L'arsenic est un contaminant des eaux souterraines dérivé de minéraux naturels présents dans les roches et les sols (généralement dans les jeunes sédiments alluviaux) ainsi que d'activités industrielles (par exemple, l'exploitation minière). Lorsqu'il est présent à des niveaux supérieurs à 10 μg/L, l'arsenic peut avoir un impact direct sur la santé humaine et doit être traité dès que possible à n'importe quelle phase d'une urgence. L'arsenic peut être éliminé des eaux souterraines par précipitation, adsorption, échange d'ions ou osmose inverse T.15 .

Les effets sur la santé de l'ingestion d'arsenic sur une période prolongée comprennent des modifications de la pigmentation de la peau, des dommages aux organes, de l'anémie, des troubles métaboliques, un risque accru de divers cancers et maladies de la peau et d'autres symptômes (par exemple, bronchite, maladie vasculaire, dépression). Les effets à court terme comprennent des risques accrus de crise cardiaque, de diarrhée et de nausées. Ces effets sur la santé peuvent persister même après que l'arsenic a été retiré de l'eau. L'arsenic soluble trouvé dans les eaux naturelles se présente généralement sous forme d'arsénite trivalent, As(III) (présent dans des conditions anaérobies et à pH inférieur), ou d'arséniate pentavalent, As(V) (présent dans des conditions aérobies et à des valeurs de pH supérieures à 7). Il peut être éliminé par des processus de précipitation, d'adsorption et d'échange d'ions dont l'échelle varie depuis les grands approvisionnements en eau potable jusqu'au niveau des ménages (voir H.14 ).

Considérations sur la conception

L'As(III) est la forme courante d'arsenic que l'on trouve dans les eaux souterraines anaérobies et est plus difficile à éliminer que l'As(V), qui est fortement adsorbé sur divers solides tels que les (hydr-)oxydes de fer. Alors que certains procédés de traitement peuvent éliminer partiellement l'As(III), une élimination suffisante nécessite une conversion préliminaire de l'As(III) en As(V) à l'aide d'une étape de pré-oxydation suivie d'un second procédé d'élimination de l'As(V). La pré-oxydation peut être efficacement réalisée par l'ajout de produits chimiques (par exemple, du chlore ou du permanganate de potassium) ou en filtrant l'eau à travers un lit d'oxydes de manganèse (IV). Une fois oxydé en As(V), différents processus peuvent l'éliminer, tels que la coagulation et la co-précipitation, l'adsorption et l'échange d'ions.

Pour la coagulation et la co-précipitation, des produits chimiques tels que des sels de fer et d'aluminium sont ajoutés pour former des précipités d'(hydr-)oxyde de fer et d'aluminium qui adsorbent l'As(V). Une fois que ces particules se sont déposées, elles peuvent être éliminées à l'aide les étapes conventionnelles de sédimentation et de filtration. Pour être efficace, le type de coagulant doit être adapté au pH de l'eau brute et les conditions de dosage/mélange doivent être optimisées (cf. T.4 , T.5 ). La co-précipitation peut également se produire sans coagulant lorsqu'il y a suffisamment de fer naturel dans l'eau. Ici, l'aération de l'eau crée des (hydr-)oxydes de fer insolubles qui adsorbent à leur tour l'arsenic. Cela a bien fonctionné dans certaines régions avec les Filtres biosable au niveau des ménages H.5 . L'efficacité dépend de la concentration naturelle de fer dans l'eau et de la présence d'ions concurrents.

As(V) peut également être éliminé par adsorption et échange d'ions, dans lesquels l'eau passe à travers une couche de matériau poreux ( « lit de contact » ) qui élimine l'arsenic par un échange d'ions permettant son adsorption sur le matériau du lit de contact. Les matériaux de lit de contact appropriés comprennent les résines échangeuses d'ions synthétiques, l'alumine activée, le charbon actif et les solides à base de fer (hydroxyde ferrique granulaire ou sable revêtu de fer). L'efficacité du matériau de contact diffère, où certains ne sont pas affectés par le pH ou la concentration d'arsenic (par exemple, les résines échangeuses d'ions, les solides à base de fer) alors que d'autres le sont (par exemple, l'alumine activée). Certains matériaux adsorbent également préférentiellement les ions concurrents au lieu de l'arsenic (par exemple, le sulfate avec des résines échangeuses d'ions). De plus, certains matériaux sont facilement régénérés avec des produits chimiques moins dangereux (par exemple, les résines échangeuses d'ions), tandis que d'autres peuvent nécessiter des acides et des alcalis forts (par exemple, l'alumine activée) et certains ne peuvent pas être régénérés (par exemple, les solides à base de fer). Cependant, dans de bonnes conditions, ces techniques peuvent éliminer plus de 90 % de l'arsenic. Il existe d'autres techniques plus (par exemple, électrocoagulation) ou moins (par exemple, méthodes membranaires comme la Nanofiltration/Osmose Inverse, T.15 ) efficaces.

