Contamination à l'arsenic des eaux souterraines - Arsenic contamination of groundwater

Zones de contamination des eaux souterraines par l'arsenic

La contamination des eaux souterraines par l'arsenic est une forme de pollution des eaux souterraines qui est souvent due à de fortes concentrations naturelles d' arsenic dans des niveaux plus profonds d' eaux souterraines . Il s'agit d'un problème très médiatisé en raison de l'utilisation de puits tubulaires profonds pour l'approvisionnement en eau dans le delta du Gange , causant de graves empoisonnements à l' arsenic à un grand nombre de personnes. Une étude de 2007 a révélé que plus de 137 millions de personnes dans plus de 70 pays sont probablement touchées par l'empoisonnement à l'arsenic de l'eau potable. Le problème est devenu un grave problème de santé après l'empoisonnement massif de l'eau au Bangladesh . La contamination par l'arsenic des eaux souterraines se trouve dans de nombreux pays à travers le monde, y compris les États-Unis.

L' Organisation mondiale de la santé recommande de limiter les concentrations d'arsenic dans l'eau à 10 g/L, bien qu'il s'agisse souvent d'un objectif inaccessible pour de nombreuses zones à problèmes en raison de la nature difficile de l'élimination de l'arsenic des sources d'eau.

Environ 20 incidents majeurs de contamination des eaux souterraines par l'arsenic ont été signalés. Parmi ceux-ci, quatre incidents majeurs se sont produits en Asie - en Thaïlande , à Taïwan et en Chine continentale . Les emplacements des puits potentiellement dangereux ont été cartographiés en Chine.

Spéciation des composés de l'arsenic dans l'eau

L'eau contaminée par l'arsenic contient généralement de l' acide arseneux et de l'acide arsenical ou leurs dérivés. Leurs noms comme « acides » est une formalité ; ces espèces ne sont pas des acides agressifs mais sont simplement des formes solubles d'arsenic à pH proche de la neutralité. Ces composés sont extraits des roches sous-jacentes qui entourent l'aquifère. L'acide arsenic a tendance à exister sous forme d'ions [HAsO 4 ] 2− et [H 2 AsO 4 ] dans l'eau neutre, alors que l'acide arseneux n'est pas ionisé.

L'acide arsénique (H 3 AsO 4 ), l' acide arsénique (H 3 AsO 3 ) et leurs dérivés sont généralement rencontrés dans les eaux souterraines contaminées par l'arsenic.

Contamination dans des pays et régions spécifiques

Pakistan

66% des 1200 échantillons testés contenaient de l'arsenic au-dessus de la limite recommandée par l' OMS , menaçant plus de 60 millions d'habitants. 50 à 60 millions d'habitants consomment de l'eau avec des niveaux d'arsenic supérieurs à 50 microgrammes d'arsenic par litre, des niveaux dépassant de loin les niveaux acceptables dans le monde.

Chili

Une analyse de la consommation d'eau et de nourriture à Socaire , un village rural du Chili , a révélé qu'entre novembre 2008 et septembre 2009, la consommation totale d'arsenic par les villageois était corrélée à la quantité d'eau et de produits locaux consommés.

Inde et Bangladesh

La contamination par l'arsenic des eaux souterraines au Bangladesh est un problème grave. Avant les années 1970, le Bangladesh avait l'un des taux de mortalité infantile les plus élevés au monde. Des systèmes inefficaces de purification de l'eau et d'égouts ainsi que des moussons et des inondations périodiques ont exacerbé ces problèmes. Comme solution, l' UNICEF et la Banque mondiale ont préconisé l'utilisation de puits pour puiser dans des eaux souterraines plus profondes. Des millions de puits ont été construits en conséquence. Grâce à cette action, la mortalité infantile et les maladies diarrhéiques ont été réduites de cinquante pour cent. Cependant, de l'arsenic a été trouvé dans les puits et, en 2008, environ 57 millions de résidents ont utilisé de l'eau contaminée par l'arsenic provenant de ces puits peu profonds. 20% du total des décès sont liés au cancer lié à l'arsenic. Le gouvernement bangladais limite la concentration d'arsenic dans l'eau à 50 μg/L, soit 5 fois plus que la limite recommandée par l'OMS.

