Mining Wastewater Treatment by Slag Filters

Les deux objectifs de ce projet étaient de proposer un système de traitement par filtres à scories du lixiviat de la mine Joplin, Missouri et de proposer un modèle préliminaire des mécanismes de rétention du phosphore dans les filtres à scories. Trois phases expérimentales ont été réalisées : essais individuels en flacon, essais séquentiels en flacon et essais en colonnes. Les essais individuels en flacon ont été utilisés pour comparer la performance de traitement de 10 scories et 1 apatite et pour choisir les meilleurs matériaux parmi ceux-ci. Les essais séquentiels en flacon ont été utilisés pour comparer les performances de traitement de quelques séquences de filtres. Finalement, les essais en colonnes ont été utilisés pour caractériser la performance d'enlèvement et la longévité d'un filtre soumis à des conditions d'alimentation contrôlées. Durant les essais en colonnes, l'effet de la composition de l'affluent, du temps de rétention hydraulique des vides et de la séquence de filtre a été mesuré. Certains essais en colonnes ont été opérés spécifiquement pour étudier les mécanismes d'enlèvement du phosphore. Le modèle proposé est défini par les étapes suivantes : 1) la dissolution cinétique des scories est représentée par la dissolution de CaO, 2) un fort pH dans le filtre cause la précipitation du phosphore et la croissance de cristaux, 3) la rétention des cristaux est causée par filtration, décantation et densification, 4) la diminution du volume de réaction (et du temps de réaction) disponible est causée par l'accumulation de cristaux et autres particules dans les vides, 5) le pH dans le filtre diminue avec le temps si le temps de réaction est trop court (ce qui résulte en une diminution de l'efficacité d'enlèvement). Une nouvelle approche pour définir les performances des filtres à scories est proposée. La capacité de rétention à saturation est exprimée en mg P / mL de vides. Le système proposé pour traiter le lixiviat de la mine Joplin est composé de deux filtres successifs de scories EAF Fort Smith opérés à un temps de rétention hydraulique des vides total de 34 h. Après 179 jours d'opération, les performances de traitement des deux filtres ont été de 99.9 %, 85.3 %, 98.0 % et 99.3 % pour le phosphore, le fluor, le manganèse et le zinc, respectivement.

Abstract

The two objectives of this project were to propose a slag filters treatment system for the leachate of the Joplin mine, Missouri, and propose a preliminary model for phosphorus removal mechanisms in slag filters. Three experimental phases were realized: individual batch tests, sequential batch tests and column tests. Individual batch tests were used to compare the treatment performance of 10 slags and 1 apatite and to select the best materials from this list. Sequential batch tests were used to compare the treatment performance of several filter sequences. Finally, column tests were used to characterize the removal performance and longevity of controlled filters. During column tests, the effect of influent composition, void hydraulic retention time and filter sequences was measured. Some column tests were operated especially for the study of phosphorus removal mechanisms. The proposed model is expressed by the following steps: 1) the rate limiting dissolution of slag is represented by the dissolution of CaO, 2) a high pH in the slag filter results in phosphorus precipitation and crystal growth, 3) crystal retention takes place by filtration, settling and growth densification, 4) the decrease in available reaction volume is caused by crystal and other particulate matter accumulation (and an associated decrease in available reaction time), and 5) the pH decreases in the filter over time if the reaction time is too short (which results in a reduced removal efficiency). A new approach to define filter performance is proposed. Saturation retention capacity is expressed in units of mg P/ mL voids. The proposed system for the treatment of the Joplin mine leachate is composed of two successive Fort Smith EAF slag filters operated at a total void hydraulic retention time of 34 hours. After 179 days of operation, the treatment performance of this system was 99.9 %, 85.3 %, 98.0 % et 99.3 % for phosphorus, fluoride, manganese and zinc respectively.