Performance Evaluation of Pilot Scale Ozonation System for Nitrogen-Based Contaminants Removal in Mine Impacted Water

La présence de contaminants azotés est commune dans les effluents miniers, leurs principales sources étant l'utilisation d'explosifs pour fracturer le socle rocheux et l'utilisation du cyanure pour l'extraction de l'or et de l'argent. En raison de leur potentiel de toxicité aiguë à faible concentration, les cyanures et dérivés des cyanures (thiocyanates, cyanates), l'azote ammoniacal et les nitrites sont les principaux contaminants azotés d'intérêt présents dans les eaux minières contaminées. Les technologies conventionnelles pour traiter ces contaminants présentent plusieurs inconvénients, notamment lorsqu'il est question d'applications en eau froide. Ce contexte nécessite le développement de technologies émergentes. Parmi ces technologies, l'efficacité de l'ozone pour oxyder ces contaminants azotés a déjà été démontrée en laboratoire. Afin de faire progresser les connaissances à ce sujet, une évaluation des performances de cette technologie à l'échelle pilote a été entreprise. Les essais ont été divisés en deux phases: des essais paramétriques pour optimiser les conditions opératoires et des essais de longue durée pour évaluer la robustesse du procédé. La première phase du projet a été réalisée sur le surnageant du parc à résidus d'une mine d'or qui contenait 1,8 ± 0,3 mg SCN-N/L, 14,0 ± 1,2 mg CNO-N/ L et 34,9 ± 2,3 mg NH3-N/L. Les essais de longue durée ont, quant à eux, été réalisés sur le surnageant du parc à résidus ainsi que sur l'eau provenant des opérations de maintien à sec des opérations souterraines de cette même mine. Cette eau contenait 40,1 mg NH3-N/L, et des concentrations en thiocyanate, cyanate et cyanures totaux sous leur seuil de détection. L'efficacité d'enlèvement du NH3-N durant les essais paramétriques du projet n'a pas montré de différence importante entre l'utilisation d'un tube Venturi ou d'une pompe à microbulles pour injecter l'ozone dans l'eau à traiter. L'utilisation de bromure, de peroxyde d'hydrogène, de charbon actif et dioxyde de titane comme catalyseur n'a pas non plus produit de différence notable lors des essais comparatifs avec et sans catalyseur. Ces essais ont également confirmé qu'un pH de 9,5 et plus est nécessaire pour oxyder avec succès le NH3-N avec de l'ozone. Quatre essais de longue durée ont ensuite été réalisés. Les meilleurs taux d'enlèvement ont été obtenus en ajoutant 2 330 mg O3/L dans le surnageant du parc à résidus, soit : 99 % pour le SCN-, 64 % pour le CNO- et 80 % pour le NH3-N. Cependant, la quantité d'ozone utilisée lors de cet essai fut jusqu'à quatre fois supérieure aux valeurs stoechiométriques. Des pertes d'ozone dans l'atmosphère et des erreurs de mesure du débit d'ozone lors de l'injection pourraient expliquer cet écart. Les CAPEX et OPEX d'une usine d'ozonation à l'échelle commerciale ont également été estimés et comparés à une usine avec réacteurs à biofilm à lit mobile d'une capacité de 500 m3/h déjà existante et située dans le nord du Québec, au Canada. Cette comparaison a révélé que le coût des deux technologies serait du même ordre de grandeur.