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Comportement hydro-bio-géo-chimique de systèmes passifs de traitement du drainage minier acide fortement contaminé en fer

Genty, Thomas (2012). Comportement hydro-bio-géo-chimique de systèmes passifs de traitement du drainage minier acide fortement contaminé en fer. Thèse. Rouyn-Noranda, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue, Sciences appliquées, 270 p.

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Résumé

Le drainage minier acide (DMA) fortement concentré en fer (>500 mg/L) est fréquemment retrouvé dans les mines en activité et fermées, qui exploitent ou ont exploité des gisements riches en sulfures de fer. Le traitement de ce type de DMA ce fait traditionnellement dans des usines utilisant des méthodes actives. Toutefois, pour les mines fermées ou abandonnées, la construction et le maintien d'usines de traitement ne constituent pas une solution environnementale acceptable à long terme. Les traitements passifs, peu demandant en maintenance et en énergie, deviennent alors une alternative intéressante. De plus, les systèmes de traitements passifs utilisent des matériaux naturels ou des déchets et permettent, dans plusieurs cas, d'atteindre une qualité d'eau comparable à celle que l'on retrouverait en sortie d'usine de traitement. Toutefois, dans le cas où des drainages miniers acides fortement contaminés en fer sont traités, les traitements passifs peuvent avoir des performances limitées. Des études récentes de Neculita (2008) et Potvin (2009) ont montré que les biofiltres passifs sulfato-réducteurs (BPSR) et les drains calcaires (oxiques ou anoxiques nommés DCO et DAC respectivement) ne permettent pas de traiter efficacement des DMA ayant des concentrations en fer de plus de 500 mg/L. Dans une de ces études, le biofiltre passif sulfato-réducteur s'est même colmaté à cause des précipités de fer. Étant donné que l'utilisation seule de BPSR ou de drains calcaires ne permet pas d'atteindre un niveau de traitement acceptable, l'objectif principal de cette étude est donc de déterminer quelle serait la filière de traitement optimale afin de traiter un DMA fortement concentré en fer (autour de 4000 mg/L). L'objectif secondaire est aussi de transposer les résultats obtenus en laboratoire afin de construire une filière de traitement sur le terrain. Pour atteindre ces objectifs, le travail de laboratoire a été divisé en trois grandes thématiques. Dans un premier temps, les matériaux utilisés dans la filière de traitement (matériaux organiques et cendres de bois) ont été caractérisés de façon à connaître leurs propriétés physiques (capacité d'échange cationique, surface spécifique, densité, granulométrie, par exemple), chimiques (carbone organique total et azote total entre autres) et micro biologiques (dénombrement des bactéries sulfata-réductrices par exemple). Par la suite, des tests batch ont permis de déterminer leurs capacités de sorption du fer et les cinétiques de sorption. La seconde partie consiste ensuite à déterminer les efficacités de traitement des matériaux, ayant le plus grand potentiel selon les tests batch, dans des colonnes d'environ 10 L. Cette étape permet de comprendre l'efficacité de chaque type de traitement pris séparément. Le comportement hydraulique à long terme est aussi évalué grâce à la mesure de la conductivité hydraulique saturée. Suite à ces résultats, une filière de traitement a été proposée. Dans la troisième et dernière étape de laboratoire, la filière de traitement est testée dans un réacteur de 2m3. Ce dernier essai permet de valider la solution testée en colonne pour traiter le DMA fortement chargé en fer. Les résultats du test en réacteur de 2m3 permettent également de concevoir la filière de traitement sur le terrain. Les essais en laboratoire ont permis de proposer une filière de traitement qui serait composée de trois parties. Premièrement, un biofiltre passif sulfato-réducteur (fumier de volaille, copeaux et sciure de feuillus, compost végétal, sédiments, urée et 50% en masse de calcite finement broyée) permettrait de neutraliser l'acidité et de retenir une partie des métaux dissous. La seconde section de traitement serait composée par des cendres de bois de cogénération en raison de leurs forts pouvoirs de sorption du fer. Enfin, un second biofiltre passif sulfato-réducteur serait placé en dernier afin d'agir comme étape de polissage et pour éliminer les métaux résiduels. L'étude hydraulique a aussi montré que le système n'a pas vu sa conductivité hydraulique saturée réellement diminuer durant les essais en laboratoire. Ceci tend à démontrer que les phénomènes de colmatage seraient limités dans les conditions de laboratoire. L'essai en réacteur de 2m3 permet aussi de valider la solution proposée dans les essais en colonne. Enfin, les résultats obtenus en laboratoire ont permis de construire une filière de traitement de 160m3 environ (pour un temps de rétention hydraulique de 12 jours et pour un traitement de 5 L/min) sur le site minier Lorraine (Témiscamingue, Québec) qui est un site minier restauré mais générateur d'un DMA riche en fer (2500 mg/L en octobre 2011). Le présent projet a donc permis d'approfondir les connaissances liées au traitement des DMA fortement concentrés en fer (>500 mg/L) avec des filières de traitement passif. De plus, l'utilisation des cendres de bois dans la filière de traitement est aussi un apport scientifique non négligeable. Enfin, les connaissances et la méthodologie acquises lors de cette étude seront applicables à d'autres sites miniers abandonnés ou fermés.

Type de document: Thèse (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Bussière, Bruno
Co-directeurs de mémoire/thèse: Benzaazoua, Mostafa et Zagury, Gérald
Informations complémentaires: Comprend des réf. bibliogr. (f. 184 à 192) Comprend un résumé
Mots-clés libres: drainage minier acide fer systèmes passifs filière de traitement biofiltre passif sulfato-réducteur cendres de bois
Divisions: Sciences appliquées > Doctorat en sciences de l'environnement
Date de dépôt: 30 mai 2012 18:20
Dernière modification: 17 oct. 2012 18:13
URI: http://depositum.uqat.ca/id/eprint/269

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