Memotec n2
RVISION B
DATE : 01/01/2006
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consommation humaine PAGE 1
PRSENCE DU BORE DANS LEAU Le bore (B) nexiste pas dans la nature
ltat lmentaire, mais sous diffrentes formes dans les dpts minraux
et les eaux naturelles (borate de calcium, acide borique ou
hydrures de bore). Les apports de bore par les rejets urbains et
industriels sont faibles, compars aux apports naturels par rosion
et solubilisation des roches, puisquils sont estims gnralement un
quart des apports totaux. Lapport de bore par les rejets provient
principalement de lutilisation des dtergents. Lindustrie nuclaire,
qui utilise le bore comme absorbant de neutrons, et les industries
mtallurgiques, rejettent galement du bore, mais dans une proportion
moindre par rapport aux apports dus aux dtergents. EFFETS ET
NUISANCES
La toxicit des drivs bors est minemment variable : les hydrures
de bore sont trs toxiques par voies digestive, respiratoire ou
cutane. Cependant, les formes de bore naturellement prsentes dans
leau de boisson ne sont pas considres comme nocives pour la sant,
aux concentrations naturelles (0,1 0,3 mg/l en moyenne mondiale).
LOMS prconise une quantit journalire admissible denviron 0,4 mg par
kg de poids corporel ; cette prconisation prend en compte les
effets physiologiquement bnfiques pour lhomme. La source la plus
importante dexposition pour lhomme est son rgime alimentaire,
spcialement par ingestion de fruits et de lgumes. Il est signaler
quen agriculture, le bore prsent dans les eaux dirrigation est
responsable de lapparition de tches sur les fruits et lgumes, ce
qui altre leur qualit commerciale. Pour cette application il est
recommand une concentration maximum de 1 mg/l. RGLEMENTATION La
directive europenne 98/83/CE du 3 novembre 1998, et sa
transposition en droit franais par le dcret n2001-1220 du 20
dcembre 2001, codifi en 2003 dans le code de la sant publique (voir
Memotec n12), fixent comme limite de qualit une concentration en
bore de 1mg/l dans les eaux destines la consommation humaine.
LOrganisation Mondiale de la Sant (OMS) indique, comme
valeur-guide, une concentration en bore gale 0,5 mg/L, mais signale
que cette valeur nest que provisoire, car il est difficile, dans
les rgions o la concentration en bore est importante, dobtenir
cette valeur avec les traitements disponibles dlimination du bore.
PROCDS DLIMINATION ENVISAGEABLES Lacide borique se comporte comme
un acide faible selon lquilibre suivant :
Lacide borique et sa base conjugue sont les formes prdominantes
dans les eaux naturelles. Les mthodes dlimination de ces composs
sont : o ladsorption et la prcipitation par des composs minraux ; o
ladsorption et la complexation par des composs organiques ; o les
techniques membranaires, et en particulier losmose inverse.
Adsorption et prcipitation par des composs minraux : de
nombreuses contraintes Ladsorption est relativement difficile
mettre en uvre dans la mesure o la complexation est dpendante du
pH, de la temprature, de la concentration en bore et du minral
adsorbant (hydroxydes mtalliques, argiles). De plus, cette
technique nest utilisable que dans les cas deaux faiblement
minralises et forte concentration en bore, ceci afin dviter la
comptition entre les diffrents minraux adsorbables. Il est signaler
que des abattements de 90 % ont t raliss avec de loxyde de magnsium
(rapport optimal de MgO/B = 20), mais deux inconvnients majeurs en
empchent son utilisation : une cintique de raction beaucoup trop
lente, et le cot de la rgnration de loxyde de magnsium.
Les prcipitations chimiques classiques sont trs peu efficaces :
o un traitement la chaux (dcarbonatation) pour des concentrations
initiales de 1,75 10 mg/l dacide borique permet
datteindre des abattements de 15 25 % ; o les coagulants
classiques, tels les sels de fer ou daluminium employs seuls, sont
totalement inefficaces.
