Démonstration d’une technique d’essais de traitabilité à haut débit pour l’évaluation du traitement physico-chimique des eaux usées et des résidus.
Résumé
Le traitement des eaux usées est devenu un enjeu financier et opérationnel important pour de nombreux établissements miniers et industriels dans le monde. Pour que les exploitations minières dont les activités exigent de l’eau conservent leur permis social, il est essentiel qu’elles en fassent un usage efficace et durable. Dans l’industrie minière, le traitement du minerai utilise beaucoup d’eau. La récupération de l’eau utilisée pour le traitement du minerai est essentielle aux opérations minières, surtout dans les climats arides où l’eau est rare (Chambers et coll., 2003 – Wels & Robertson, 2003). Les procédés industriels, comme la production de pigments et l’affinage pétrochimique, exigent aussi d’importants volumes d’eau. Comme l’industrie minière, ces exploitations s’efforcent aussi de faire une utilisation efficace de l’eau.
Bon nombre d’usines de traitement des eaux usées utilisent des procédés physico-chimiques comme la coagulation, la floculation, la clarification et la filtration pour séparer les résidus solides d’un liquide ou d’une boue. Les essais en laboratoire jouent un rôle important pour optimiser l’utilisation de coagulants ou de floculants pour le traitement physico-chimique de l’eau. L’essai de floculation appelé « jar test » est la méthode habituelle. Il existe de nombreux exemples d’utilisation d’essais de floculation dans le secteur minier et au sein d’autres industries pour évaluer le rendement des coagulants et des floculants (Sabah & Cengiz, 2003 – Gnandi et coll., 2005 – Yang et coll., 2010 – Ebeling et coll., 2003 – Ebeling et coll., 2005). Ces essais fonctionnent bien pour évaluer le rendement d’un petit nombre de produits chimiques lorsqu’il existe un précédent pour le traitement d’un cours d’eau en particulier. Puisque chaque essai de floculation exige un échantillon relativement important (de 1 à 2 L), il y a des limites au nombre d’essais pouvant être réalisés dans un délai raisonnable pour un échantillon d’eau donné.
Lorsqu’il n’existe aucun précédent pour le protocole de traitement, comme pour les eaux des complexes miniers, l’essai de floculation conventionnel ne permet pas de tester efficacement les coagulants ou les floculants chimiques. Pour tester rapidement et efficacement un large éventail de coagulants ou de floculants, une technique de traitement à haut débit a été élaborée. Les systèmes à haut débit font appel à des essais à petite échelle qui permettent l’étude efficace de divers procédés au moyen d’une quantité minime de matière. Ces essais ont souvent été utilisés par les industries de la biotransformation (Kostov et coll., 2000 – Welch et coll., 2002 – Bensch et coll., 2007) et des produits chimiques (Dar, 2004 – Merrington et coll., 2006). Quelques travaux ont été effectués dans le secteur de l’environnement, par exemple des travaux utilisant du charbon actif pour l’élimination des polluants organiques (Crittenden et coll., 1991 – Ying et coll., 2006 – Chang et coll., 2007), le développement de systèmes bioélectrochimiques (Call & Logan 2011, Ren et coll. 2013), et la création de floculants pour le traitement des résidus des sables bitumineux (Mohler 2012). Les résultats d’une étude sur les techniques de traitement à haut débit ont récemment été appliqués pour la déshydratation des biosolides (LaRue et coll., 2015). Cette méthode, qui utilisait une microplaque et exigeait moins de 5 mL de matériel, a été élaborée pour évaluer le rendement de différents floculants à diverses doses.
Le présent article fournit les résultats et conclusions de deux applications des techniques de traitement à haut débit. Le premier cas est une étude de traitabilité de l’eau de résidus récupérée dans une mine du nord de l’Ontario, au Canada. L’étude évaluait dix coagulants et sept floculants à diverses concentrations et dans des combinaisons variées pour optimiser la décantation des particules ultra-fines. Elle a permis de tester 475 conditions de traitement distinctes en moins de cinq jours d’essais, et de découvrir une recette chimique optimisée qui réduit considérablement les coûts d’exploitation. Le deuxième cas est une campagne d’essai visant à tester divers floculants, à sélectionner le meilleur d’entre eux et à trouver la dose optimale pour une boue métallique à précipitation de chaux dans une usine de production de pigments. Cette étude comprenait l’essai de plus de douze floculants à des doses variées et à trois différents niveaux de pH. Elle a permis de tester plus de 200 conditions distinctes en trois jours de travail. Un floculant optimal a été recommandé pour un essai pilote lors de la prochaine phase du projet.