Traitement de polissage par marais épurateur du drainage minier acide

Dimension: px

Commencer à balayer dès la page:

Download "Traitement de polissage par marais épurateur du drainage minier acide"

Sarah Pothier
il y a 7 ans
Total affichages :

Étudiante à la maîtrise en génie minéral Directrice: Carmen

1 L UQAT, l université au cœur des mines Traitement de polissage par marais épurateur du drainage minier acide Karine Dufresne Étudiante à la maîtrise en génie minéral Directrice: Carmen Mihaela Neculita Co-directeurs: Jacques Brisson, Thomas Genty Mars 2014

2 PLAN DE LA PRÉSENTATION Mise en contexte Objectifs Matériels et méthodes Résultats et interprétations Conclusions partielles 2

Le DMA est produit lorsque des minéraux sulfureux (plus souvent: pyrite/pyrrhotite) contenus

3 LE DRAINAGE MINIER ACIDE Le drainage minier est l ensemble des eaux circulant à travers les différentes composantes d une mine. Le DMA est produit lorsque des minéraux sulfureux (plus souvent: pyrite/pyrrhotite) contenus dans la roche entrent en contact avec l eau et l air, provoquant leur oxydation ce qui génère de l acide sulfurique. Métaux + Sulfates + Acidité Akcil et Kodas,

4 PHASE DE FORMATION DU DMA Oxydation directe Catalyse bactérienne de cette réaction = 20 à 1000 fois plus rapide Oxydation indirecte GNM 1017 notes de cours,

5 TRAITEMENT DU DMA ET MARAIS ÉPURATEURS Les marais filtrants artificiels permettent de recréer les processus naturels mettant à profit les interactions entre le sol, les microorganismes et les plantes. Comparativement aux systèmes actifs, les marais filtrants ont: Un faible coût d installation et d exploitation; Nécessitent aucun ajout de produit chimique et peu ou pas d énergie; Offrent un habitat pour la faune et bénéficient d une grande acceptabilité sociale. Cristina et al

6 LES MARAIS ÉPURATEURS ET LES MÉCANISMES DE TRAITEMENT DU DMA Dans le traitement du DMA, un marais filtrant: 1. Augmente le ph et l alcalinité; 2. Enlève le fer dissous et les autres métaux; 3. Réduit la concentration en sulfates. Le traitement de l'eau serait accompli par une variété de processus physiques, chimiques et biologiques. Goulet,

7 Physique Chimique Biologique LES MARAIS ÉPURATEURS ET LES MÉCANISMES DE TRAITEMENT DU DMA Adsorption Sédimentation Décantation Oxydation/réduction Précipitation et coprécipitation Métabolisme bactérien Métabolisme des plantes Hydrolyse Les mécanismes d enlèvement des métaux changent dans le temps et avec les saisons Sheoran et Sheoran,

LES MARAIS ÉPURATEURS ET LES MÉCANISMES DE TRAITEMENT DU DMA Assimilation métaux par les plantes Oxydation-hydrolyse Oxydation Fe et S par Acidithiobacillus sp Biosorption Précipitation Adsorption

8 LES MARAIS ÉPURATEURS ET LES MÉCANISMES DE TRAITEMENT DU DMA Assimilation métaux par les plantes Oxydation-hydrolyse Oxydation Fe et S par Acidithiobacillus sp Biosorption Précipitation Adsorption sur matière organique Sédimentation Bactéries sulfato-réductrices 2 CH 2 O + SO HCO H 2 S Neutralisation et précipitations des métaux (carbonates, sulfures métalliques) Walter H. Eifert,

9 OBJECTIFS Général: Le but principal de ces travaux est le mettre en application un marais pouvant être employé à l étape de polissage dans le cadre d une filière de traitement passif d un DMA. 9

10 OBJECTIFS Spécifiques : 1. Déterminer les espèces de plantes susceptibles de croître dans des conditions de pollutions retrouvées sur des aires contaminées par du DMA en Abitibi-Témiscamingue. 2. Développer et évaluer un système de traitement passif permettant la croissance des plantes et le traitement efficace d un DMA chargé en Fe, Mn, Ni et Zn. 3. Évaluer les mécanismes de rétention de métaux dans de sol/substrat et dans les plantes. 10

