Un des principaux problèmes que l'industrie minière du Canada doit solutionner est le traitement des effluents durant et après la fermeture d'une propriété minière. Le traitement des effluents peut être compliqué par la présence et la collecte des eaux de drainage minier acide (DMA) qui, même dans le meilleur scénario de réhabilitation, peuvent nécessiter un traitement à long terme. Bien que le traitement classique des effluents au Canada ait été un traitement chimique ou une autre forme de traitement actif, on a récemment envisagé davantage des formes de traitement passif.

Les systèmes de traitement passif font intervenir des processus d'élimination chimique, biologique et physique qui existent souvent à l'état naturel dans l'environnement et modifient les propriétés de l'influent. Les systèmes de traitement passif ont d'abord été jugés attrayants pour le traitement des eaux de drainage minier acide à cause de leurs faibles coûts de construction, d'exploitation et d'entretien ainsi que de la possibilité de les mettre en oeuvre à des endroits éloignés avec des besoins opérationnels limités. L'objectif de ce projet était une revue des systèmes de traitement passif et la formulation de recommandations quant à leur applicabilité au traitement du DMA au Canada.

Bien que des systèmes passifs aient été éprouvés à bien des endroits dans le monde, le climat et l'environnement aquatique canadiens posent des défis considérables à leur utilisation à grande échelle au Canada. Les systèmes biologiques ont une faible activité par temps froid et en période de sécheresse, alors que les tempêtes et la crue printanière demandent des systèmes puissants et souples.

Dans cette revue, quatre principaux types de technologies passive de traitement des eaux de drainage minier acide ont été étudiées :

• les drains de calcaire anoxiques;

• les marécages aménagés;

• les réacteurs microbiens; et

• les biosorbeurs.

Conformément à la portée des travaux, ce document présente :

• un sommaire des technologies de traitement passif connues;

• les besoins d'entretien et de suivi;

• la durée de vie prévue et répercussions à long terme (> 100 ans);

• contraintes pour la déposition du produit de traitement;

• l'estimation des coûts des technologies décrites d'après des cas génériques;

• la capacité de respecter le Règlement canadien sur les effluents liquides des mines de métaux et d'en limiter la toxicité;

• la descriptions d'études de cas, entre autres : plage de débit, température, chimie de l'eau et identification des facteurs de contraintes décrits dans la littérature (appendice A); et

• l'évaluation générale de l'applicabilité des systèmes de traitement passif existants aux sites miniers du Canada.

DRAINS DE CALCAIRE ANOXIQUES (DCA)

Les DCA sont, fondamentalement, des tranchées remplies de calcaire concassé de grande qualité, isolées sous un plastique et un géotextile et recouvertes de terre, dans lesquelles un courant d'effluent contaminé non aéré s'écoule par gravité. Au fur et à mesure de leur écoulement dans le système, les eaux de drainage minier acide dissous le calcaire avec dégagement de calcium sous forme de bicarbonate, donc avec augmentation du pH.

D'après les résultats d'études réalisées dans des mines de charbon des États-Unis, les DCA se sont avérés plus efficaces dans le cas d'influent contenant des concentrations d'oxygène dissous, de fer ferrique (Fe3+) et d'aluminium inférieures à 1 mg/L, et des concentrations de sulfates inférieures à 2 000 mg/L. À des concentrations plus élevées, le calcaire peut se revêtir d'oxydes ou de gypse, ce qui ralentit la dissolution du calcaire ou colmate le système. Dans les deux cas, la capacité d'alcalinisation du DCA peut être réduite de beaucoup et il peut y avoir défaillance du système.

Vu les spécifications strictes relative à l'influent, les DCA ne devraient avoir qu'une application limitée au traitement des eaux de drainage minier acide dans les mines de métal canadiennes.

MARÉCAGES AMÉNAGÉS

Les marécages aménagés sont des systèmes écologiques conçus pour optimiser divers processus naturels tant physiques, que chimiques, microbiens ou à médiation végétale. Dans le système construit, l'influent de DMA s'écoule par gravité dans le marécage et l'élimination du métal et la neutralisation sont progressives. Les métaux sont éliminés par précipitation, chélation et échanges, alors que la neutralisation est surtout le résultat de l'action des bactéries sulfatoréductrices (BSR), ou de l'augmentation de l'alcalinité due aux réactions chimiques et à l'action microbienne, y compris la dissolution du calcaire.

Les systèmes passifs de traitement des eaux de DMA sont habituellement une combinaison de marécages naturels ou construits, de mousse de sphaigne et d'étangs ouverts avec des amendements chimiques (surtout calcaires) et des substrats organiques pour augmenter l'alcalinité et réduire l'acidité. Une combinaison efficace est le traitement séquentiel des eaux de DMA pour enlever le fer par oxydation, hydrolyse et décantation, au stade aérobie, et l'action des BSR au stade anaérobie pour élever le pH.

La conception des cellules aérobies ou anaérobies doit maximiser le contact avec la matrice, qui peut être de l'eau aérée ou un substrat anaérobie. Il est essentiel que les marécages construits soient gérés en fonction de leurs composantes individuelles et de leurs interactions mutuelles pour qu'ils puissent avoir l'efficacité globale souhaité. Beaucoup des mécanismes d'élimination des métaux dans les marécages sont temporaires et réversibles; ils peuvent devenir saturés, ce qui réduit l'efficacité des marécages et diminue leur rentabilité. De plus, la réversibilité pose un défi pour le suivi et la déposition des produits de traitement.

