Pourquoi le lixiviat de tas (heap leach bleed) constitue un cas particulier pour le prétraitement MBR
Le lixiviat de tas (également appelé Pregnant Leach Solution, ou PLS, après récupération des métaux précieux) n'est pas un effluent industriel générique et ne peut pas être envoyé vers un bioréacteur à membrane PVDF immergée selon une spécification de prétraitement conventionnelle. Les plages de fonctionnement typiques sont : pH 9–11, cyanure libre WAD (dissociable en milieu faiblement acide) 5–500 mg/L, matières en suspension totales 50–2 000 mg/L, sulfates 500–5 000 mg/L, et une conductivité équivalente à 2–15 g/L de NaCl. Les MBR produisent un effluent < 1 μm avec une MLSS élevée, ce qui explique précisément pourquoi la même biologie qui produit un perméat propre rend aussi les membranes intolérantes au cyanure libre, aux agents d'entartrage divalents (Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺/³⁺) et aux argiles colloïdales qui traversent les clarificateurs conventionnels.
La revue PMC 2023 sur les MBR industriels trace la limite explicitement : dès que la salinité de l'affluent dépasse 10 g/L de NaCl, la conductivité doit être réduite de plus de 80 % en amont du MBR, faute de quoi le flux décline et le stress salin sur la biomasse devient incontrôlable. Ce seuil, associé aux trois modes de défaillance propres au lixiviat de tas (lyse de la biomasse par le cyanure WAD, entartrage du PVDF par les cations divalents, et colmatage par les argiles colloïdales), impose une chaîne de prétraitement en cinq étapes plutôt qu'un simple dégrilleur et un bassin d'égalisation. Le reste de cet article détaille chaque étape avec des valeurs prêtes pour la mise en service.
Étape 1 — Dégrillage grossier et dessablage
La première opération unitaire doit éliminer les fragments de minerai grossiers et les débris pouvant endommager les pompes avant le début de la chaîne chimique. Spécifiez un dégrilleur mécanique rotatif avec une ouverture de 3 à 6 mm à dents de râteau en acier inoxydable comme protection minimale du poste de tête ; 6 mm est acceptable pour des débits supérieurs à 200 m³/h, mais il faut descendre à 3 mm lorsque le tas de lixiviation présente des fines argileuses visibles ou lorsque l'équipement en aval est une pompe volumétrique.
En aval du dégrillage, un dessableur dimensionné à 1 m³ par m³/h de débit de pointe avec un temps de séjour de 60 secondes élimine le sable et les particules de minerai supérieures à ~200 μm qui abraderaient sinon la surface plane de la membrane PVDF. Vient ensuite l'égalisation, avec un TRH de 8 à 24 heures pour atténuer les cycles de pompage diurnes typiques des exploitations de lixiviation en tas (la solution enrichie s'écoule souvent par lots de 12 à 18 heures liés aux cycles d'irrigation du tas). Sans égalisation, le dosage de chlore en aval à l'étape 2 oscillera en permanence et provoquera soit une suroxydation, soit un sous-traitement.
Étape 2 — Destruction du cyanure
Le cyanure WAD libre est le paramètre d'influent le plus dommageable pour un MBR ; il lyse la biomasse hétérotrophe et supprime la nitrification. La chimie de référence pour l'effluent de lixiviation en tas est la chloration alcaline : doser Cl₂ ou NaOCl jusqu'à un ORP >+650 mV à un pH >10, maintenir 30 à 60 minutes dans un bassin de réaction à chicanes, et viser un CN WAD libre <0,5 mg/L à la sortie du bassin de contact. La chloration par étapes (en maintenant un pH de 10 à 11 tout du long) empêche la formation de chlorure de cyanogène, qui se produit à faible pH.
Pour les sites où les sous-produits chlorés (chlore résiduel total, AOX) sont limités par le permis de rejet, passez à H₂O₂ + acide de Caro (H₂SO₅) selon un ratio stœchiométrique d'environ 2 à 4 g de H₂O₂ par g de CN détruit, en maintenant un pH de 9 à 10 pendant 45 à 90 minutes. L'acide de Caro offre une cinétique plus rapide que le peroxyde seul et ne laisse aucun résidu halogéné. Le procédé INCO au SO₂/air est acceptable pour de très grands débits (supérieurs à environ 1 000 m³/h), mais nécessite de longs bassins de rétention et une étape d'aération en aval, ce qui le rend moins compatible avec un MBR que la chloration alcaline dans la plage de débit type d'une lixiviation en tas de taille moyenne.
