Mardi 12 mai 2009 UQAT / D-200 Méthodologie pour déterminer la filière de traitement pour un DMA fortement contaminé Thomas Genty Ingénieur chimiste Candidat au doctorat en sciences de l’environnement Directeur : Bruno Bussière Codirecteurs : Mostafa Benzaazoua, Gérald Zagury

4- Résultats préliminaires 5- Perspectives de recherche 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 Thomas Genty

- Le site de référence : Lorraine, Témiscamingue. 1- Problématique DMA Synthétiques Éléments mg/L Al 1 Cd 0.5 Cr Fe 4000 Mg 10 Mn Ni 2 Pb SO42- 9000 Zn 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

Les traitements actifs Les traitements passifs 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…

Limitations des systèmes passifs : Drains anoxiques calcaires 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 5

Faire le lien entre les résultats produits aux différentes échelles. 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 Thomas Genty 6

Robin Potvin 3- Méthodologie Détermination du DMA à traiter Éléments mg/L Al 1 Cd 0.5 Cr Fe 4000 Mg 10 Mn Ni 2 Pb SO42- 9000 Zn pH 3.5 Essais batch en Erlenmeyer pour déterminer les matériaux les plus efficaces pour le traitement Essais batch en Erlenmeyer pour déterminer les matériaux les plus efficaces pour le traitement Essais batch en Erlenmeyer pour déterminer les matériaux les plus efficaces pour le traitement Essais batch en Erlenmeyer pour déterminer les matériaux les plus efficaces pour le traitement Essais batch en Erlenmeyer pour déterminer les matériaux les plus efficaces pour le traitement Essais en colonnes en régime dynamique Essais en colonnes en régime dynamique Essais en colonnes en régime dynamique Essais en colonnes en régime dynamique Essais en colonnes en régime dynamique Essais en pilot de 2 m3 pour simuler la filière de traitement Essais en pilot de 2 m3 pour simuler la filière de traitement Robin Potvin

Mélange nutritif pour les bactéries sulfato-réductrices : 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

Simuler à petite échelle une filière de traitement 3- Méthodologie Détermination du DMA à traiter Détermination du DMA à traiter Détermination du DMA à traiter Détermination du DMA à traiter Essais batch en Erlenmeyer pour déterminer les matériaux les plus efficaces pour le traitement Essais batch en Erlenmeyer pour déterminer les matériaux les plus efficaces pour le traitement Essais batch en Erlenmeyer pour déterminer les matériaux les plus efficaces pour le traitement Essais batch en Erlenmeyer pour déterminer les matériaux les plus efficaces pour le traitement Essais en colonnes en régime dynamique Essais en colonnes en régime dynamique Essais en colonnes en régime dynamique Essais en pilot de 2 m3 pour simuler la filière de traitement Essais en pilot de 2 m3 pour simuler la filière de traitement 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

- Possibilité de simuler la filière de traitement 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 - Possibilité de simuler la filière de traitement

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. Thomas Genty 11

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

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 Thomas Genty 13

5- Résultats préliminaires Diminution de concentration pour tous les métaux dans les 20 premiers jours attribuable principalement à la sorption Diminution des sulfates après le 20ième jour Thomas Genty 14

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 Thomas Genty 15

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 Thomas Genty 16

4- Résultats préliminaires Les tests en colonnes / Adsorption tourbe – DAC Prétraitement des métaux et neutralisation 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. 17

4- Résultats préliminaires Les tests en colonnes / les systèmes BSR Fe : 4000 ppm Fe : 1000 ppm Fe : 4000 ppm Fe : 1000 ppm Fe : 4000 ppm Fe : 1000 ppm Fe : 4000 ppm Fe : 1000 ppm Acidité Alcalinité

4- Résultats préliminaires Les tests en colonnes / les systèmes BSR 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 19

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. Thomas Genty 20

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

- Merci - ? Questions ?

Pour t<55 jours (changement de DMA) Directive 019 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 6.3 5.84 2.9 Fe 3 6 2187 3020 4280 Ni 0.5 1 0.07 0.83 3.5 Zn 4.1 8.37 43 Pb 0.2 0.4 0.35 0.63 1.1 Pour les trois BSR confondus (traitement principal) Pour t<55 jours (changement de DMA) Thomas Genty 24