Développement d'une approche biologique de dénitrification des effluents des mines d'or à l'échelle de laboratoire

La gestion responsable des effluents cyanures constitue un defi majeur pour les mines d’or en raison, entre autres, de la pollution azotee qu’ils peuvent contenir et necessitant un traitement efficace. Les thiocyanates (SCN-) sont parmi ces composes azotes majeurs, en plus de l’azote ammoniacal (N-NH3), les nitrites (NO2-) et les nitrates (NO3-). Les SCN- sont formes lors de l’extraction de l’or et de l’argent par les cyanures dans des gisements contenant le soufre, via la cyanuration [utilisation des cyanures (CN-) pour la separation de l’or et de l’argent, a pH alcalin]. La pollution azotee (SCN-, N-NH3, NO2- et NO3-), ensemble avec les CN- residuels presentent aussi un grand enjeu environnemental a cause la toxicite aquatique engendree. De plus, l’utilisation des explosifs (ANFO : Ammonia Nitrogen Fuel Oil), lors des etapes d’extraction des minerais, presente une autre origine majeure de la pollution azotee dans les effluents miniers, entre autres les effluents des mines d’or. Les explosifs entrainent surtout du N-NH3 et des NO3- dans l’eau. Le N-NH3 est toxique pour les ecosystemes aquatiques. De plus, il peut former les NO3- en consommant l’oxygene dissout ce qui peut causer, a long terme, l’eutrophisation des eaux. La mine LaRonde, propriete d’Agnico Eagle Ltee, utilise un procede chimique dans une usine de traitement de l’eau (UTE), pour traiter les CN-. Toutefois, ce traitement est peu efficace pour les SCN- et genere du N-NH3 residuel qui doit etre ensuite traite. Une etape subsequente de traitement biologique, dans une usine de traitement finale de l’eau (UTFE), permet de degrader les CN- residuels, le N-NH3 et les SCN- en les oxydant en NO3-, carbonates (CO32-) et sulfates (SO42-). L’effluent final respecte les normes de qualite physico-chimique et de toxicologie aquatique. Enfin, la denitrification biologique de l’effluent final produit par UTE/UTFE semble etre une alternative durable respectueuse de l’environnement. Elle pourrait permettre d’enlever le NO3- en le transformant en diazote gazeux (N2), gaz inerte et non toxique. Dans ce contexte, l’objectif de la presente etude a ete d’evaluer la performance d’un procede de nitrification-denitrification biologique sur l’effluent de la mine LaRonde contenant des concentrations elevees de SCN- (453 ± 53 mg/L) et de N-NH3 (41 ± 8 mg/L), a pH alcalin (7,5-8,4). Dans un premier volet, l’efficacite de differents scenarios de denitrification a ete validee en variant le substrat [carbone organique (bois, methanol et ethanol), carbone mineral (SCN-), et Anammox (N-NH3)] en batch/fed-batch sur un effluent synthetique et les meilleurs ont ete retenus. Dans un deuxieme volet, l’efficacite d’un pilote de nitrification-denitrification avec ecoulement a ete validee sur les scenarios retenus lors des essais en batch et fed-batch et appliques sur l’effluent reel de la mine LaRonde. Les resultats ont mis en evidence les elements suivants : (i) la denitrification de l’effluent synthetique, utilisant le methanol comme source de carbone et les NO2- comme accepteur d’electrons, a ete le meilleur scenario avec une efficacite >99%, en batch, et 95%, en fed-batch. Par contre, la denitrification utilisant les SCN- comme source de carbone mineral n’a pas montre une efficacite prometteuse en fed-batch (une diminution progressive de l’efficacite de denitrification avec les NO2- comme accepteur d’electrons et aucune efficacite de denitrification avec les NO3-). Enfin, les autres scenarios testes en batch et en fed-batch ont donne des resultats moins prometteurs, y compris l’approche Anammox. Parmi les approches evaluees, l’utilisation du bois attaque par la carie/pourri (predigere par les champignons) comme source de carbone a ete trouvee la moins efficace en denitrification. (ii) le systeme pilote de nitrification-denitrification (avec ecoulement) de l’effluent reel a permis d’enlever les SCN- et les NO3- a des efficacites superieures a 97% et a 80%, respectivement. Le methanol comme source de carbone a permis de traiter >80% des NO3- pour tous les temps de retention hydraulique (TRH) testes avec un maximum d’efficacite de 96%. De plus, le TRH et les facteurs de dilution induits par les recirculations influencaient beaucoup ces efficacites. Selon les bilans d’azote, la denitrification utilisant les SCN- etait peu efficace et la diminution des concentrations des SCN- et des NO3- dans l’etape de pre-denitrification etait principalement le resultat de la dilution par recirculation de l’effluent. Les resultats du systeme pilote de traitement se sont averes prometteurs. Enfin, les resultats des travaux en cours et a venir vont permettre d'optimiser les criteres de design d'un systeme de traitement a grande echelle.