Dans le delta du Gange , les puits touchés mesurent généralement plus de 20 mètres et moins de 100 mètres de profondeur. Les eaux souterraines plus proches de la surface ont généralement passé moins de temps dans le sol, absorbant donc probablement une plus faible concentration d'arsenic; les eaux de plus de 100 mètres de profondeur sont exposées à des sédiments beaucoup plus anciens qui ont déjà été appauvris en arsenic.

La question a attiré l'attention internationale en 1995. Une étude menée au Bangladesh a impliqué l'analyse de milliers d'échantillons d'eau ainsi que des échantillons de cheveux, d'ongles et d'urine. Il a trouvé 900 villages avec de l'arsenic au-dessus de la limite gouvernementale.

Des critiques ont été adressées aux agences d'aide , qui ont nié le problème au cours des années 1990 alors que des millions de puits tubulaires ont été coulés. Les agences d'aide ont par la suite embauché des experts étrangers qui ont recommandé des usines de traitement qui n'étaient pas adaptées aux conditions, qui tombaient régulièrement en panne ou qui n'éliminaient pas l'arsenic.

Au Bengale occidental , en Inde, l'eau provient principalement des rivières. Les eaux souterraines proviennent de puits tubulaires profonds, qui sont peu nombreux. En raison de la faible quantité de puits tubulaires profonds, le risque d'empoisonnement à l'arsenic au Bengale occidental est plus faible. Selon l'Organisation mondiale de la santé, « Au Bangladesh, au Bengale occidental (Inde) et dans d'autres régions, la plupart de l'eau potable était collectée dans des puits et des étangs creusés à ciel ouvert avec peu ou pas d'arsenic, mais avec de l'eau contaminée qui transmet des maladies telles que la diarrhée. , la dysenterie , la typhoïde , le choléra et l' hépatite . Les programmes visant à fournir de l'eau potable « sûre » au cours des 30 dernières années ont contribué à contrôler ces maladies, mais dans certaines régions, ils ont eu l'effet secondaire inattendu d'exposer la population à un autre problème de santé. problème : l'arsenic. Sept des vingt districts du Bengale occidental auraient des concentrations d'arsenic dans les eaux souterraines supérieures à 0,05 mg/L, qui est la limite d'arsenic fixée par le gouvernement. La population totale de ces sept districts dépasse 34 millions tandis que le nombre d'utilisateurs d'eau riche en arsenic dépasse 1 million (au-dessus de 0,05 mg/L). Ce nombre augmente à 1,3 million lorsque la concentration est supérieure à 0,01 mg/L. Selon une étude du British Geological Survey en 1998 sur des puits tubulaires peu profonds dans 61 des 64 districts du Bangladesh, 46 pour cent des échantillons étaient supérieurs à 0,01 mg/L et 27 pour cent étaient supérieurs à 0,050 mg/L. Lorsqu'il est combiné avec la population estimée de 1999, il a été estimé que le nombre de personnes exposées à des concentrations d'arsenic supérieures à 0,05 mg/L est de 28 à 35 millions et le nombre de personnes exposées à plus de 0,01 mg/L est de 46 à 57 millions.

Dans tout le Bangladesh, alors que les puits tubulaires sont testés pour les concentrations d'arsenic, ceux qui ont des concentrations d'arsenic supérieures à la quantité considérée comme sûre sont peints en rouge pour avertir les résidents que l'eau n'est pas potable.

Au Bihar , les eaux souterraines de 13 districts se sont révélées contaminées par l'arsenic avec des quantités dépassant 0,05 mg/L. Tous ces quartiers sont situés à proximité de grands fleuves comme le Gange et le Gandak .

Argentine

La partie centrale de l'Argentine est touchée par des eaux souterraines contaminées par l'arsenic. Plus précisément, La Pampa produit de l'eau contenant de 4 à 5 300 microgrammes par litre.

