Le projet NEDEM 3.11.1, intitulé "Traitement de la percolation acide par l'emploi de
l'écologie des marécages et de la microbiologie", en est à la fin de sa quatrième et
dernière année. Ce projet a été financé par Inco, Denison, Environnement Canada,
CANMET et par le Centre de Recherches minérales (CRM). Il visait à déterminer les
conditions qui permettront de traiter le drainage rninier acide (DMA) au moyen de
processus écologiques impliquant des microorganismes. Ces processus existent
naturellement dans les marécages, dans les sédiments des lacs et des océans. Le
système d'essai du site Makela visait à contrôler l'écoulement d'eaux d'infiltration
typiques provenant d'un barrage constitué de résidus miniers de métaux de base.
L'écoulement étant contrôlé, on a déterminé les taux naturels de précipitation de
l'hydroxyde de Fe3+ et d'acidification. On devait déterminer les conditions nécessaires
pour promouvoir la réduction microbienne des sulfates et la génération d'alcalinité. Le
traitement microbien du drainage minier acide est appelé ARUM (Acid Reduction
Using Microbiology).

La construction de cellules de rétention sur le périmètre de la ligne phréatique du
barrage de résidus miniers s'est révélée complexe. À cet endroit, le terrain est instable
au point de vue hydrologique et les digues menaçaient de s'affaisser. On a utilisé des
digues perméables pour assurer un écoulement en nappe et des digues
imperméables, contrôlant l'écoulement, pour séparer les cellules de rétention. À partir
du début de la construction, en 1989, jusqu'à l'été de 1991, le système a nécessité des
réparations fréquentes. À la fin de l'été 1991, on avait réussi à contrôler I'écoulement
et on a installé un prototype d'une couverture flottante de quenouilles, permettant au
système ARUM de se développer. Les activités effectuées dans le cadre de ce projet
et correspondant à chaque année sont données ci-après.

Première année {1989/1990): Au cours de la première année, on a construit le
système d'essai et on a effectué des ajustements hydrauliques pour contrôler
l'écoulement. Les essais réalisés dans des barils de 200 l (AARUMators@) contenant
de la matière organique et munis d'orifices d'échantillonnage ont montré qu'il était
possible de générer, sous l'action des microorganismes, de l'alcalinité dans les eaux
d'infiltration provenant de résidus miniers. Pour faciliter la mise à l'essai du processus
ARUM dans des conditions totalement contrôlées, on a installé à une extrémité du
système d'essai un AARUMator 3", c'est-à-dire un réservoir en fibre de verre de 12 m3
muni d'un manchon intérieur de 800 l contenant la matière organique.

Dans les ARUMators, le pH est passé de 2,5 à 5,7. On a également noté que la
concentration de nickel, qui était de 91 mg/l dans un échantillon prélevé à travers un
orifice situé près de la surface, tombait à 1,7 mg/l dans un échantillon prélevé dans le
fond du même ARUMator. Ces observations ont permis de constater que le processus
intervenait dans les sédiments et qu'une couverture flottante de quenouilles était
nécessaire. En s'enracinant dans la matière organique, les quenouilles auraient épuisé
rapidement les éléments nutritifs nécessaires à l'écosystème ARUM. Une couverture
flottante de végétation constituerait non seulement une source de matière organique
pour les sédiments sous-jacents, mais elle accentuerait aussi les conditions
réductrices dans la colonne d'eau, entre les sédiments et la couverture flottante de
quenouilles.

Les travaux de recherche réalisés au cours de la première année ont été présentés en
juin 1990 dans un rapport intitulé:

• Projet NEDEM 3.11.1 A Treatment of Acidic Seepages Employing Wetland
  Ecology and Microbiology, Final Report@, par M. Kalin, juin 1990, numéro
  de contrat du MAS 23440-8-9264.

Ce rapport a fait l'objet d'un examen par les pairs et le projet a été jugé techniquement
correct.

