février 2013

Des milieux humides avides de polluants

La patience est essentielle à l’avenir du traitement passif des eaux

Par Herb Mathisen

Le parc historique Empire Mine State Historic Park de Californie utilise un système de traitement passif depuis novembre 2011 et a déjà pu réduire la concentration d’arsenic, de fer et de manganèse en-deçà de la limite de 10, 300 et 50 microgrammes par litre pour chacun de ces effluents | Courtoisie de California State Parks


Quand Jim Gusek a commencé à étudier les systèmes de traitement passif de l’eau en 1988, il était difficile de trouver du matériel à étudier. La seule ressource qu’il put trouver fut un livre de Sibérie sur les milieux humides, traduit du russe à l’anglais. « C’était un livre bien mince, qui m’a tout de même coûté 104 $, » se rappelle-t-il en riant.

Maintenant, 25 ans plus tard, ce consultant principal de Golder Associates fait évoluer les choses. Gusek est devenu l’un des auteurs les plus prolifiques sur l’utilisation de système bactériens pour le traitement d’eau contaminée par des résidus miniers et les eaux de mine acides qui n’exigent pas d’implication humaine continue. Il a aussi amené en production environ 10 systèmes de ce genre. Gusek précise que la technologie passive imite un procédé que mère nature utilise depuis des milliards d’année : l’eau qui traverse un environnement naturel est lentement filtrée par les bactéries qui s’y trouvent. « La nature connaît la solution, note-t-il, il ne nous reste qu’à la comprendre. »

Développer un système de traitement passif précis demande du temps. Mais une fois les détails arrêtés, ces systèmes sont très avantageux lors de la réhabilitation à perpétuité de mines éloignées ou abandonnées. Contrairement aux usines de traitement à la chaux, ils n’ont pas besoin d’électricité et n’exigent que peu de personnel de suivi, ce qui permet d’éviter les coûts de l’ensevelissement ou du stockage de boues au pH élevé que produisent les usines de traitement. « La plupart des sociétés minières ont des sites anciens de ce genre, et cette technologie est la plus efficace pour en assurer le traitement, » assure Gusek.

Aucun additif chimique, aucun problème

Le fonctionnement d’un système de traitement passif dépend de la nature des métaux à retirer et de l’espace disponible sur place. Le processus en plusieurs étapes comprend généralement le développement d’un environnement bactériologiques en relation quasi-symbiotique dans un ou plusieurs bassins de réaction biochimique. Par exemple, pour filtrer les sous-produits d’une eau influencée par l’extraction de roches dures, tout d’abord, des bactéries autotrophes métabolisent les carbones fixés complexes (acides ou sucres). Ensuite, ces carbones fixés fournissent une source de carbone à des bactéries hétérotrophes qui réduisent le sulfate pour produire du sulfure d’hydrogène. Enfin, le sulfure d'hydrogène se lie aux métaux pour produire des sulfures métalliques insolubles. Ces sulfures sont alors isolées dans des bassins anaérobies à pH neutre. Les métaux sont aussi adsorbés aux matières organiques et aux biofiltres eux-mêmes.

Gusek s’est récemment uni à California State Parks pour développer un système semi-actif (qui utilise une pompe) qui traite chaque minute 4 740 litres d’eau contaminée à l’arsenic, au fer et au manganèse à la mine d’or abandonnée Empire dans les contreforts de la Sierra Nevada. Dan Millsap, l’administrateur du parc, précise qu’une usine de traitement était d’abord envisagée, mais les coûts de construction étaient d’environ le double de ceux d’un système passif. Comme il fallait encore ajouter un budget d’exploitation annuel de 600 000 $ USD, sans compter les additifs chimiques et les frais de transport et de traitement des déchets, le système passif, qui ne demande que 20 000 $ USD chaque année pour l’alimentation de la pompe, semblait une bonne affaire. Le système fonctionne depuis novembre 2011 et, bien que sa pleine efficacité ne devait être atteinte qu’après l’installation d’usines en milieu humide, il répond déjà aux besoins finaux de traitement du parc. Non seulement le système est-il meilleur marché, souligne Millsap, « il est plus harmonieux » puisqu’il se fond dans le paysage environnant.

« Les milieux humides sont plus beaux à contempler qu’une énorme structure d’acier, » confirme Al Mattes, directeur de la recherche à la société Nature Works Remediation. Dans les années 1990, Teck Cominco a engagé Mattes pour son expertise en traitement passif afin de traiter un lixiviat légèrement acide, contenant du zinc, de l’arsenic et du cadmium, qui s’écoulait du site d’enfouissement d’une ancienne fonderie de plomb et de zinc près de Trail, B.C. L’eau de pluie percolait dans le site et récupérait les métaux dissous avant d’atteindre le substrat et de s’écouler dans un ruisseau. Cette eau a été capturée en amont du ruisseau et une partie a été pompée vers le système de traitement de Mattes.

Au départ, le lixiviat traversait deux bassins à biofiltres à faible teneur en oxygène recouverts de calcaire et de poussière de quartz, qui contenaient des biosolides provenant de déchets de pâtes et papiers. Ceux-ci nourrissaient les bactéries servant à réduire le sulfate. De là, il passait dans trois marais à paroi végétale pour atteindre, 15 jours plus tard, un bassin de rétention où l’eau traitée servait à irriguer une propriété forestière. La zone marécageuse était un désert de grenaille roche, se souvient Mattes, qui ajoute : « l’endroit est désormais couvert d’arbres et d’herbes, de cerfs, d’orignaux, d’ours et de lapins. »

De 2003 à 2007, le système qui a coûté 700 000 $ à bâtir, a filtré 2 990 kilos d’arsenic, 7 698 kilos de zinc et 86 kilos de cadmium, ce qui représente un taux de réduction de 99,4, 98,5 et 99,6 pour cent respectivement.

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