Une règle absolue : tout H₂O₂ résiduel sortant du bassin de contact du cyanure doit être neutralisé à la catalase ou au charbon actif granulaire avant le MBR. Même 5 à 10 mg/L de peroxyde résiduel lyseront les bactéries formant le floc et feront chuter les MES en moins de 24 heures. Confirmez avec une bandelette de test du peroxyde au puits d'alimentation du MBR lors de la mise en service.
Étape 3 — Ajustement du pH, contrôle de la température et tamponnage de l'alcalinité
La biomasse et la chimie des membranes exigent toutes deux une plage étroite à l'entrée du MBR : pH 6,5–8,0, température 15–35 °C, et alcalinité ≥100 mg/L en CaCO₃. Utilisez une neutralisation acide en deux étapes pour éviter les zones localisées à faible pH qui hydrolyseraient le PVDF. La première étape fait passer le pH de 10–11 à environ 9 avec du H₂SO₄ (l'acide sulfurique est préféré à HCl car la charge en sulfate est déjà élevée et le stress chlorure sur la biomasse doit être limité) ; la deuxième étape ajuste le pH à 6,5–8,0 par barbotage de CO₂ ou avec un acide faible. Un ajout d'acide en une seule étape a tendance à dépasser la cible et crée des zones mortes de pH près du point d'injection.
Le conditionnement thermique dépend du site. Le lixiviat de percolation en tas dans les exploitations estivales en climat aride atteint régulièrement 35–40 °C, ce qui se situe à la limite supérieure pour la biomasse MBR mésophile ; installez une tour de refroidissement ou un échangeur de chaleur à plaques en amont du bassin d'égalisation. Les exploitations hivernales sur les tas de lixiviation en climat froid peuvent descendre à 5–10 °C, ce qui prive la nitrification et ralentit l'élimination de la DCO — installez un échangeur de chaleur alimenté par la chaleur perdue ou une petite chaudière. Tout au long du processus, l'alcalinité doit rester ≥ 100 mg/L en CaCO₃ pour soutenir la nitrification et tamponner la chute de pH provoquée par le CO₂, qui se produirait autrement dans le bassin d'aération.
La précision du dosage à cette étape n'est pas négociable. Un système de dosage chimique piloté par automate, injectant de l'acide, de la soude caustique et un antitartre sur des boucles d'ajustement fin avec des sondes redondantes de pH et de conductivité, permet de maintenir la plage à ±0,2 unité de pH et ±2 °C près.
Étape 4 — Affinage des matières en suspension et des fines colloïdales
Les MES à l'entrée du MBR doivent être < 50 mg/L ; une valeur < 20 mg/L est préférable pour espacer les intervalles de NEP. C'est à cette étape que la plupart des filières lixiviat-MBR échouent en pratique, car les argiles colloïdales (kaolinite, montmorillonite, illite) provenant du tas de lixiviation, comprises entre 10 et 100 μm, traversent le système et aveuglent les bassins de décantation conventionnels.
Pour des débits de 4 à 300 m³/h, en particulier lorsque l'alimentation contient des huiles émulsionnées, des résidus de floculant ou des colloïdes hydrophobes, spécifiez un système de flottation à air dissous ZSQ fonctionnant à une charge superficielle de 5–20 m/h avec une pression de saturation de 4–6 bar. Le DAF surpasse la décantation sur ce flux car la force ascensionnelle soulève les particules inférieures à 100 μm qui se déposeraient trop lentement dans une unité lamellaire. Pour des débits plus élevés (au-delà d'environ 300 m³/h) ou lorsque le budget chimique est serré, un clarificateur lamellaire avec recirculation des boues fournit des MES comparables à un coût d'exploitation inférieur, et le recyclage des boues vers la zone de floculation réduit la dose de coagulant jusqu'à 30 %.