Deuxième année (1990/1991): Après le premier hiver, les conditions hydrauliques du
système d'essai ont dû être rajustées. On a établi que les plus faibles débits qui
pouvaient être obtenus étaient de 3-5 l/min. Par ailleurs, on a déterminé que le débit
maximal auquel la structure du système pouvait résister était de 300 l/min. La chimie
de base du système a été définie au cours de la deuxième année.

Les contributions des eaux souterraines, qui représentaient moins de 1 l/min, n'avaient
aucun effet décelable sur la chimie de l'eau. On a défini les conditions dans lesquelles
l'hydroxyde ferreux (Fe2+) et l'hydroxyde ferrique (Fe 3+) précipitaient dans la cellule de
précipitation (cellule 1). On a installé dans la cellule 1 un système de déflecteurs pour
faciliter le dépôt des hydroxydes. Cette cellule rejetait dans la cellule 2 un drainage
acide clair à faible teneur en fer.

On a déposé de la matière organique dans les cellules 3 et 4, entre des écrans
pare-neige. On a utilisé des balles de lin mélangées avec des balles de foin comme
substrat pour faire croître l'écosystème microbien dans lequel l'alcalinité pourrait être
générée. Sous l'action des bactéries sulfato-réductrices, du sulfure d'hydrogène est
produit, ce qui fait précipiter les sulfures métalliques. Une étude microbiologique
approfondie a été effectuée en laboratoire pour définir les conditions de croissance des
microbes producteurs d'alcalinité.

Un rapport sur les travaux réalisés au cours de la deuxième année a été présenté en
mars 1991.

• Projet NEDEM 3.11.1 A Treatment of Acidic Seepages Employing Wetland
  Ecology and Microbiology, Final Report@, par M. Kalin, mars 1991,
  numéro de contrat du MAS 23440-8-9065.

Troisième année (1991/1992): Au cours des deux premières années du projet, on a
défini les conditions écologiques nécessaires à la génération microbienne d'alcalinité.

En 1991, des couvertures flottantes de quenouilles ont été installées dans les cellules
3 et 4. C'est donc pour la première fois au cours de la troisième année que l'on a pu
faire la démonstration du processus ARUM dans des conditions d'écoulement définies.
La configuration optimale nécessaire à l'établissement du processus ARUM n'a été
obtenue qu'à la fin juillet à cause de problèmes de stabilité des berges survenus à la
fin de mai 1991. En s'affaissant, le barrage de résidus miniers a bloqué le fossé de
dérivation, ce qui a empêché le contrôle de l'écoulement jusqu'au système d'essai.

Le processus ARUM s'amorce dans les sédiments et se poursuit vers le haut. Ses
effets devraient donc se manifester d'abord dans la partie inférieure de la colonne d
'eau des cellules 3 et 4. Le débit a été ajusté à 1 l/min à la mi-juillet. Dès la
mi-septembre 1991, on a noté des différences importantes entre les concentrations de
métal dans l'eau à la surface et dans les parties inférieures de la colonne d'eau. Dans
la cellule 4, les concentrations de nickel à la surface variaient de 43 mg/l à 74 mg/l.
L'intervalle dans la partie inférieure de la colonne d'eau (50-60 cm) était de 12 mg/l à
33 mg/l. Dans la cellule 3, première cellule ARUM à recevoir les eaux de DMA de
faible pH, les concentrations variaient entre 23 et 51 mg/l à la surface, alors qu'elles se
situaient entre 15 et 24 mg/l dans la partie inférieure de la colonne d'eau. Cet écart
représente une réduction d'environ 50 % des concentrations de nickel. Le cuivre était
présent dans les deux cellules, à la surface, en concentrations variant de < 1 à 4 mg/l
et, sous l'action du processus ARUM, ces concentrations tombaient à 1 ou à < 1 mg/l
dans la partie inférieure des cellules.