Les marécages aménagés ayant une superficie suffisante ont le potentiel nécessaire au traitement des eaux de DMA de certains sites canadiens; ils peuvent alors constituer la solution de choix quant au coût, à l'efficacité et à la sécurité pour l'environnement. La conception selon l'approche de la ¨boîte noire¨, qui a été utilisée par le passé et qui est toujours proposée, n'est pas recommandée. La conception devrait être basée sur la compréhension des interactions entre les composantes du système - chimique, microbienne et à médiation végétale - ainsi que les condition d'ingénierie, de climat et d'hydrogéologie du site de traitement.

Un marécage aménagé bien conçu est un accumulateur de métaux et de produits de réaction efficace. La clé de son efficacité est la matrice physique, chimique et biotique continue de le marécage. Cette capacité sera réduite en période de gel et de crue. Les marécages aménagés peuvent donc être le plus applicable aux mines canadiennes où l'hiver est le plus court et le plus doux et aux sites où un débit constant peut être maintenu. Une autre méthode de traitement peut être requise durant l'hiver et la période de ruissellement printanier, sinon il faut de grands bassins de rétention.

RÉACTEURS MICROBIENS

La configuration des réacteurs microbiens ou bioréacteurs peut être ouverte ou fermée selon qu'ils sont ou non exposés à l'atmosphère. Dans les deux cas, la coque des réacteurs microbiens contient un substrat biodégradable (habituellement des produits agricoles comme le compost de champignon ou la paille) qui favorise la croissance des microorganismes effectuant le traitement des eaux de drainage minier acide.

La cellulose des produits agricoles est dégradée par les bactéries cellulolytiques, ce qui produit des sucres libres et d'autres métabolites, qui sont métabolisés plus à fond et donnent des substrats pour les agents fermentatifs anaérobies. En conditions anaérobie ces sucres libres sont transformés par fermentation en acides organiques à courte chaîne ou en acides gras, qui sont des substrats favorables à la croissance des bactéries sulfatoréductrices (BSR). Les BSR réduisent les sulfates en sulfure d'hydrogène, qui fait précipiter les ions métalliques en les transformant en sulfures peu solubles. En même temps les bactéries sulfatoréductrices consomment les ions hydrogène et produisent du dioxyde de carbone durant leur métabolisme, d'où une augmentation du pH de la solution par suite d'une réduction de la concentration en ions hydrogène et de l'effet tampon du système CO2/bicarbonate.

Les données produites en usine pilote semblent indiquer que les bioréacteurs sont une technologie applicable au traitement des petits débits de DMA. Les bioréacteurs ouverts ne devraient être applicables qu'à certaines mines canadiennes où l'hiver est doux ou modéré. Les bioréacteurs fermés sont exploitables partout où une température assez constante peut être maintenue.

BIOSORBEURS

Les microorganismes - entre autres les bactéries, les algues, les champignons et les levures - concentrent efficacement les métaux lourds et les radionucléides présents dans leur environnement. Les biosorbeurs d'une grande variété de configurations font appel à cette capacité de traiter les eaux de drainage acide. Les cellules vivantes peuvent servir à traiter les effluents dont la teneur en métal est inférieure aux teneurs toxiques. L'utilisation de biomasse morte sous forme de biosorbants commerciaux élimine les problèmes de la toxicité des métaux, des conditions climatiques difficiles et des coûts de l'alimentation en nutriments et de l'entretien des cultures.

Seulement un petit nombre d'études ont été réalisées jusqu'ici sur le traitement des eaux de DMA avec des biosorbeurs. Bien qu'il ne semble pas que les biosorbeurs soient un système de traitement primaire efficace pour les eaux de DMA, il est possible que des études plus poussées en fassent une forme de traitement optionnel pour une partie d'un circuit d'effluent ou une étape de polissage. Le succès des biosorbeurs à biomasse vivante devrait être limité en hiver. L'efficacité du traitement sera moindre dans de mauvaises conditions de croissance. Les systèmes qui utilisent la biomasse morte devraient avoir une plus grande applicabilité qui pourrait ne pas être compromise par les conditions hivernales tant que le débit est maintenu.

APERÇU

Le traitement passif des eaux de drainage minier acide a de l'avenir au Canada, mais ses applications sont limitées aux cas où :

• les débits ont un volume relativement constant;

• la température de l'eau est supérieures à 7 C (p. ex., eau de mine ou écoulement des digues);

• acidité de l'eau et concentration de métal dans l'eau faibles ou moyennes;

• faibles concentrations d'aluminium et de fer;

• faible sensibilité de l'environnement récepteur aux bouleversements dans le système de traitement passif.

Il faudra davantage de recherches et d'expériences sur le terrain pour définir plus précisément les systèmes de traitement passif des eaux de DMA au Canada afin que le Règlement sur les effluents liquides des mines de métaux soit respecté en totalité. Aucun système de "traitement passif" n'est vraiment passif. Tous les systèmes nécessitent un suivi et le remplacement de l'alcalinité consommée ou des nutriments organiques pour les bactéries . En outre, les précipités métalliques doivent être enlevés et, dans certaines juridictions les boues sont couvertes par le règlement sur les "déchets dangereux" et leur déposition peut constituer un défi important.