Un conditionnement au polymère est requis en amont de chaque type de clarificateur. Réalisez un jar-test sur site, puis dosez 0,5–5 mg/L de polyacrylamide anionique ou cationique (le choix dépend du potentiel zêta de la fraction argileuse ; le cationique convient à la charge de surface majoritairement négative de la plupart des colloïdes de lixiviation en tas à pH 7). Sans polymère, l'effluent du clarificateur affichera régulièrement 80–150 mg/L de MES quelle que soit la dose de coagulant, et le MBR s'encrassera sur un cycle de 7–14 jours au lieu de 30–90 jours.
Étape 5 — Tamis fins et protection des membranes
Le dernier obstacle physique est une garde mécanique en deux étapes : un tamis automatique autonettoyant de 50 à 100 μm immédiatement en aval du clarificateur, puis un filtre à poche ou à cartouche de 10 à 20 μm en tant que préfiltre sacrificiel avant le MBR. Le tamis gère les afflux volumétriques de matières fines (percée du média filtrant, dysfonctionnements du clarificateur), et le filtre à poche capte ce que le tamis laisse passer.
Le mode de défaillance que cette étape prévient est double sur un module de bioréacteur à membrane plane en PVDF série DF (pores nominaux de 0,1 μm, configurations de 80 à 225 m² avec caisson d'aération intégré). Un seul éclat errant supérieur à 50 μm peut déchirer la surface de la membrane, imposant le remplacement d'un module pour des dizaines de milliers de dollars ; une surcharge soutenue de 20 à 50 μm entraîne un colmatage irréversible des pores qu'aucun CIP ne peut résoudre. Le filtre à poche sacrificiel est changé chaque semaine en fonctionnement normal et constitue l'assurance la moins coûteuse de la ligne.
Synthèse du flux de prétraitement vers le MBR et des paramètres
La ligne complète dans l'ordre du flux : Dégrillage (3–6 mm) → Homogénéisation (TRH 8–24 h) → Destruction du CN (Cl₂/H₂O₂ jusqu'à <0,5 mg/L de CN WAD) → Ajustement pH/T/alcalinité (pH 6,5–8,0, 15–35 °C, alcalinité ≥100 mg/L CaCO₃) → DAF ou lamellaire (MES <50 mg/L) → tamis automatique autonettoyant de 50–100 μm → filtre à poche de 10–20 μm → système intégré de bioréacteur à membrane MBR.
| Étape | Paramètre de conception | Valeur cible | Point de surveillance | Conséquence d'un écart |
|---|---|---|---|---|
| 1. Dégrilleur | Ouverture | 3–6 mm | Sortie du dégrilleur | Dommages aux pompes, abrasion en aval |
| 1. Homogénéisation | TRH | 8–24 h | Niveau du bassin d'homogénéisation | Oscillation de la dose de chlore, fuite de CN |
| 2. Destruction du CN | CN WAD libre | <0,5 mg/L | Sortie du contacteur | Lyse de la biomasse, effondrement de la nitrification |
| 2. Destruction du CN | ORP | >+650 mV | Sonde dans le réacteur | Oxydation incomplète du CN, fuite de CN |
| 3. Conditionnement pH/T | pH à l'entrée MBR | 6,5–8,0 | Bâche d'alimentation MBR | Hydrolyse membranaire, perte de nitrification |
| 3. Conditionnement pH/T | Température | 15–35 °C | Bâche d'alimentation MBR | Élimination de la DCO limitée par la cinétique |
| 3. Conditionnement pH/T | Alcalinité | ≥100 mg/L CaCO₃ | Bassin d'aération | Chute de pH, perte de nitrification |
| 4. DAF / Lamellaire | MES vers MBR | <50 mg/L (cible <20) | Effluent du clarificateur | Colmatage membranaire, NEP de 7 à 14 jours |
| 4. DAF / Lamellaire | Charge surfacique (DAF) | 5–20 m/h | Cellule DAF | Entraînement de matières solides, perte de polymère |
| 5. Tamis + filtre à sac | Ouverture du tamis | 50–100 μm | Entrée du tamis | Déchirures de membrane, colmatage irréversible |
| 5. Tamis + filtre à sac | Finesse du sac | 10–20 μm | ΔP du boîtier de filtre à sac | Rupture du sac, passage direct sur la membrane |
| Enveloppe MBR | Conductivité | <2 g/L NaCl (réduction de 80 % par rapport à >10) | Alimentation MBR (selon PMC 2023) | Stress salin, déclin du flux |
| Enveloppe MBR | DCO à l'entrée | 200–5 000 mg/L | Alimentation MBR | Déséquilibre F/M, moussage |
| Enveloppe MBR | Ratio DBO/DCO | ~0,3 | Alimentation MBR | Contrôle de la biodégradabilité |
Critères d'acceptation et liste de contrôle de mise en service
Avant que le MBR ne soit alimenté en purge réelle, l'opérateur doit prélever et valider six échantillons composites de 24 heures à la sortie du filtre à sac de polissage : CN WAD libre <0,5 mg/L, MES <20 mg/L, pH 6,5–8,0, température 15–35 °C, conductivité <2 g/L équivalent NaCl, et dureté totale <250 mg/L en CaCO₃. Faites fonctionner la chaîne de prétraitement à 100 % du débit nominal pendant sept jours sur eau propre, puis trois jours sur purge réelle à 50 % du débit, et augmentez ensuite seulement jusqu'au débit nominal complet.
