Memotec n3
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18/07/2007
www.gls.fr Larsenic dans leau potable
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PRSENCE DE LARSENIC DANS LEAU Naturellement, larsenic est prsent
dans leau sous deux formes : arsniate (As V) et arsnite (As III),
10 fois plus toxique. La concentration moyenne laquelle il est dos
est denviron 0,01 mg/l dans les eaux de surface, mais certaines
rgions du monde sont plus particulirement concernes par des
contaminations plus importantes : Amriques du Nord et du Sud, Inde,
Bangladesh et Thalande. En France, une tude mene par la DASS en
1997 sur les eaux souterraines et de surface, portant sur 2 690
analyses, a mis en vidence des concentrations suprieures 10 g/l
dans 4,8 % des cas, et suprieures 50 g/l dans 1,1 % des cas.
EFFETS ET NUISANCES
Lingestion darsenic peut se faire par leau de boisson, ainsi que
par lalimentation : fruits et lgumes, poissons et crustacs. La
contamination de lair entrane dans les cours deau lors des
prcipitations est essentiellement due aux activits industrielles :
exploitation minire, traitement du bois de construction. La toxicit
des drivs de larsenic dpend des taux ingrs. Larsenicisme, effet de
lintoxication sur une longue priode de temps (entre 5 et 20 ans)
peut se manifester par une dpigmentation de la peau dans les cas
les moins graves et par des cancers (peau, vessie, reins ou
poumons). En outre, on suspecte larsenicisme dtre responsable
dhypertension, davoir un impact ngatif sur le diabte et sur la
reproduction. A des doses leves, entre 70 et 180 mgL-1, larsenic
est mortel. Une des plus fameuses intoxications a eu lieu en Chine
et est connue sous le nom de la maladie du pied noir . Cependant,
cette maladie des vaisseaux sanguins qui se traduit par une gangrne
na t observe quune seule fois.
RGLEMENTATION La directive europenne 98/83/CE du 3 novembre 1998
fixe 10 gL-1 la concentration maximale en arsenic admissible dans
les eaux destines la consommation humaine. La transposition en
droit franais, travers le dcret 2001-1220 du 20 dcembre 2001,
codifi en 2003 dans le code de la sant publique, fixe le mme taux
en tant que limite de qualit (voir Memotec n12).
PROCDS DLIMINATION DE LARSENIC Les principales mthodes
dlimination de larsenic sont : o la prcipitation la chaux ; o
lchange dions ; o les techniques membranaires ; o la prcipitation
par les sels de fer ou daluminium ; o ladsorption sur oxy-hydroxyde
de fer ; o la biofiltration.
Remarque : quels que soient les procds envisags, larsenic (V)
est plus facilement limin que larsenic (III), on procdera donc en
gnral une oxydation prliminaire, par injection de chlore, de
dioxyde de chlore, ou dozone.
La prcipitation la chaux : une technique matrise aux dsavantages
importants
La chaux hydrolyse se combine avec lacide carbonique de leau
pour former du carbonate de calcium ; celui-ci joue le rle dagent
adsorbant pour llimination de larsenic. Des essais ont montr que le
pH optimal du procd se situe dans la gamme 10,5 12. Un abattement
maximum de 80 % a t obtenu au pH de 11,1. Cependant ce procd
requiert de grandes quantits de chaux (entre 800 et 1200 mgL-1), ce
qui induit une production trs importante de boues. De plus, le pH
doit tre rajust avant la distribution de leau, ce qui ajoute aux
cots du procd.
LCHANGE DIONS : EFFICACIT CONTRE COMPTITION ENTRE ESPCES
CHIMIQUES Ce procd ne fonctionnant quavec des espces chimiques
ionises, il est totalement inefficace dans le cas de larsnite. Les
rsines spcifiques aux sulfates conviennent parfaitement pour
llimination de larsenic ; on peut aussi utiliser des rsines
spcifiques aux nitrates, mais le phnomne de fuite (plus de 10 % de
la concentration de laffluent se retrouve en sortie de traitement)
se produit plus tt. Si le procd est indpendant du pH, il est trs
sensible la comptition entre espces chimiques, surtout avec les
sulfates. LUSEPA (United States Environmental Protection Agency)
recommande donc de nutiliser ce procd que pour des concentrations
en sulfates infrieures 120 mgL-1, ou des concentrations en matires
dissoutes infrieures 500 mgL-1. Un inconvnient majeur des rsines
reste leur colmatage par prcipitation du fer et du manganse
notamment. Mme si la couche qui se dpose adsorbe une partie de
larsenic, la rgnration na aucun effet, et toute fuite de fer
collodal peut entraner une fuite darsenic.
LES TECHNIQUES MEMBRANAIRES : UNE QUESTION DE COTS Les membranes
de nanofiltration et dosmose inverse ont t exprimentes pour
labattement de larsenic. Pour ces deux types de membranes, des taux
de rejet de larsenic de 96 99 % ont t obtenus. Certaines tudes ont
montr que la nanofiltration (voir Memotec n1) se montrait tout
aussi efficace que losmose inverse, avec des contraintes
dexploitation moindres en terme nergtique (pression de
fonctionnement plus faible). Cependant, lefficacit de ces procds
nefface pas la ncessit davoir une eau dalimentation de bonne qualit
pour viter lentartrage et le colmatage rapide des membranes. Parmi
les autres inconvnients des membranes, on peut citer : o
limportance des rejets : 10 25 % par rapport au dbit dalimentation
;
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o les pressions de fonctionnement : jusqu 28 bar pour losmose
inverse ; o une dminralisation importante ncessitant une remise
lquilibre et une reminralisation ; o les cots levs dinvestissements
et dexploitation.
