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Performance of a Semi-passive Sulfate-reducing Bioreactor for Acid Mine Drainage Treatment and Prediction of Environmental Behavior of Post-treatment Residues / Leistung eines semi-passiven, Sulfat reduzierenden Bioreaktors zur Behandlung von saurem Grubenwasser und Bestimmung des Umweltverhaltens der Reststoffe der Behandlung / Funcionamiento de un biorreactor semipasivo reductor de sulfatos para el tratamiento de drenaje ácido de minas y predicción del comportamiento ambiental de los residuos post-tratamiento / 半被动硫酸盐还原生物反应器的酸性矿井废水处理性能及残余物环境行为预测.

Lounate, Khalifa, Coudert, Lucie, Genty, Thomas, Mercier, Guy et Blais, Jean-François ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3087-4318 (2020). Performance of a Semi-passive Sulfate-reducing Bioreactor for Acid Mine Drainage Treatment and Prediction of Environmental Behavior of Post-treatment Residues / Leistung eines semi-passiven, Sulfat reduzierenden Bioreaktors zur Behandlung von saurem Grubenwasser und Bestimmung des Umweltverhaltens der Reststoffe der Behandlung / Funcionamiento de un biorreactor semipasivo reductor de sulfatos para el tratamiento de drenaje ácido de minas y predicción del comportamiento ambiental de los residuos post-tratamiento / 半被动硫酸盐还原生物反应器的酸性矿井废水处理性能及残余物环境行为预测. Mine Water and the Environment , vol. 39 , nº 4. p. 769-784. DOI: 10.1007/s10230-020-00702-w.

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Résumé

The performance of a semi-passive sulfate-reducing bioreactor (SPSRB) was studied for the treatment of highly contaminated AMD (pH = 4.2, [Fe]i: 1600 to 6400 mg/L). The potential mobility of contaminants (metals and sulfates) from AMD post-treatment residue was also evaluated (e.g. metal speciation, weathering cells) to ensure their proper management. Sodium lactate (3500 mg/L) was continuously added to three SPSRBs composed of 60% birch chips, 20% calcite, and 20% poultry manure to enhance microbial activity. The SPSRBs were very effective during the total duration of the experiment (266 days) for the removal of Fe (average removal efficiency of 97.7%), Cd (> 99.4%), Cr (99.3%), Cu (99.9%), Ni (99.2%), Pb (99.8%), Al (92.4%), and Zn (90.7%). The study of the physicochemical stability of the post-treatment residues showed a net positive neutralization potential of 22.4 kg CaCO₃/t and a NP/NA ratio of 1.80. Although the metal speciation estimates revealed that Fe, Mn, Ni, and Zn were mainly retained in the biofilter as oxides or hydroxides, a significant proportion of metals were also present in the form of sulfides, or bound to organic matter as exchangeable/soluble sulfate fractions. Finally, the kinetic tests (weathering cells) confirmed the high risk of metal release if the post-treatment residues are disposed of in an oxidizing environment.

Zusammenfassung

Die Leistung eines semi-passiven, Sulfat reduzierenden Bioreaktors (SPSRB) zur Behandlung von hoch kontaminiertem, saurem Grubenwasser (AMD) (pH=4,2, Fe=1600-6400 mg/l) wurde untersucht. Außerdem wurde die potenzielle Mobilität der zurückgehaltenen Kontaminationen (Metalle und Sulfat) der Reaktorreststoffe nach der Behandlung von AMD bewertet (z.B. die chemische Speziation der Metalle und das Verhalten in Verwitterungsversuchen), um ein sicheres Management dieser Stoffe zu sichern. Natriumlaktat (3500 mg/l) wurde drei SPSBRs kontinuierlich zugeführt, die zu 60% mit Birkenholzchips, zu 20% mit Kalzit und zu 20% mit Geflügelmist gefüllt waren, um die mikrobielle Aktivität zu unterstützen. Die Rückhaltung der Kontaminationen in den SPSBRs war während der gesamten Laufzeit des Experimentes (266 Tage) sehr effektiv. Die durchschnittlichen Entfernungsraten waren für Fe 97,7%, für Cd >99,4%, für Cr 99,3%, für Cu 99,9%, für Ni 99,2%, für Pb 99,8%, für Al 92,4% und für Zn 90,7%. Die Untersuchung der physikochemischen Stabilität der Reste der Reaktorfüllung nach der Behandlung des AMD ergab ein positives Netto-Neutralisationspotenzial von 22,4 kg CaCO₃/t und ein NP/NA-Verhältnis von 1,8. Obwohl die Abschätzung der Metallspeziation ergab, dass Fe, Mn, Ni und Zn vor allem als Oxide und Hydroxide im Biofilter vorlagen, lag ein signifikanter Teil dennoch als Sulfid vor oder war als austauschbares bzw. lösliches Sulfat an organische Stoffe gebunden. Schließlich bestätigten die Verwitterungstests das hohe Risiko der Metallmobilisierung, wenn die Reste der Reaktormaterialien in einer oxidativen Umgebung deponiert werden.