À un débit de 1 l/min, I'eau séjournait un peu plus de 4 mois dans les cellules 3 et 4.
L'eau superficielle a toutefois un effet neutralisant et le pH de l'eau rejeté n'avait donc
que légèrement augmenté de 2,5 à 3,2. Toutefois, 27 kg d'alcalinité avaient été
produits dans l'eau quittant la cellule d'essai 4 après être passée sur la partie inférieure
de la colonne d'eau en AARUM-ation@ active, où le pH s'élevait jusqu'à 6,0 . Si de
l'eau était soutirée à partir du fond de la cellule 4, elle présenterait de faibles
concentrations de métal et un pH élevé dès la fin de la troisième année.

Les résultats obtenus au cours de la troisième année ont indiqué qu'il y avait eu
production d'alcalinité dans le système d'essai. Les travaux effectués au cours de la
troisième année ont été présentés en mars 1992.

• Projet NEDEM 3.11.1 A Treatment of Acidic Seepages Employing Wetland
  Ecology and Microbiology. Final Report@, par M. Kalin, mars 1992,
  numéro de contrat du MAS 23440-8-9065.

Quatrième année (1992/1993): À cause de problèmes d'instabilité du barrage pendant
la fonte printanière et le gel des digues et de la vanne de régulation, le système a été
fermé pendant l'hiver 1992-1993.

Les quenouilles ayant été plantées vers la fin de la saison de croissance de 1991,
seules quelques plants ont poussé. Au début de la saison de croissance de 1992, on a
fait des ajustements dans la zone des racines. La couverture flottante est devenue
fonctionnelle en juillet 1992 et le système était alors prêt à être contrôlé.

En 1989 et en 1990, il n'y a pas eu de contrôle de l'écoulement et celui-ci a été très
variable. Dans le cas de courts temps de rétention (4,2 jours dans les cellules 1 et 2 et
3,26 jours dans les cellules 3 et 4 à 40 l/min) l'hydroxyde de Fe 3+ précipitait dans
l'ensemble du système. Lorsque le débit a été limité à 1 l/min, on a estimé que le
temps de rétention passait à environ 168 jours dans les cellules 1 et 2. En 1992, la
précipitation de l'hydroxyde de Fe3+ a facilité l'élimination d'au moins 94 % de la
charge en fer de la cellule 1, ce qui s'est traduit par la production d'une charge en
acidité de 100 à 600 g/jour dans l'eau qui entrait dans les cellules ARUM (cellules 3 et
4).

La configuration finale, obtenue à la fin de 1991, a permis l'établissement du procédé
ARUM dans les cellules 3 et 4. En 1992, avec un temps de rétention de 131 jours, le
système ARUM (cellules 3 et 4) a permis d'éliminer 80-87 % de la charge en nickel,
77-98 % de la charge en cuivre, 10-20 % de la charge en soufre et 47-73 % de la
charge en acidité des eaux d'infiltration.

Le présent rapport décrit sommairement les constituants de l'écosystème microbien
qui jouent un rôle important dans le processus ARUM. Les relations existant entre les
écosystèmes des marécages et le processus ARUM sont donnés dans la section 2.
Dans la section 3, on décrit le système d'essai en insistant sur les événements qui ont
finalement permis d'obtenir le contrôle de l'écoulement et les couvertures flottantes de
quenouilles en 1992. La chimie de l'eau, I'hydrologie avec et sans activité rnicrobienne
ainsi que la précipitation de l'hydroxyde de fer sont décrits dans la section 4. Dans la
section 5, on utilise les données obtenues au cours du programme de recherche pour
définir les paramètres de fonctionnement, notamment les conditions
d'approvisionnement en éléments nutritifs et les conditions chimiques. La performance
prévue et les applications du traitement sont traitées dans les sections 6 et 7. Dans la
section 8, on décrit les limites de l'approche microbienne. Certaines considérations
économiques sont présentées dans la section 9. On conclut dans la section 10 que le
projet fournit une base technique permettant de définir les conditions nécessaires à
l'utilisation du traitement microbien du DMA pour fermer des lagunes servant à
recueillir des eaux d'infiltration, des mines à ciel ouvert et des lagunes tertiaires.