Ces techniques sont donc essentiellement utilises dans le cas o
dautres problmes sont traiter, tels les pesticides ou llimination
dautres composs organiques ou minraux.
LA PRCIPITATION PAR LES SELS MTALLIQUES : UNE TECHNIQUE EFFICACE
ET MATRISE Le sulfate dalumine, le chlorure ferrique ou le sulfate
ferrique, permettent dobtenir des rendements dlimination de
larsenic de 50 95 %. Il faut cependant noter que les sels de fer se
sont montrs nettement plus efficaces que les sels daluminium (95 %
defficacit contre 50 60 %). En outre, il a t dmontr que lajout de
polymres cationiques augmentait le rendement dlimination. La
prcipitation de larsenic (V) est principalement contrle par le pH
et la dose de coagulant. Dans la gamme de pH optimale pour
lutilisation du chlorure ferrique (entre 6,0 et 8,0), lAs (V) est
limin plus de 95 %, raison de 10,86 mg FeCl3 pur/ mg As liminer (ou
26,45 mg FeCl3 40 %/ mg As). Cest en 1998, lusine deau potable de
Baudricourt (Vosges), qua t mis en uvre pour la premire fois en
France un traitement spcifique pour llimination de larsenic. Pour
des concentrations initiales darsenic variant entre 40 et 70 gL-1,
des rendements dlimination proches de 95 % ont t obtenus. Le
traitement consiste en une pr oxydation au dioxyde de chlore (0,5
g/m3), et une dose de chlorure ferrique de 5 mgL-1, sans
rectification de pH. La production de boues est de 15 20 kg/j. Une
alternative lajout de sels mtalliques, consiste en lutilisation dun
racteur dlectrolyse comprenant une anode sacrificielle en fer, qui
se dissout au cours du temps, pour prcipiter larsenic. Cette
technique permet de saffranchir de la mise en uvre de produits
chimiques devant tre mis en solution, mais elle ne possde pas ce
jour dagrment pour la potabilisation.
Ladsorption sur oxy-hydroxyde de fer : une technique mergente
Loxy-hydroxyde de fer est un mdia capable dadsorber larsenic, sous
sa forme doxydation V et dans une moindre mesure sous sa forme
doxydation III. Il nest donc pas forcment ncessaire de raliser une
pr-oxydation. La mise en uvre de ce procd est simple. Leau percole
sur le mdia dans des filtres ouverts ou ferms. Le mdia a une
capacit dadsorption trs leve, et est non rgnrable. Une fois satur,
le mdia est envoy en Centre dEnfouissement Technique de classe I.
Lun des avantages de ce procd est quil ne gnre pas de boues, ni
aucun effluent charg en arsenic (les eaux de lavage sont exemptes
darsenic). Lefficacit du traitement dpend : o du pH, lorsque
celui-ci est suprieur 7,5 la capacit dadsorption du mdia diminue
fortement. Il peut donc tre
ncessaire dacidifier leau ; o de la concentration en phosphates,
silicates et fluorures.
Si leau contient de fortes concentrations en arsenic, il peut
tre ncessaire de raliser une coagulation-floculation-dcantation,
pralablement la filtration sur oxy-hydroxyde de fer, pour obtenir
une concentration finale en arsenic infrieure 10 gL-1.
La biofiltration : une technique en cours dexprimentation Cette
technique consiste dvelopper dans un bioracteur lit fix un biofilm
form par des bactries arsenivores (genre thiomonas).
CONCLUSION
TRAITEMENTS As 200 g/l 200 g/l < As 500 1 000 g/l As > 1
000 g/l
Oxydation Contrle du pH
Coagulation Floculation dcantation
Adsorption
Tableau 1
Le choix de la filire de traitement adopter en fonction de la
concentration en arsenic, est donn dans le tableau 1. Les derniers
dveloppements sur la toxicit de larsenic ont eu pour effet
dabaisser la norme de potabilit des eaux destines la consommation
humaine, en France et en Europe, 10 gL-1. Aux Etats-Unis, le sujet
nest pas clos, et il est envisag dabaisser la norme 2 ou 5 gL-1.
Llimination de larsenic ne pose priori pas de problme ; des
techniques conventionnelles parfaitement matrises ont fait la
preuve de leur efficacit (prcipitation avec des sels de fer, ou le
nouveau procd dadsorption sur oxy-hydroxyde de fer), et des
techniques tout aussi efficaces mais plus coteuses peuvent tre
employes dans le cas deaux plus difficiles traiter (procds
membranaires). Cependant, quelques problmes restent en suspens,
notamment celui des boues que lon ne peut plus vacuer en dcharge,
ainsi que le dveloppement de techniques conomiquement viables dans
les pays en voie de dveloppement.
