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Détermination de la capacité de sorption de la fibre lignocellulosique phosphorylée pour le traitement passif des métaux en solution à l'échelle pilote

Stéphany Gagnon-Poirier

Master's thesis (2023)

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Abstract

The objectives were to 1) evaluate the phosphorylated lignocellulosic fiber (PLF) sorption capacity with a pilot-scale trial, 2) to study the degradation of the used substrate and 3) to propose a preliminary design for a full-scale application. The hypothesis underlying these objectives was that the PLF is an appropriate substrate for acidic mine drainage treatment using a permeable reactive barrier. A pump and treat field trial of ten weeks was realised on an abandoned mining site and laboratory experiments were conducted to characterize the substrate. Characterization of the substrate included the determination of its hydraulic conductivity, water content, cation exchange capacity (CEC), point of zero charge (PZC), buffer capacity, pH and kinetic and equilibrium adsorption properties for the key parameters (Ca, Mg, Fe, Mn and Zn). Surface properties of the PLF are promising for the removal of metal from solution, with a CEC of 540 meq.100g-1, a PCZ of 7.3, a buffer capacity of 14 cmolH+.kg-1 and a limited leakage of organic carbon. Adsorption capacities from the field trial were of 1 635 mg.g-1, for Fe, 23.1 mg.g-1 for Mn et 18.1 mg.g-1 for Zn, with average initial concentrations of 1 160 mg.L-1, 18.3 mg.L-1 et 16.8 mg.L-1, for Fe, Mn and Zn respectively. On the other hand, laboratory experiments showed retention of 165 mg.g-1, 1.1 mg.g-1 and 5.8 mg.g-1 for Fe, Mn and Zn, respectively. Retention of Mn and Zn increased to 9.8 mg.g-1 et 11 mg.g-1 respectively in the absence of iron. However, metallic retention was much lower in the experiment without iron (total adsorbed concentration for Ca, Mg, Fe, Mn and Mn of 315 mg.g-1 with iron and 193 mg.g-1 without iron).»

Résumé

Les objectifs de ce projet étaient de 1) déterminer la capacité d’adsorption d’un nouveau médium de filtration, la fibre lignocellulosique phosphorylée (FLP) à l’échelle pilote, 2) d’évaluer le niveau de dégradation du substrat après traitement et 3) de proposer des recommandations pour le traitement à grande échelle d’un site minier abandonné. L’hypothèse derrière ces objectifs était que la FLP est un substrat approprié pour le traitement passif d’une eau affectée par un drainage minier acide et chargée en métaux au moyen d’une barrière perméable réactive. Dans le cadre de ce projet, un essai par pompage et traitement d’une durée de dix semaines a été réalisé sur un ancien site minier et des essais de caractérisation de la FLP ont été réalisés au laboratoire. Les essais de caractérisation du substrat incluaient la détermination de la conductivité hydraulique, la teneur en eau, la capacité d’échange cationique (CEC), le point de charge zéro (PCZ), la capacité tampon, le pH et la cinétique et l’équilibre d’adsorption avec les cations d’intérêts (Ca, Mg, Fe, Mn et Zn). Les propriétés de surface de la FLP sont prometteuses pour l’enlèvement des métaux en solution avec une CEC de 540 meq.100g-1, un PCZ de 7,3, une capacité tampon de 13,9 cmolH+.kg-1 et un relargage de carbone organique limité. Sur le terrain, des capacités d’adsorption de 1 635 mg.g-1, de Fe, 23,1 mg.g-1 de Mn et 18,1 mg.g-1 de Zn ont été atteintes avec des concentrations moyennes à l’entrée des filtres de 1 160 mg.L-1, 18,3 mg.L-1 et 16,8 mg.L-1, pour le Fe, Mn et Zn respectivement. Au laboratoire, ces capacités de rétention étaient plutôt de 165 mg.g-1, 1,1 mg.g-1 et 5,8 mg.g-1 pour le Fe, Mn et Zn, respectivement, ce qui représente une diminution respective de 90 %, 95 % et 66 % par rapport à l’essai de terrain. La rétention du Mn et Zn au laboratoire a atteint des valeurs respectives de 9,8 mg.g-1 et 11,2 mg.g-1 dans des réacteurs sans fer, bien que la rétention totale ait diminué drastiquement dans ces réacteurs (rétention totale (Ca, Mg, Fe, Mn et Zn) de 315 mg.g-1 pour l’essai avec fer et 193 mg.g-1 sans fer).»

Department: Department of Civil, Geological and Mining Engineering
Program: Génie civil
Academic/Research Directors: Benoit Courcelles, Gérald J. Zagury and Thomas Robert
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/54389/
Institution: Polytechnique Montréal
Date Deposited: 13 Nov 2023 11:01
Last Modified: 13 Apr 2024 06:08
Cite in APA 7: Gagnon-Poirier, S. (2023). Détermination de la capacité de sorption de la fibre lignocellulosique phosphorylée pour le traitement passif des métaux en solution à l'échelle pilote [Master's thesis, Polytechnique Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/54389/

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