Couplage d’un procédé électrochimique et de la distillation membranaire pour la production d'eau recyclable de haute qualité à partir d’eaux usées minières

1. Projet

Les eaux usées produites par les opérations minières posent un grand défi quant à leur traitement par les installations et les procédés conventionnels. Des niveaux élevés de solides en suspension, de solides dissous et de métaux lourds sont quelques traits caractéristiques communs de cette eau produite. Les procédés miniers produisent de grandes quantités d’eaux usées qui doivent être gérées convenablement. Pour limiter le rejet de différents contaminants dans l’environnement, les eaux usées minières doivent être soumises à des processus de traitement de plus en plus intenses pour atteindre des normes optimales de rejet ou de réutilisation.

Objectifs

L’application des procédés électrochimiques tels que l’électroprécipitation (EP), l’électrocoagulation (EC) et l’électrofiltration (EF) ont le potentiel de prétraiter des eaux usées de la mine en raison de leur simplicité, fiabilité et rentabilité. L’EP élimine les ions métalliques en créant un environnement à pH élevé autour d’une surface cathodique qui conduit à des réactions de précipitation. EC est associée à la dissolution anodique d’une électrode métallique sacrificielle (aluminium ou fer) pour générer en continu des coagulants in situ. Les ions métalliques naissants sont des coagulants très efficaces qui forment rapidement de gros flocs de particules, qui peuvent adsorber physiquement les solides en suspension, les particules colloïdales et adsorber chimiquement d’autres polluants, tels que les ions métalliques. La distillation membranaire (DM) est une technologie émergente pour produire de l’eau douce par dessalement de l’eau réutilisable à partir des eaux usées prétraitées. DM, un processus dont la force motrice est thermique, permet à la vapeur d’eau de passer à travers une membrane et contrairement à l’osmose inverse n’est pas entraînée par pression. DM fonctionne à des températures beaucoup plus basses par rapport à d’autres processus thermiques et peut potentiellement utiliser la chaleur résiduelle de faible qualité et l’énergie solaire ou géothermique comme source d’énergie. L’intégration des procédés EP, EC, EF avec DM peut formuler un processus de récupération d’eau durable pour les industries minières.

Résultats attendus et retombées escomptées

Les résultats de ce projet apporteront une valeur ajoutée significative à l’entreprise, à SNC-Lavalin et au Canada en général. En effet, ce projet vise à développer des solutions pratiques pour la récupération et la réutilisation des eaux usées minières et à réduire les prélèvements d’eau douce de différentes sources.

2. Équipe de recherche

Équipe de recherche

3. Appel de propositions

Le projet est d’une durée de 3 ans et le montant total octroyé est de 300 000 $.

4. Résumé et rapport de recherche

Le sous-projet intitulé « Membrane en PVDF-HFP incorporant des nanosphères de silice mésoporeuse MCM-48 fabriquées par électrofilage, et membrane nanocomposite PVDF-HFP/rGO enduite de POTS par électropulvérisation pour un procédé de distillation membranaire (MD) destiné au traitement des eaux usées minières » a donné des résultats significatifs sur les plans scientifique, économique, social et technologique, directement attribuables aux travaux financés.

Scientifiquement, la recherche a permis des avancées notables. La caractérisation par MEB (microscopie électronique à balayage) a démontré la possibilité de produire une membrane nanofibreuse avec une structure ouverte et interconnectée, présentant un diamètre moyen de fibre de 159 nm et une épaisseur de 200 µm. Les mesures de porosité indiquent d’excellentes propriétés pour la filtration de l’eau, avec une porosité d’environ 80 % et des pores d’environ 490 nm. En outre, les tests de stabilité ont démontré la résistance de la membrane à des conditions chimiques sévères, confirmant son adéquation aux applications pratiques qui nécessitent des lavages fréquents avec de la soude caustique et de l’acide citrique.

Économiquement, le projet présente un fort potentiel pour des solutions de traitement des eaux usées à faible coût. L’utilisation d’une technique d’électropulvérisation simple pour l’enduction a permis une fabrication efficace des membranes avec une consommation minimale de matériaux et des temps de traitement plus courts comparés aux méthodes conventionnelles. Cela suggère des économies potentielles en fabrication et en exploitation.

Socialement, la recherche contribue à répondre aux préoccupations environnementales liées aux activités minières. En démontrant l’efficacité de la distillation membranaire dans le traitement des eaux usées synthétiques provenant de l’extraction aurifère, le projet propose une approche durable de purification de l’eau, atténuant l’impact environnemental des opérations minières et protégeant les ressources en eau pour les communautés situées dans les régions minières.

Sur le plan technologique, le développement d’une membrane superhydrophobe avec des propriétés de surface améliorées ouvre la voie à diverses applications au-delà du traitement des eaux usées. La stabilité et les performances de la membrane dans les procédés de distillation membranaire indiquent son potentiel pour d’autres procédés industriels de filtration et de purification, offrant ainsi des opportunités de transfert technologique et de commercialisation.

De plus, les partenaires industriels impliqués dans le projet peuvent bénéficier de la technologie développée. La capacité à obtenir de l’eau recyclable de haute qualité à partir d’eaux usées minières, avec un besoin minimal de prétraitement, simplifie les procédures opérationnelles et réduit les coûts pour les partenaires, renforçant leur efficacité et leur durabilité en matière de gestion de l’eau.

En conclusion, le projet financé a généré des résultats concrets dans plusieurs dimensions : avancées scientifiques, viabilité économique, pertinence sociale et innovation technologique. Les résultats obtenus soulignent l’importance des approches à base de membranes pour relever les défis du traitement des eaux usées, et ouvrent la voie à de nouvelles recherches et applications dans le domaine du traitement de l’eau et des secteurs connexes. La prochaine étape consistera à valider à l’échelle pilote et à plus long terme la performance de la membrane.

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