Matériaux

Les matériaux requis dépendent du processus d'élimination choisi et peuvent inclure l'infrastructure de traitement physique, les médias filtrants et divers produits chimiques. Certains d'entre eux peuvent ne pas être disponibles localement.

Applicabilité

L'arsenic est une menace pour la santé plus grave que le fluorure, certains effets sur la santé ne se produisant qu'après une ingestion à court terme. Par conséquent, il est recommandé de commencer l'élimination de l'arsenic dès que possible en situation d'urgence. Quoi qu'il en soit, lorsque la coagulation est utilisée dans un contexte d'urgence, les niveaux d'arsenic diminueraient également.

Fonctionnement et entretien

Différentes activités de fonctionnement et d'entretien sont nécessaires pour chaque système, mais la plupart ont des exigences de fonctionnement et d'entretien importantes. Pour les processus de coagulation/précipitation, le fonctionnement et l'entretien comprennent le dosage quotidien des produits chimiques et l'élimination des boues, et la station a souvent besoin d'une alimentation électrique. Pour les résines échangeuses d'ions, le fonctionnement et l'entretien sont moins fréquents et sont un processus assez simple impliquant la régénération du lit de contact, qui se fait généralement à l'aide d'une solution concentrée de sel (NaCl). Pour l'alumine activée, la régénération du lit de contact se fait à l'aide d'un alcali fort suivi d'un acide fort.

Santé et sécurité

Établir la présence d'arsenic dans les sources d'eau peut s'avérer difficile. Consulter les données sanitaires et les centres de santé sur le nombre de cas d'intoxication à l'arsenic pourrait être utile. La plateforme d'évaluation des eaux Souterraines (GAP) fournit des informations sur les zones à haut risque. La surveillance de la qualité de l'eau à l'aide de kits de test d'arsenic est recommandée si la GAP ou les informations sanitaires indiquent un risque élevé. Les déchets riches en arsenic sont produits par la plupart des processus d'Élimination de l'arsenic et doivent être éliminés correctement (par exemple, enfouissement des déchets loin des sources d'eau potable). La régénération du lit par contact à l'aide d'alcalis et d'acides peut être dangereuse et nécessite une formation adéquate pour les opérateurs ainsi qu'un équipement de protection individuelle (lunettes, combinaison, gants, bottes) et un stockage adéquat.

Coûts

Le coût indicatif par litre pour le traitement en vrac varie d'environ 8 à 120 USD/m³, le coût le moins cher étant la coagulation et la co-précipitation. Le coût dépend du type de processus et de l'échelle et est lié aux matériaux réellement utilisés ou réutilisés (par exemple, produits chimiques ou médias filtrants), à l'infrastructure (par exemple, usine de traitement, agitateur ou four) et à la main-d'œuvre nécessaire pour produire ou régénérer les matériaux.

Considérations sociales et environnementales

Pour la coagulation/précipitation, des concentrations élevées de sulfates dans l'eau traitée peuvent la rendre inacceptable pour les utilisateurs. L'introduction du traitement à l'arsenic à l'échelle communautaire doit être participative dès le départ et impliquer toutes les parties prenantes. Des interventions d'information et de changement de comportement (voir X.16) seront nécessaires pour accroître la sensibilisation de la population dans les zones où ce n'est pas le cas. Les effets à long terme de l'empoisonnement à l'arsenic ne sont pas évidents et les utilisateurs peuvent être réticents à accepter un traitement s'il entraîne des coûts plus élevés. Les solutions de régénération ou les médias filtrants saturés présentent un danger pour l'environnement et doivent être éliminés en toute sécurité loin des sources d'eau potable ou des terres utilisées dans l'agriculture.