États Unis

Régulation

Une norme pour l'eau potable de 0,05 mg/L (équivalant à 50 parties par milliard , ou ppb) d'arsenic a été initialement établie aux États-Unis par le Public Health Service en 1942. Après l'adoption de la Safe Drinking Water Act de 1974 (SDWA) , l'Environmental Protection Agency (EPA) a reçu le pouvoir de fixer les niveaux de confinement maximum (MCL) des contaminants dans les approvisionnements publics en eau. En 1996, le Congrès a modifié la SDWA et créé un Fonds renouvelable d'État pour l'eau potable afin de fournir des prêts pour l'amélioration de l'approvisionnement en eau, ce qui a accru le pouvoir de l'EPA de définir des mandats. Cet amendement a créé la « règle des coûts et avantages » pour déterminer si le coût de la mise en œuvre de nouvelles LCM dépasse les avantages pour la santé. Pour maximiser les coûts et les avantages de la mise en place de nouvelles MLC, l'EPA a commencé à autoriser le remplacement d'une technologie plus abordable qui ne répondait pas pleinement aux normes MLC, car elle était plus abordable.

L'EPA a étudié les avantages et les inconvénients de l'abaissement du MCL d'arsenic pendant des années à la fin des années 1980 et dans les années 1990. Aucune mesure n'a été prise jusqu'en janvier 2001, lorsque l' administration Clinton a promulgué dans ses dernières semaines une nouvelle norme de 0,01 mg/L (10 ppb) pour entrer en vigueur en janvier 2006. L' administration Bush a suspendu la réglementation de minuit , mais après quelques mois d'étude, la nouvelle administratrice de l'EPA, Christine Todd Whitman, a approuvé la nouvelle norme de 10 ppb pour l'arsenic et sa date d'entrée en vigueur initiale de janvier 2006. De nombreux emplacements dépassent cette limite. Une étude de 2017 du Lancet Public Health a révélé que ce changement de règle avait entraîné moins de décès par cancer.

De nombreux systèmes publics d'approvisionnement en eau à travers les États-Unis ont obtenu leur approvisionnement en eau à partir d'eaux souterraines qui répondaient à l'ancienne norme de 50 ppb d'arsenic mais dépassaient la nouvelle MCL de 10 ppb. Ces services publics recherchaient soit un approvisionnement alternatif, soit une méthode de traitement peu coûteuse pour éliminer l'arsenic de leur eau. En Arizona, on estime que 35 pour cent des puits d'approvisionnement en eau ont été mis en non-conformité par la nouvelle réglementation ; en Californie, le pourcentage était de 38 pour cent.

Le MCL approprié à l'arsenic continue d'être débattu. Certains ont fait valoir que la norme fédérale de 10 ppb est encore trop élevée, tandis que d'autres ont fait valoir que 10 ppb est inutilement strict. Les États individuels peuvent établir des limites inférieures pour l'arsenic; Le New Jersey l' a fait, fixant un maximum de 0,005 mg/L (5 ppb) pour l'arsenic dans l'eau potable.

Une étude des puits d'eau privés dans les Appalaches a révélé que six pour cent des puits contenaient de l'arsenic au-dessus du MCL américain de 0,010 mg/L.

Études de cas et incidents

Fallon, Nevada est connue depuis longtemps pour avoir des eaux souterraines avec des concentrations d'arsenic relativement élevées (supérieures à 0,08 mg/L). Même certaines eaux de surface, comme la rivière Verde en Arizona , dépassent parfois 0,01 mg/L d'arsenic, en particulier pendant les périodes d'étiage lorsque le débit de la rivière est dominé par les eaux souterraines.

Une étude menée dans une région contiguë de six comtés du sud-est du Michigan a examiné la relation entre des niveaux modérés d'arsenic et 23 maladies. Les résultats de la maladie comprenaient plusieurs types de cancer, des maladies du système circulatoire et respiratoire, le diabète sucré et des maladies des reins et du foie. Des taux de mortalité élevés ont été observés pour toutes les maladies du système circulatoire. Les chercheurs ont reconnu la nécessité de reproduire leurs découvertes.

Népal

Le Népal est soumis à un grave problème de contamination à l'arsenic. Le problème est le plus grave dans la région du Teraï , le pire étant près du district de Nawalparasi , où 26 pour cent des puits peu profonds n'ont pas satisfait à la norme de l'OMS de 10 ppb. Une étude de l'Agence japonaise de coopération internationale et de l'Environnement dans la vallée de Katmandou a montré que 72 % des puits profonds ne respectaient pas la norme de l'OMS et 12 % ne respectaient pas la norme népalaise de 50 ppb.

