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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
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 batch en Erlenmeyer pour déterminer les matériaux les plus
efficaces pour le traitement
Essais en colonnes en régime dynamique
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
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
3- Méthodologie
Détermination du DMA à traiter
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
efficaces pour le traitement
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
Essais en pilot de 2 m3 pour simuler la filière de traitement
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
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
Détermination du DMA à traiter
Essais batch en Erlenmeyer pour déterminer les matériaux les plus
efficaces pour le traitement
Essais en pilot de 2 m3 pour simuler la filière de traitement
Essais en colonnes en régime dynamique
Détermination du DMA à traiter
Essais batch en Erlenmeyer pour déterminer les matériaux les plus
efficaces pour le traitement
3- Méthodologie
- Possibilité de simuler la filière de traitement
Essais en pilot de 2 m3 pour simuler la filière de traitement
Essais en colonnes en régime dynamique
Détermination du DMA à traiter
Essais batch en Erlenmeyer pour déterminer les matériaux les plus
efficaces pour le traitement
Thomas Genty 11
4- Résultats préliminaires
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.
4- Résultats préliminaires
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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4- Résultats préliminaires
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
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5- Résultats préliminaires
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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4- Résultats préliminaires
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
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4- Résultats préliminaires
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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4- Résultats préliminaires
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
4- Résultats préliminaires
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
Thomas Genty 19
4- Résultats préliminaires
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.
Thomas Genty 20
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)
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