Adsorption et complexation par des composs organiques : une
slectivit trs variable Se comportant comme un acide, le bore est
susceptible dtre complex par tous les composs comportant une
fonction basique, quils soient synthtiques (rsines), ou dorigine
naturelle (cellulose ou charbon actif). Lefficacit dadsorption du
charbon actif reste troitement lie au pH (optimal entre 8 et 9), et
des taux dabattement de lordre de 60 % ont t atteints pour une
concentration initiale de 5 mg/l. Cependant, ce taux dpend de la
prsence dions concomitants tels les sulfates, le calcium, le
magnsium ou les silicates ; lutilisation de ce procd reste
fortement influenc par les concentrations de ces ions dans leau
traiter. La cellulose a montr des capacits de rtention allant de
0,34 0,54 mg de bore par g de cellulose. Bien que la rgnration du
matriau soit aise, ce procd nest pas utilisable dans la mesure o il
est apparu une mauvaise stabilit de la cellulose (avec tendance la
dissolution), ainsi quune mauvaise slectivit par rapport au bore
(comptition avec dautres ions divalents, tels Mg2+ou Ba2+
notamment).
H3BO3 + H2O B(OH)-4 + H+, avec pKa = 9,2 25C
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7 8 9 10 11 12 13 14pH
%
H3BO3 H2BO3-
HBO32- BO33-
Figure 1
Les rsines changeuses dions prsentent une bonne efficacit
dlimination du bore, mme en trs faible concentration, mais elles
sont plus ou moins slectives en fonction de leur provenance. Rohm
et Haas commercialise une rsine complexante trs slective du bore,
lAmberlit IRA 743, qui permet donc de ne pas modifier la
minralisation de leau. Cette rsine est agre par la Direction Gnrale
de la Sant pour la production deau destine la consommation humaine.
La teneur rsiduelle en bore obtenue est trs faible, de lordre de
0,02 mg/l, ce qui autorise de ne traiter quune partie du dbit, puis
de la mitiger avec de leau non traite. La rsine est rgnre en deux
tapes : o la premire laide dacide sulfurique qui libre lacide
borique ; o la deuxime laide de soude pour la remettre sous forme
basique.
Les techniques membranaires : seule losmose inverse est
utilisable
Llectrodialyse nest efficace que pour les formes ionises du bore
; ainsi lacide borique voit sa migration travers les membranes
limite par celles des espces ionises. La nanofiltration ntant pas
efficace vis--vis du bore, losmose inverse reste donc la seule
technique membranaire envisageable pour diminuer la concentration
en sels dissous totaux et le bore. Leau de mer prsentant une
concentration en bore de 5 mg/l environ, cest dans le cadre du
dessalement que losmose inverse trouve son application principale
au regard de la rduction du bore. Le rendement dlimination des
membranes dpend de plusieurs facteurs : o du pH. Llimination du
bore est dautant meilleure que le pH est
lev, car lacide borique est alors dissoci sous forme ionique,
seule forme retenue par les membranes (figure 1). Le pH optimum de
leau dalimentation doit se situer entre 9 et 10, ce qui ncessite
donc un ajustement, le pH de leau de mer tant de 8 environ ;
o de la concentration en bore, qui peut varier de 4,5 plus de 5
mg/l ; o de la temprature de leau de mer. Plus la temprature est
leve,
plus la viscosit diminue, ce qui augmente le passage en sels
dissous ;
o de la nature de la membrane. Il existe des membranes
spcifiques prsentant des taux de rejet du bore pouvant tre
suprieurs 90 %.
Pour des eaux trs chaudes et trs salines, prsentant une teneur
en bore suprieure 5 mg/l, une seule passe sur les membranes peut ne
pas suffire pour respecter la concentration de 0,5 mg/l dans le
permat. Deux solutions sont alors envisageables : o traiter le
permat par un passage sur des membranes basse-pression, aprs avoir
ajust le pH (figure 2). Les membranes de
la deuxime passe sont arranges en deux tages afin de limiter le
dbit de concentrat, et donc la production de la premire passe ;
o fixer le bore du permat sur un changeur dions spcifique
(figure 3).
CONCLUSION
Il a t mis en vidence les difficults dlimination du bore par les
filires classiques dadsorption sur mdia minraux, ou de
prcipitation. Seul lchange dions sur rsine spcifique et losmose
inverse dans le seul domaine du dessalement de leau de mer, ou dans
certains cas deaux saumtres, sont des techniques parfaitement
matrises. Ladsorption sur charbon actif en grains (CAG) ncessite
des essais pour dterminer le type du CAG permettant dobtenir des
cycles les plus longs possibles entre deux rgnrations.
Figure 2
Eau traite
Concentrat
Ajustement du pH
Eau de mer
1re passe 2me passe
Figure 3
Eau traite
H2SO4 NaOH
Concentrat + luat
de rgnration des
rsines