Solutions de purification d'eau

L'accès à l'eau potable est lourd d'inégalités politiques, socio-économiques et culturelles. Dans la pratique, de nombreuses stratégies de traitement de l'eau ont tendance à être des solutions temporaires à un problème plus vaste, prolongeant souvent les problèmes sociaux tout en traitant les problèmes scientifiques. Des études scientifiques ont montré que les approches interdisciplinaires de la purification de l'eau sont particulièrement importantes à considérer, et que des améliorations durables impliquent des perspectives plus larges que les approches scientifiques strictes.

Traitement de l'eau à petite échelle

Un examen des méthodes d'élimination de l'arsenic des eaux souterraines au Pakistan résume les méthodes les moins coûteuses techniquement viables. La plupart des traitements à petite échelle se concentrent sur l'eau après qu'elle a quitté le site de distribution, et sont donc davantage axés sur des solutions rapides et temporaires.

Une forme plus simple et moins coûteuse d'élimination de l'arsenic est connue sous le nom de filtre à arsenic Sono , utilisant trois pichets contenant des tournures de fonte et du sable dans le premier pichet et du charbon actif en bois et du sable dans le second. Les seaux en plastique peuvent également être utilisés comme conteneurs filtrants. On prétend que des milliers de ces systèmes sont utilisés et peuvent durer des années tout en évitant le problème d'élimination des déchets toxiques inhérent aux usines conventionnelles d'élimination de l'arsenic. Bien que nouveau, ce filtre n'a été certifié par aucune norme sanitaire telle que NSF, ANSI, WQA et n'évite pas l'élimination des déchets toxiques comme tout autre processus d'élimination du fer.

Aux États-Unis, de petites unités "sous l'évier" ont été utilisées pour éliminer l'arsenic de l'eau potable. Cette option est appelée traitement « au point d'utilisation ». Les types de traitement domestique les plus courants utilisent les technologies d'adsorption (utilisant des médias tels que le Bayoxyde E33, le GFH, l'alumine activée ou le dioxyde de titane) ou l'osmose inverse . L'échange d'ions et l' alumine activée ont été envisagés mais pas couramment utilisés.

Il a été rapporté que les filtres à base de paillettes réduisent la teneur en arsenic de l'eau à 3 g/L (3 ppb). Ceci est particulièrement important dans les zones où l'eau potable est fournie en filtrant l'eau extraite de l' aquifère souterrain .

Dans l'électrocoagulation du fer (Fe-EC) , le fer est dissous sans arrêt à l'aide d'électricité, et les hydroxydes ferriques, les oxyhydroxydes et les oxydes résultants forment un absorbant facilement attiré par l'arsenic. La densité de courant , la quantité de charge délivrée par litre d'eau, du procédé est souvent manipulée afin d'atteindre un appauvrissement maximal en arsenic. Cette stratégie de traitement a été principalement utilisée au Bangladesh et s'est avérée largement efficace. En fait, l'utilisation de l'électrocoagulation du fer pour éliminer l'arsenic dans l'eau s'est avérée être l'option de traitement la plus efficace.

Traitement de l'eau à grande échelle

Dans certains endroits, comme aux États-Unis, toute l'eau fournie aux résidences par les services publics doit répondre aux normes d'eau potable primaires (basées sur la santé). Les réglementations peuvent exiger des systèmes de traitement à grande échelle pour éliminer l'arsenic de l'approvisionnement en eau. L'efficacité de toute méthode dépend de la composition chimique d'un approvisionnement en eau particulier. La chimie aqueuse de l'arsenic est complexe et peut affecter le taux d'élimination qui peut être atteint par un procédé particulier.

Certains grands services publics dotés de plusieurs puits d'approvisionnement en eau pourraient fermer les puits à forte concentration d'arsenic et produire uniquement à partir de puits ou de sources d'eau de surface qui satisfont à la norme relative à l'arsenic. Cependant, d'autres services publics, en particulier les petits services publics avec seulement quelques puits, peuvent ne pas avoir d'approvisionnement en eau conforme à la norme sur l'arsenic.

