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Traitement de polissage de drainage minier acide par marais épurateur.

Dufresne, Karine (2015). Traitement de polissage de drainage minier acide par marais épurateur. Mémoire. Rouyn-Noranda, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue, Génie, 122 p.

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Résumé

L'industrie minière et métallurgique représente un secteur important de l'économie mondiale. Toutefois, les impacts sociaux et environnementaux engendrés par leurs activités sont non négligeables. Souvent, les sites miniers sont aux prises avec des problèmes de drainage minier acide (DMA), lesquels sont générés lorsque les minéraux sulfureux sont oxydés au contact de l'eau et de l'air et que le pouvoir neutralisant des minéraux acidivores ne permet pas de neutraliser tout l'acide qui est produit par l'oxydation des minéraux acidogènes (réactifs). Le DMA est caractérisé par un pH acide et des concentrations élevées en métaux et en sulfates. Les systèmes de traitement passif tels que les marais artificiels représentent une approche intéressante, d'un point de vue technologique, économique et environnemental, pour le traitement du DMA. Les marais épurateurs ont la capacité d'augmenter le pH et l'alcalinité, d'enlever le fer dissous et les autres métaux, ainsi que de réduire la concentration en sulfates dans le DMA. Le traitement de l'eau est accompli par une variété de processus physiques (sédimentation, floculation), chimiques (sorption) et biologiques (sulfata-réduction, phytoextration) fonctionnant de façon indépendante, dans certains cas, ou de manière interactive, dans d'autres. L'objectif principal de cette étude est de 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 chargé en Fe, Mn, Ni et Zn. Les objectifs spécifiques sont : (1) de déterminer une espèce de plante susceptible de croître dans des conditions de pollutions retrouvées sur des aires contaminées par du DMA en Abitibi-Témiscamingue; (2) de développer et d'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 et (3) d'évaluer les mécanismes d' enlèvement des métaux et leur spéciation opérationnelle/fractionnement dans le sol/substrat. Dans ce but, des marais épurateurs ont été reproduits à l'échelle de laboratoire dans des contenants en polypropylène de 0,2 m2 (38 x 48 x 33 cm) remplis avec deux mélanges réactifs différents, selon le type d'écoulement, à savoir vertical sous-surfacique et horizontal surfacique, et plantés avec des quenouilles (Typha latifolia). Les cellules expérimentales ont été alimentées avec un DMA synthétique ayant la composition moyenne suivante : 27,7 mg/L Fe, 5,6 mg/L Mn, 0,4 mg/L Ni et 7,2 mg/L Zn, à un pH de 4,2. Le débit d'alimentation était de 1,5 ml/min, pour un temps de résidence hydraulique (TRH) de 10 jours, et la température moyenne de 22,5 °C, pour une photopériode de 16h. L'efficacité des marais artificiels a été évaluée sur une période 98 et 70 jours, pour les marais sous-surfaciques et surfaciques, respectivement. Au cours de 1 'étude, les paramètres physico-chimiques de 1' eau à 1' entrée et à la sortie des marais ont été déterminés sur une base hebdomadaire et bimensuelle (DMA entrée), incluant une mesure du pH, du Eh et une analyse des métaux. Le pH à la sortie de tous les marais était neutre, voir basique, et variait de 6,8 à 8,9 pour un pH à l'entrée se situant entre 2,9 et 6,1. La concentration en S042 - à la sortie des marais était très variable (67-551 mg/1) pour les systèmes à écoulement vertical, avec et sans plantes, ainsi que pour les systèmes horizontaux (114-612 ml/1). Pour les deux configurations, les concentrations de S042 à l'entrée se situaient entre 0,34 et 165 mg/1. Une efficacité de traitement de près de 99% a été trouvée pour le Fe et le Zn à la sortie de tous les systèmes. Pour le Ni, l'enlèvement était très élevé pour les marais verticaux plantés (88,7 %), par opposition à ceux horizontaux, non plantés (-42,1 %). Pour les verticaux, sans quenouilles et horizontaux avec quenouilles, 1 'efficacité d'enlèvement du Ni était comparable ( 43,8 et 38,0 % respectivement). Ceci rend le traitement du Ni très variable, selon la configuration et la présence de végétaux ou non. Pour le Mn, seule la configuration sous-surfacique démontre un potentiel de traitement pour ce métal (78,4%), les autres étant peu ou pas efficaces. Les taux de traitement ont été évalués à partir des concentrations moyennes en métaux, mesurées à 1' entrée et à la sortie des marais. Ainsi, pour la rétention du Fe, le taux de traitement variait entre 265,8 et 222,6 mg/m2/jour, alors que pour le Zn le taux était moindre et variait de 67,9 à 63,5 mg/m2/jour. Pour le Ni le taux de traitement était encore plus faible < 4 mg/m2/jour, alors que pour le Mn, il varie de 42,8 mg/m2/jour à -1 ,8 mg/m2/jour. Après le démantèlement des marais, des échantillons de mélanges réactifs ont été prélevés dans les marais sous-surfaciques et surfaciques, plantés et témoins non plantés. Une extraction des métaux totaux (Fe, Mn, Ni et Zn), par digestion acide, a été réalisée sur les sédiments séchés. De plus, une extraction séquentielle a eu lieu sur les sédiments humides afin d'évaluer la spéciation opérationnelle 1 fractionnement des métaux selon six phases, soit : soluble, échangeable, liée aux carbonates, liée aux oxydes de Fe-Mn, liée à la matière organique et aux sulfures et résiduelle. La fraction qui contenait le plus de Fe (5,0 mg/g) et de Zn (1,0-1,4 mg/g) dans les marais soussurfaciques plantés et non plantés était celle liée aux oxydes de Fe-Mn, tandis que la majeure fraction du Mn (0,5-0,8 mg/g) et du Ni (0,3 mg/g) était trouvée sous la forme de carbonates. Dans les marais surfaciques, le Fe était concentré surtout dans la fraction résiduelle (6,4-6,6 mg/g) et dans la fraction liée aux oxydes ( 4,0-4,4 mg/g), dans les cellules plantées et non plantées respectivement, la quantité de Zn (0,01 mg/g) était trop faible pour être considérée, le Mn était principalement lié aux carbonates (0,5-1,2 mg/g) et le Ni (1,0-1,3 mg/g) à la fraction résiduelle. Ces résultats indiquent que les métaux se trouvent sous une forme relativement stable à 1 'intérieur des sédiments des marais filtrants. L'interprétation des résultats provenant des microcosmes doit encore être validée à l'échelle pilote de terrain où les conditions sont plus représentatives de la réalité. Ces données permettent toutefois d'observer les grandes tendances et favorisent la compréhension des processus régissant le traitement ainsi que l'évaluation des critères de dimensionnement d'un marais épurateur. L'effet des conditions climatiques sur l'efficacité de traitement des marais doit également être vérifié puisque les mécanismes régissant 1 'enlèvement des métaux peuvent être grandement affectés par le climat typique nordique de la région de 1 'Abitibi-Témiscamingue.

Type de document: Thèse (Mémoire)
Directeur de mémoire/thèse: Neculita, Carmen Mihaela
Co-directeurs de mémoire/thèse: Genty, Thomas et Brisson, Jacques
Mots-clés libres: drainage, minier, acide, marais, épurateur, métaux
Divisions: Sciences appliquées > Maîtrise en génie minéral
Date de dépôt: 31 août 2015 15:39
Dernière modification: 31 août 2015 15:39
URI: http://depositum.uqat.ca/id/eprint/648

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