11 MATÉRIELS ET MÉTHODES Étape I: Présélection des plantes 1. Des sites miniers contaminés par le DMA ont été visités (ex: Wood Cadillac, site Lorraine, East Sullivan, Aldermac, Manitou, Casa Berardi ). 2. Les plantes marécageuses ayant la capacité de survivre dans ces conditions de pollutions ont été dénombrées et identifiées à l espèce. 3. Des échantillons d eau ont été prélevés sur le terrain pour y faire une analyse du contenu en métaux (ex. Fe, Mn, Ni, Zn). 11

12 Wood Cadillac, Cadillac Lorraine, Latulipe Aldermac, Rouyn- Noranda East Sullivan, Val D Or Photos: Thomas Genty, CTRI Manitou, Val D Or Casa Berardi, La Sarre 12

Étape II: Développer un système de traitement passif Objectif: Cette étape permet d optimiser le substrat utilisé pour faire pousser les plantes et pour obtenir une efficacité de traitement maximale

13 Étape II: Développer un système de traitement passif Objectif: Cette étape permet d optimiser le substrat utilisé pour faire pousser les plantes et pour obtenir une efficacité de traitement maximale des métaux, des sulfates et de l acidité. 2 substrats ont été mis à l essai Substrat 1: Gravier, Calcite, Tourbe, Engrais (N:P:K ) Substrat 2: Sable, Chaux Dolomitique, Tourbe, Fumier 2 configurations ont été testés (Temps de résidence hydraulique TRH de 5 jours) écoulement Vertical (avec sol 1) écoulement Horizontal (avec sol 2) 13

14 Étape II: Préparation du substrat Substrat 1 porosité 50% Substrat 2 porosité 50% Gravier + Pierre calcaire + Engrais + Tourbe Sable, Chaux Dolomitique + Fumier + Tourbe 14

15 Étape II: Plantation des quenouilles Plantes: 45 quenouilles par marais Période d acclimatation: 3 semaines Alimentation: seulement d eau 15

16 Étape II: Configuration des marais Débit et qualité du DMA à traiter Débit ml/min ph Fe mg/l Mn mg/l Ni mg/l Zn mg/l 1,5 4,2 38,1 2,6 0,4 9,0 TRH 5 jours DMA TRH 5 jours DMA Écoulement vertical durée de l essai: 98 jours Écoulement horizontal durée de l essai: 70 jours 16

17 Étape II: Suivi des essais Paramètres ph Eh Analyses des métaux entrée Analyses des métaux sortie Périodicité Hebdomadaire Hebdomadaire Hebdomadaire Bimensuel Entrée DMA Sortie 17

18 Étape III: Évaluer les mécanismes de rétention de métaux dans MATÉRIEL le sol ET MÉTHODE Objectif: Cette étape permet d évaluer la répartition et la spéciation chimique des métaux dans le sol composant les marais. Ceci sera nécessaire notamment à la compréhension des mécanismes de rétention des métaux dans le sol/substrat. 18

19 Étape III: Évaluer les mécanismes de rétention de métaux dans MATÉRIEL le sol: ET Extraction MÉTHODE séquentielle L extraction séquentielle consiste en la mise en solution des espèces chimiques présentes dans un échantillon de sol sous l action de plusieurs réactifs qui sont ajoutés successivement au même aliquote de sol. Elle permet d évaluer la spéciation des métaux lourds dans le sol/substrat des marais artificiels par exemple. 19

20 Extraction séquentielle en 6 étapes 1 er étape: Extraction de la fraction soluble (métaux libres) 2 e étape: Extraction de la fraction dite échangeable (échange cationique) 3 e étape: Extraction de la fraction liée aux carbonates (solution acide permet la dissolution des carbonates liés au métal) 4 e étape: Liée aux oxydes Fe, Mn, Al (réduction des oxydes et libération des métaux liés) 5 e étape: Liée à la matière organique ou aux sulfures (réactif qui permet de détruire la MO (réaction d oxydation) et donc de relarguer les métaux fixés. 6 e étape: Résiduelle 20

