arsenic

Test terrain au Pérou: filtration de l'arsenic contenu dans l'eau.

Antoine Schelling — Mon, 09 Oct 2023 09:09:23 +0000

Test terrain au Pérou: filtration de l'arsenic contenu dans l'eau.

Source : Article : Arsenic removal from Peruvian drinking water using milk protein nanofibril-carbon filters : a field study. ETHzürich, Bolisetty, Sreenath (ETH Zürich); Rahimi, Akram (BluAct GmbH); Mezzenga, Raffaele (ETH Zürich), 2021-12-01.

Originally piblished in : Environmental Science : Water Research & Technology 7(12), https://doi.org/10.1039/d1ew00456e

Résumé de l’article

Filtration de l’arsenic contenue dans l’eau de boisson au Pérou à l’aide de filtres composés de membranes faites à partir de nanofibrilles de protéines de lait et de charbon actif : test terrain.

La qualité de l’eau du robinet au Pérou en certains endroits ne satisfait pas les normes de l’OMS (Organisation Mondiale de la Santé); une certaine partie de la population a été exposée pendant les dernières années, de par la consommation de cette eau, à des taux d’arsenic élevés et dangereux pour la santé. La limite indiquée par l’OMS pour l’arsenic dans l’eau potable est 10 µg/L.

Cet arsenic dissout dans l’eau a des origines autant géologiques (roche volcanique) que provenant d’activités humaines (pollution industrielle due à l’extraction minière par exemple), et se trouve dans les eaux souterraines et de surface. L’arsenic (associé par sa dangerosité à un métal lourd) et le plomb représente à eux deux plus de 85% de la pollution de l’eau par métaux lourds (respectivement 46% et 41 %), le reste des métaux lourds présents étant majoritairement le zinc, cadmium, mercure, cuivre et chrome.

Des mesures ont été faites dans 28 foyers d’habitation et dans 3 usines de traitement de l’eau, provenant de régions du Pérou dont les concentrations en arsenic sont comprises entre 11 µg/L et 1.1 mg/L, donc au-delà des limites de l’OMS.

Bien que des systèmes de filtration techniquement efficaces contre l’arsenic soient disponibles commercialement (voir ressource Hub), aucun n’est appliqué dans ces régions du Pérou à grande échelle. La raison principale est le fait qu’ils ne sont pas adaptés à la réalité d’une région à faible revenu.

Une étude terrain fut conduite au Pérou entre 2019 et 2020 pour évaluer des granulés adsorbants et des membranes hybrides faites de nanofibrilles de protéines de lait et de charbon actif, déjà présentés dans la littérature par les auteurs de cet article en 2016 (S. Bolisetty et R. Mezzenga, Nat. Nanotechnology, 2016, 11, 365). Cette technologie est produite par BluAct GmbH. En résumé, cette technologie est peu sélective (permet de capter différent métaux lourds), facile d’utilisation et économiquement attractive. Elle doit être testée sur le terrain pour savoir si elle peut être diffusée commercialement à grande échelle.

Dans le cas de cette étude terrain dont la durée du test a été de 6 mois, 3 différents systèmes de filtration ont été installés, à savoir la combinaison des granulés adsorbants avec la membrane hybride (type I), la membrane hybride seule (type II) et les granulés adsorbants seuls (type III). Les solutions type I et II s’appliquaient aux foyers d’habitation, respectivement 14 foyers et 12 foyers, alors que la solution type III aux larges communautés (3 cas). Le but du test terrain étant de définir les systèmes à utiliser selon les niveaux de concentration d’arsenic dans l’eau, en zone urbaine et rurale, et pour différents niveaux de besoin en eau potable.

Dans tous les cas (26 foyers et 3 communautés, solutions type I-III), le niveau d’arsenic dans l’eau après filtration a été réduit à moins de 10 µg/L, selon protocole de mesure de OMS.