La coagulation/filtration (également appelée floculation ) élimine l'arsenic par coprécipitation et adsorption à l'aide de coagulants de fer. La coagulation/filtration à l' alun est déjà utilisée par certains services publics pour éliminer les solides en suspension et peut être ajustée pour éliminer l'arsenic.

L'adsorption d'oxyde de fer filtre l'eau à travers un milieu granulaire contenant de l'oxyde ferrique. L'oxyde ferrique a une grande affinité pour adsorber les métaux dissous tels que l'arsenic. Le milieu d'oxyde de fer finit par se saturer et doit être remplacé. L'élimination des boues est également un problème ici.

L'alumine activée est un adsorbant qui élimine efficacement l'arsenic. Des colonnes d'alumine activée connectées à des puits tubulaires peu profonds en Inde et au Bangladesh ont éliminé à la fois l'As(III) et l'As(V) des eaux souterraines pendant des décennies. La performance à long terme de la colonne a été possible grâce aux efforts des comités de l'eau élus par la communauté qui collectent une taxe sur l'eau locale pour financer les opérations et la maintenance. Il a également été utilisé pour éliminer des concentrations élevées indésirables de fluorure .

L'échange d'ions a longtemps été utilisé commeprocédé d' adoucissement de l'eau , bien que généralement sur une base individuelle. Les résines échangeuses d'anions traditionnelles sont efficaces pour éliminer l'As(V), mais pas l'As(III) ou le trioxyde d'arsenic , qui n'a pas de charge nette. L'élimination efficace à long terme de l'échange d'ions de l'arsenic nécessite un opérateur qualifié pour entretenir la colonne.

L' osmose inverse et l' électrodialyse (également appelée inversion de l'électrodialyse ) peuvent éliminer l'arsenic avec une charge ionique nette. (Notez que l'oxyde d'arsenic, As 2 O 3 , est une forme courante d'arsenic dans les eaux souterraines qui est soluble, mais n'a pas de charge nette.) Certains services publics utilisent actuellement l'une de ces méthodes pour réduire les solides dissous totaux et donc améliorer le goût. Un problème avec les deux méthodes est la production d'eaux usées à haute salinité, appelées saumure ou concentré, qui doivent ensuite être éliminées.

Technologie d' élimination de l'arsenic souterrain (SAR) Technologie SAR

Lors de l'élimination souterraine de l'arsenic, les eaux souterraines aérées sont rechargées dans l'aquifère pour créer une zone d'oxydation qui peut piéger le fer et l'arsenic sur les particules du sol par le processus d'adsorption. La zone d'oxydation créée par l'eau aérée augmente l'activité des micro-organismes oxydant l'arsenic qui peuvent oxyder l'arsenic de l'état +3 à +5 Technologie SAR . Aucun produit chimique n'est utilisé et presque aucune boue n'est produite pendant la phase d'exploitation puisque les composés du fer et de l'arsenic sont rendus inactifs dans l'aquifère lui-même. Ainsi, l'élimination des déchets toxiques et le risque de leur mobilisation future sont évités. En outre, sa durée de vie opérationnelle est très longue, similaire à celle des puits tubulaires de longue durée qui puisent l'eau des aquifères peu profonds.

Six de ces usines SAR, financées par la Banque mondiale et construites par la mission Ramakrishna Vivekananda, Barrackpore & Queen's University Belfast, Royaume-Uni, fonctionnent au Bengale occidental. Chaque usine a fourni quotidiennement plus de 3 000 litres d'eau sans arsenic et sans fer à la communauté rurale. La première station de traitement d'eau communautaire basée sur la technologie SAR a été installée à Kashimpore près de Kolkata en 2004 par une équipe d'ingénieurs européens et indiens dirigée par Bhaskar Sen Gupta de l'Université Queen's de Belfast pour TiPOT.