21 RÉSULTATS Étape I: Présélection des plantes Typha latifolia est une espèce tolérante, c est-à-dire, qui a l habilité de survivre dans un sol qui est toxique pour les autres végétaux. Ce type de macrophytes a été répertorié dans des conditions de pollution importante. Manitou: ph 3,9; Fe 55 ppm;, Cu 20 ppm; Zn 20 ppm. Aldermac: ph 3,0; Fe 72 ppm. Thomas Genty,

22 Étape II: Développer un système de traitement passif Évolution du ph et de la concentration en SO 4 2- dans les marais à écoulement vertical et horizontal avec et sans plantes. Augmentation du ph (4,2 en moyenne à l entrée) Diminution des sulfates dans le temps. La concentration est plus élevée que dans le DMA (libération des sulfates dans le matériau). 22

23 Étape II: Développer un système de traitement passif Tableau 1: Pourcentage d enlèvement du Fe, Mn, Ni et du Zn à la sortie des marais à écoulement vertical et horizontal avec et sans plantes. Configuration des marais Fe Mn Ni Zn Vertical avec plantes 98,6 75,5 88,5 96,7 Vertical sans plantes 92,7 23,1 46,4 95,7 Horizontal sans plantes 89,8-20,3 58,1 96,3 Horizontal Diminution de la concentration de tous les métaux après traitement avec plantes 86,9-35,2-6,0 91,2 23

24 Étape II: Développer un système de traitement passif Tableau 2: Taux de traitement (mg/j/m2)en à écoulement vertical et horizontal avec et sans plantes DMA métaux Fe Mn Ni Zn Taux de traitement avec plantes (mg/j/m 2 ) Taux de traitement sans plantes (mg/j/m 2 ) Taux de traitement avec plantes (mg/j/m 2 ) 368,5 35,4 5,4 77,4 346,5 10,8 2,8 76,6 335,3-9,5 3,5 77,0 Taux de traitement sans plantes (mg/j/m 2 ) 324,8-16,5-0,3 73,0 24

25 Étape III: Évaluer les mécanismes de rétention de métaux dans le sol: Extraction séquentielle Oxydes Fe- Mn Carbonates Oxydes Fe- Mn Carbonates Figure 1: Spéciation des métaux (Fe, Zn, Mn, Ni) dans le sol/substrat des marais verticaux avec et sans quenouilles utilisant une procédure d extraction séquentiel (SEP). Les métaux se trouve sous une forme non mobile, stable, ils ne sont pas biodisponibles. 25

Étape III: Évaluer les mécanismes de rétention de métaux dans le sol: Extraction séquentielle Résiduelle MO/Sulfures Résiduelle Résiduelle MO/Sulfures Résiduelle Oxydes Fe- Mn Carbonates Carbonates

26 Étape III: Évaluer les mécanismes de rétention de métaux dans le sol: Extraction séquentielle Résiduelle MO/Sulfures Résiduelle Résiduelle MO/Sulfures Résiduelle Oxydes Fe- Mn Carbonates Carbonates Figure 1: Spéciation des métaux (Fe, Zn, Mn, Ni) dans le sol/substrat des marais horizontaux avec et sans quenouilles utilisant une procédure d extraction séquentiel (SEP). Les métaux se trouve sous une forme non mobile, stable, ils ne sont pas biodisponibles. 26

27 CONCLUSIONS PARTIELLES Les marais à écoulement vertical et horizontal se sont avérés efficaces dans l augmentation du ph. Le taux de traitement des marais est considérable pour le Fe et ce, indépendamment du sens d écoulement et de l absence ou de la présence de macrophytes. Les métaux se trouve sous une forme stable et non biodisponible à l intérieur du système de traitement passif. 27

28 MERCI DE VOTRE ATTENTION! QUESTIONS? 28

Documents pareils

L échelle du ph est logarithmique, c està-dire

L échelle du ph est logarithmique, c està-dire Le ph Qu est-ce que le ph? Le ph mesure l acidité d un liquide. Sa valeur s exprime sur une échelle graduée de 0 à 14 où 1 désigne une substance fortement acide, 7, une substance neutre, et 14, une substance