Dans les cas de haute concentration d’arsenic, la solution type II (combinant granulé et membrane) était nécessaire, la membrane seule ne suffisant pas; parfois la membrane devait être changée en cours de test, ceci dû à la saturation des sites d’absorption.

Dans les cas où la turbidité était très élevée, un pré-filtre (sable) devait être installé afin de ne pas saturer la membrane en particules solides.

Les filtres type III pour les larges communautés fonctionnaient par simple gravité, et les granulés n’ont pas eu besoin d’être changés pendant la période du test (6 mois). Suite à ces essais concluants, un test à grande échelle avec la solution type III a permis de filtrer 147'000 litres d’eau/jour pendant 5 mois, après quoi le granulé a pu être régénéré avec du NaOH (soude caustique) et reprendre du service.

En conclusion, la technologie de membrane hybride faite de nanofibrilles de protéines de lait et de charbon actif est prometteuse pour rendre potable de l’eau contaminée par de l’arsenic, et ceci à des coûts et des besoins en infrastructure attractifs.

Antoine Schelling lun 09/10/2023 - 11:09

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Revue des techniques de filtration des métaux lourds contenus dans l'eau.

Antoine Schelling — Wed, 04 Oct 2023 11:31:29 +0000

Revue des techniques de filtration des métaux lourds contenus dans l'eau.

Le but de cette ressource est de présenter le résumé d’un article qui passe en revue les différentes technologies de filtration de métaux lourds et présente un modèle quantitatif servant à sélectionner la plus adéquate technologie en fonction d’une application donnée.

Résumé en français de l’article: Sustainable technologies for water purification from heavy metals: review and analysis. (Chem. Soc. Rev., 2019, 48, 463-487. Sreenath Bolisetty (EPFZ), Mohammad Peydayesh (EPFZ), Raffaele Mezzenga (EPFZ).

Un tuyau déverse de l'eau polluée sur un terrain vague.

PHOTO : ISTOCK / BELOVODCHENKO

La problématique de la présence de métaux lourds (arsenic, plomb, manganèse par exemple) dans l’eau de boisson est bien connue et a déjà été présentée dans le Hub d’Antenna. Des technologies de filtration existent pour réduire ou éliminer ces polluants de l’eau.

Souvent il faut recourir à 3 étapes de filtration en série pour éliminer tous les polluants, à savoir les polluants inorganiques, organiques et biologiques. Une filtration primaire (microfiltration, précipitation chimique ou coagulation/flocculation) a pour effet de réduire le niveau de la charge polluante dans l’eau mais sans avoir la capacité de rendre l’eau potable. Une filtration secondaire, par traitement aérobique ou anaérobique sert principalement à éliminer les polluants organiques. Le traitement tertiaire amène la qualité de l’eau aux normes pour être déclarée potable, et inclut tout une série de procédés connus (oxydation chimique, précipitation électrochimique, cristallisation et distillation, photocatalyse).

La nouveauté proposée par l’article en annexe réside dans l’établissement d’un modèle quantitatif qui évalue et permet de comparer les technologies de filtrations tertiaires les plus performantes du moment selon plusieurs critères (techniques et aussi économiques) et ceci pour une application donnée.

Une revue et une analyse détaillée de ces technologies de filtration est proposée; elle inclut en résumé l’adsorption, les membranes (osmose inverse et ultra & nano filtration par exemple) et les résines d’échange d’ions.

Ce modèle quantitatif permet de déterminer pour chaque technologie une valeur appelée REP (Ranking Efficiency Product). Cette valeur permet de comparer l’attractivité globale des technologies de filtration pour un projet donné, sous l’angle non seulement de leur capacité à filtrer mais aussi de leur aspect durable. Le calcul du REP inclut en plus de l’efficacité de filtration d’une technologie donnée, sa capacité de filtration en volume/heure, sa capacité à filtrer plusieurs polluants à la fois, son coût (opérationnel et fixe), la puissance consommée pour son fonctionnement, la pression nécessaire à filtrer et l’efficacité de récupération de l’eau.