La technologie SAR a reçu le Dhirubhai Ambani Award, 2010 d'IChemE UK pour l'innovation chimique. Encore une fois, SAR a remporté le St. Andrews Award for Environment, 2010 . Le projet SAR a été sélectionné par le Blacksmith Institute – New York et Green Cross-Suisse comme l'un des « 12 cas de nettoyage et de réussite » dans le World's Worst Polluted Places Report 2009. (Voir : www.worstpolluted.org ).

Actuellement, des usines SAR à grande échelle sont installées aux États-Unis, en Malaisie, au Cambodge et au Vietnam.

Dépollution de l'arsenic basée sur la nanotechnologie

Les nanomatériaux à énergie de surface intrinsèquement élevée préparés à l'aide d'ingrédients naturellement abondants peuvent être utiles pour créer des produits verts. Grâce aux nanomatériaux, il est possible de détruire efficacement les micro-organismes, d'adsorber l'arsenic et le fluorure, d'éliminer les métaux lourds et de dégrader les pesticides habituellement présents dans l'eau. Les chercheurs ont examiné de nouvelles méthodes pour synthétiser des compositions d'oxyde/hydroxyde/oxyhydroxyde de fer en laboratoire et les ont utilisées pour la purification de l'eau. Un produit bien intitulé, AMRIT, qui signifie élixir en langues indiennes, développé par l'Institut indien de technologie de Madras, est une technologie de purification de l'eau abordable basée sur des matériaux avancés, qui a été validée par des articles de recherche et des brevets et a été approuvée pour une mise en œuvre nationale dans Inde. La technologie peut éliminer plusieurs anions, en particulier l'arséniate et l'arsénite (deux espèces courantes présentes dans l'eau contaminée par l'arsenic) et le fluorure de l'eau. Actuellement, cette technologie fournit de l'eau sans arsenic à environ 10 000 000 personnes chaque jour. AMRIT utilise un adsorbant basé sur une méthode simple pour maintenir la phase ferrihydrite 2 lignes métastable (appelée CM2LF) à température ambiante, en la confinant dans des cages biopolymères. Il peut gérer des concentrations d'arsenic et de fer colloïdal atteignant jusqu'à 100-800 µg/L et 50 mg/L, respectivement, et ramène la concentration de sortie en dessous de la limite autorisée fixée par l'EPA de 10 µg/L et 200 µg/L, respectivement. La capacité d'adsorption d'arsenic du composite est 1,4 à 7,6 fois supérieure aux compositions disponibles, dans des conditions de terrain. Des centaines d'unités ont été testées dans la ceinture d'arsenic de l'Inde qui fonctionnent en continu sur le terrain depuis plusieurs années. Des unités complètes de purification d'eau de diverses capacités allant de dizaines de litres à des millions de litres ont été mises en place. AMRIT a été appliqué dans diverses formes de purificateurs d'eau communautaires, qui sont faciles à utiliser, ont un faible coût d'entretien et ne génèrent aucune boue. Il peut fonctionner à des débits de 300 LPH (litres par heure) à 100 000 LPH. Le coût de l'eau potable utilisant cette technologie dans les zones touchées par l'arsenic est inférieur à 2,5 paisa (0,0006 $) par litre, ce qui comprend le coût de l'opérateur gérant l'usine, les consommables nécessaires et l'électricité utilisée pour le pompage et la distribution. Aucune électricité n'est nécessaire pour la filtration. Il peut être mis en œuvre à n'importe quel niveau - domestique, communautaire ou municipal - partout dans le monde et peut être facilement intégré à d'autres technologies.

Les propriétés d'adsorption du CM2LF et son mécanisme d'absorption ont été étudiés de manière approfondie. Des recherches ultérieures visant à rendre cette technologie plus verte avec une amélioration supplémentaire de la capacité d'élimination et l'inclusion de mesures de durabilité dans la fabrication et l'exploitation ont été signalées. Dans son intégralité, AMRIT fournit une solution convaincante pour atteindre l'objectif de développement du millénaire des Nations Unies d'un accès durable à l'eau potable.

L'apport alimentaire

Des chercheurs du Bangladesh et du Royaume-Uni ont affirmé que l'apport alimentaire d'arsenic ajoute une quantité importante à l'apport total lorsque l'eau contaminée est utilisée pour l'irrigation.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes