) ICP : La boue de STEP contient beaucoup de métaux

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Les tests batch : sélection de mélanges réactifs pour bactéries BSR

Les mélanges neutralisent le DMA

La plupart des mélanges permettent des conditions réductrices favorables à la précipitation des métaux par les BSR

3

4

5

6

7

8

9

0 10 20 30 40

time (days)

pH

#1

#2

#3

#4

#5

#6

#7

#8

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

0 10 20 30 40

time (days)

Eh

mV

#1

#2

#3

#4

#5

#6

#7

#8

Thomas Genty 14


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0 10 20 30 40

time (days)

Fe

mg

/L

#1

#2

#3

#4

#5

#6

#7

#8

-Diminution de concentration pour tous les métaux dans les 20 premiers jours attribuable principalement à la sorption

-Diminution des sulfates après le 20ième jour

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

0 10 20 30 40

time (days)

SO

4 m

g/L

#1

#2

#3

#4

#5

#6

#7

#8

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Les tests batch : sélection de mélanges réactifs pour bactéries BSR Les mélanges sont adsorbant La neutralisation est effective Les sources de carbone pour les bactéries peuvent être de

différentes provenances (à choisir selon la disponibilité locale) La présence d’inoculum bactérien par les sédiments n’est pas

nécessaire

Thomas Genty 16


Les tests en colonnes

Système adsorption sur tourbe – DAC BSR #1 (Néculita et al., 2008) BSR #4 : 50% #1 + 50% calcite BSR #7 : 50% #1 + 50% sable

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Les tests en colonnes / Adsorption tourbe – DAC Prétraitement des métaux et neutralisation

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Al Cd Cr Pb

% e

nlè

vem

en

t

tourbe

DAC

- Tourbe : diminution du Eh, adsorption de Al, Cd, Cr et Pb uniquement mais pas du Fer

- Dac : augmentation du pH et de l’alcalinité, diminution du Eh, diminution de Al, Cd, Cr et Pb.

0

1

2

3

4

5

6

7

DMA Tourbe DAC

pH

0

100

200

300

400

500

600

DMA Tourbe DAC

100

1000

10000

100000

0 10 20 30 40 50 60 70 80

jours

mg

/L C

aC

O3 #1

#4

#7

DMA

DMA allégé


Les tests en colonnes / les systèmes BSR

2

3

4

5

6

7

8

9

0 10 20 30 40 50 60 70 80

jours

pH

#1

#4

#7

Pouzzolane

DMA

DMA allégé

-150

-50

50

150

250

350

450

550

650

0 10 20 30 40 50 60 70 80

jours

Eh

mV

#1

#4

#7

Pouzzolane

DMA

DMA allégé

5

1005

2005

3005

4005

5005

6005

7005

8005

9005

10005

0 10 20 30 40 50 60 70 80

jours

mg

/L C

aC

O3 #1

#4

#7

DMA

DMA allégé

Fe : 4000 ppm Fe : 1000 ppmFe : 4000 ppm

Fe : 4000 ppmFe : 4000 ppm Fe : 1000 ppmFe : 1000 ppm

Fe : 1000 ppm

AciditéAlcalinité

Les tests en colonnes / les systèmes BSR

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Al Ca Cd Cr Fe Mg Mn Ni Pb S Zn

% e

nlè

vem

ent

#1

#4

#7

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En moyenne jusqu’au 55 jours

- Diminution du fer entre 25 et 50 %

- Pour la plupart des métaux, il y a une rétention. Le mécanisme reste à déterminer par des extractions sélectives lors du démantèlement des colonnes.

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4- Résultats préliminaires : Résumé

Les tests batch permettent de faire un pré-screening rapide et peu cher des mélanges pour bactéries. Toutefois, il faut rester prudent sur les phénomènes de rétention des métaux qui ne sont pas vraisemblablement par sulfato-réduction.

La tourbe n’absorbe pas réellement le fer, qui est le plus problématique dans ce DMA, mais diminue le Eh.

Le DAC permet d’augmenter le pH. On ne constate pas de diminution réelle du fer.

Les BSR permettent une diminution des métaux, mais il semblerait que les systèmes aient du mal à traiter un DMA riche en fer (4 000 ppm). Cependant, il est inévitable d’utiliser ce procédé pour traiter les métaux.

5- Travaux à venir

Colmatages des systèmes (Aucun renseignement sur l’évolution dans le temps) Essai de vieillissement des matériaux avec suivi de la

conductivité hydraulique

5- Travaux à venir

Essai sur le terrain

Remplacement d’un drain dolomitique peu performent du site lorraine par la filière de traitement déterminée au laboratoire.

Évaluation de l’effet d’échelle

Thomas Genty 24

Directive 019

Pour les BSR

mg/L

Concentration moyenne sur

l’année

Concentration max.

instantanée

Concentration moyenne

Concentration maximale

Concentration initiale DMA

moyenne

pH 6-9 6-9 6.3 5.84 2.9

Fe 3 6 2187 3020 4280

Ni 0.5 1 0.07 0.83 3.5

Zn 0.5 1 4.1 8.37 43

Pb 0.2 0.4 0.35 0.63 1.1

Directive 019

Pour les trois BSR confondus (traitement principal)Pour t<55 jours (changement de DMA)

Documents

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