Le calcul du REP indique que les technologies les plus durables pour capter les métaux lourds en général sont dans l’ordre l’adsorption, suivie par les résines d’échange d’ions et l’osmose inverse, cette dernière très gourmande en énergie.

S’ensuit une revue des technologies émergentes, allant des nanotubes de carbone aux membranes composées de nanofibres organiques. L’adsorption par membrane composée de nanofibres d’amyloïde à base de protéine et de charbon actif est décrite. Un de ses avantages est d’être peu spécifique, dans la mesure où elle peut filtrer simultanément des ions métalliques de mercure à 99.5%, de plomb à 99.97%, de palladium à 99.84%, d’uranium radioactif à 99.35% et d’arsenic à plus de 98.6% et des métaux précieux comme l’or. Elle a aussi été évaluée pour la captation d’excès de fluor contenu dans l’eau de boisson, polluant de l’eau malheureusement aussi très fréquent. Les coûts de production et de passage à l’échelle sont attractifs.

En résumé, alors que les progrès concernant l’efficacité de filtration des métaux lourds ont été rapides, leurs coûts, leur mise en œuvre et leur durabilité restent le facteur qui limite une implémentation à large échelle pour ceux qui en ont le plus besoin.

Antoine Schelling mer 04/10/2023 - 13:31

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Filtration métaux lourds et fluor - Méthodologie

Antoine Schelling — Mon, 25 Sep 2023 12:24:00 +0000

Filtration métaux lourds et fluor - Méthodologie

En annexe se trouve une méthodologie développée par Eawag (Institut Fédéral Suisse des Sciences et Technologies de l'Eau) pour identifier et traiter une contamination des eaux souterraines à l'arsenic ou au fluor en vue d'en faire une eau de boisson et de cuisine. En voici un résumé extrait du document lui-même.

Selon l'OMS, lorsque les concentrations d'arsenic ou de fluor dans l'eau dépassent respectivement 10 micro g /l et 1.5 mg, alors la consommation de cette eau comme eau de boisson ou pour cuisiner pose un risque pour la santé. Les pathologies associées à ces contaminants sont bien connues.

La contamination microbiologique des eaux de surface, due à son ampleur dans certaines régions du monde et ses conséquences immédiates sur la santé, a reçu par le passé beaucoup plus d'attention que la pollution des eaux souterraines. Cette dernière, néanmoins, concerne des centaines de millions de personnes de par le monde, et mérite donc aussi une grande attention.

Dans les régions où les contaminations géogéniques sont connues, une analyse préliminaire puis détaillée de chaque source d'eau doit être conduite afin de déterminer lesquelles sont sûres à la consommation et lesquelles ne le sont pas.

Une fois la présence de contaminants établie, des méthodes de réduction/élimination doivent être mises en place. Un catalogue de solutions technologiques est proposé dans le document en annexe. Suivant les fonds et les soutiens institutionnels disponibles, on se tournera vers une solution à grande échelle (un réseau d'eau potable couvrant un large bassin de population), ou une solution locale pour subvenir aux besoins d'une communauté.

Une des clés du succès de la solution implémentée est le soutien constant de tous les acteurs du projet jusqu'à la mise en service de l'installation. Avec ou sans subsides financiers, la pérennisation de la solution implémentée doit être assurée. Suivant la solution technologique choisie, les bénéficiaires pourront avoir à changer leurs habitudes d'approvisionnement en eau. Ce possible changement devra être pris en considération le plus tôt possible, afin d'en évaluer son impact sur la vie des habitants concernés, et ainsi garantir le succès du projet.

Le document en annexe présente 2 exemples d'implémentation de la méthodologie, à savoir une solution à une contamination à l'arsenic de l'eau au Bengladesh et une solution à la contamination au fluor de l'eau en Ethiopie (Rift Valley).

Antoine Schelling lun 25/09/2023 - 14:24

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