Resumen

pSe estudió el rendimiento de un biorreactor semipasivo reductor de sulfatos (SPSRB) para el tratamiento de DAM altamente contaminado (pH = 4,2, [Fe]i: 1.600 a 6.400 mg/L). También se evaluó la movilidad potencial de los contaminantes (metales y sulfatos) de los residuos de DAM después del tratamiento (por ejemplo, especiación de metales, celdas húmedas de baja escala) para garantizar su gestión adecuada. Se añadió lactato de sodio (3500 mg/L) en forma continua a tres SPSRB compuestos con 60% de astillas de abedul, 20% de calcita y 20% de estiércol de aves de corral para incrementar la actividad microbiana. Los SPSRB fueron muy eficaces durante la duración total del experimento (266 días) para la remoción de Fe (eficiencia promedio de remoción de 97,7%), Cd (> 99,4%), Cr (99,3%), Cu (99,9%), Ni (99,2%), Pb (99,8%), Al (92,4%) y Zn (90,7%). El estudio de la estabilidad fisicoquímica de los residuos del postratamiento mostró un potencial de neutralización positiva neta de 22,4 kg de CaCO₃/t y una relación NP/NA de 1,80. Aunque las estimaciones de especiación de metales revelaron que el Fe, Mn, Ni y el Zn fueron retenidos principalmente en el biofiltro como óxidos o hidróxidos, una proporción importante de metales también estaban presentes en forma de sulfuros o unidos a la materia orgánica como fracciones de sulfato intercambiables/solubles. Por último, las pruebas cinéticas (celdas húmedas de baja escala) confirmaron el alto riesgo de liberación de metales si los residuos posteriores al tratamiento eran dispuestos en un ambiente oxidante.

抽象

研究了半被动硫酸盐还原生物反应器(SPSRB)处理严重污染酸性矿山废水(AMD) (pH = 4.2, [Fe]i: 1600 ~ 6400 mg/L)的性能。同时,为妥善管理AMD处理后残余物,评价了残余物中污染物(金属和硫酸盐)的潜在活动性 (如金属形态、风化试验箱)。3500 mg/L乳酸钠连续加入半被动硫酸盐还原生物反应器(SPSRB),SPSRB由60%桦木屑、20%方解石和20%家禽粪便组成,以提高微生物活性。在整个实验过程中(266天),SPSRB金属去除效果很好,Fe (平均去除率97.7%)、Cd (> 99.4%)、Cr (99.3%)、Cu (99.9%)、Ni (99.2%)、Pb (99.8%)、Al (92.4%)和Zn (90.7%)。经物理化学稳定性研究,AMD处理后残余物的净中和潜力22.4 kg CaCO₃/t,NP/NA比1.80。虽然金属形态分析表明Fe、Mn、Ni和Zn主要以氧化物或氢氧化物的形式保留于生物过滤器,但也有相当一部分金属以硫化物形式或以可交换态/可溶态硫酸盐形式与有机物结合。最后,动态风化箱试验证实,如果处理后残余物暴露于氧化环境,金属离子释放风险很高.

Type de document: Article
Mots-clés libres: biofilter; iron; kinetic test; metal; metal speciation; mining effluent
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 16 mars 2021 14:54
Dernière modification: 14 févr. 2022 20:22
URI: https://espace.inrs.ca/id/eprint/11441

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