Pendant la phase à l'eau propre, établissez une référence de flux sur 24 heures (LMH à une TMP et un taux d'aération fixes) sur le MBR. Cette référence constitue le point de repère pour le reste de la campagne : tout déclin ultérieur du flux pourra être attribué à une dérive en amont, et non à un défaut de membrane, et l'intervalle de NEP pourra être ajusté en conséquence.
Questions fréquemment posées
La purge de lixiviation en tas peut-elle être envoyée directement vers un MBR ?
Non. Le cyanure WAD libre au-dessus d'environ 1 mg/L lyse la biomasse du MBR, des MES supérieures à 50 mg/L colmatent la membrane en PVDF selon un cycle de 7 à 14 jours, et une conductivité supérieure à 2 g/L équivalent NaCl pousse le système au-delà de l'enveloppe opérationnelle définie dans la revue PMC 2023. Une chaîne de prétraitement à cinq étapes est obligatoire.
Quelle est la meilleure méthode de destruction du cyanure en amont d'un MBR ?
La chloration alcaline (Cl₂ ou NaOCl) à pH >10, avec un ORP >+650 mV et un temps de contact de 30 à 60 minutes, est la solution par défaut en raison de la disponibilité des réactifs et d'une cinétique rapide. Le H₂O₂ + l'acide de Caro constituent l'alternative privilégiée lorsque les sous-produits chlorés sont restreints par l'autorisation de rejet, à une dose stœchiométrique de 2 à 4 g de H₂O₂ par g de CN détruit.
Quel TSS un MBR peut-il tolérer en provenance d'une alimentation de lixiviation en tas ?
<50 mg/L est le maximum, et <20 mg/L est fortement recommandé pour prolonger les intervalles de NEP. Au-delà de 50 mg/L, les argiles colloïdales et les fines de minerai forment un gâteau de surface sur le PVDF que le nettoyage chimique n'élimine pas complètement, et le flux chute en 7 à 14 jours.
Comment gère-t-on une forte teneur en sulfate provenant de la purge de lixiviation en tas en amont d'un MBR ?
La réduction du sulfate ne s'effectue pas à l'intérieur du MBR. L'approche standard consiste en une étape biologique dédiée de réduction du sulfate (utilisant un réacteur anaérobie à lit de boues ascendant ou un réacteur sulfidogène alimenté à l'éthanol) en amont de la filière, ou une séparation par osmose inverse qui dérive une partie de la purge autour du MBR. Dans tous les cas, le MBR lui-même doit recevoir une conductivité <2 g/L équivalent NaCl selon le seuil PMC 2023.
À quelle fréquence la membrane MBR nécessitera-t-elle un NEP avec une alimentation issue de la purge de lixiviation en tas ?
30 à 90 jours lorsque la filière en cinq étapes atteint tous les objectifs de cet article, 7 à 14 jours lorsque le TSS, la dureté ou le contrôle du CN se dégradent. Suivez l'intervalle de NEP par rapport à la référence de flux à l'eau claire établie lors de la mise en service pour distinguer une dérive en amont d'un défaut de membrane.
