Elimination de l'arsenic pour la production d'eau potable : oxydation chimique et adsorption sur des substrats solides innovants

Discipline

Chimie et Microbiologie de l'Eau

Classification

Chimie, minéralogie, cristallographie,

Technologie (Sciences appliquées),

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

pollution et polluants, eau, oxydation, décontamination, argiles, adsorption

Mots-clés

Eau -- Teneur en arsenic - Thèses et écrits académiques,

Adsorption - Thèses et écrits académiques,

Argile - Thèses et écrits académiques

L'arsenic est un métalloïde se rencontrant naturellement sous forme de trace dans de nombreux sols. Les activités anthropiques (agriculture, extraction et exploitation de minerais principalement) ont conduit à son accumulation dans l'environnement. L'abaissement à 10 µg/L de la limite de qualité pour l'arsenic dans l'eau de consommation pose la question de l'efficacité des traitements existants. De nouvelles techniques plus performantes d'élimination de l'arsenic sont donc de plus en plus nécessaires. L'objectif de ce travail est de développer de nouvelles méthodes d'analyses de l'arsenic, fiables et utilisables sur le terrain, ainsi que des méthodes simples d'élimination de l'arsenic, de mise en œuvre facile et applicables à de petites unités de traitement comme celles rencontrées en zones à habitat dispersé (débit < 10 m³/h). L'adsorption de As(III) et As(V), méthode répondant aux critères précédemment définis, a été étudiée. Tout d'abord des supports classiques ont été considérés : des (oxy)hydroxydes de fer; puis des supports innovants : des argiles pontées dérivées d'une montmorillonite. Celle-ci a été modifiée par différents polycations (fer, titane et aluminium) de façon à créer des sites favorables à l'adsorption. L'adsorption a été réalisée selon différentes conditions, et dans des milieux plus ou moins complexes. Il s'avère que les (oxy)hydroxydes de fer fixent plus d'arsenic que les argiles pontées, tant sous la forme As(III) que As(V). Néanmoins, l'étude de la désorption a montré que l'argile pontée au fer était le seul support régénérable quasiment à 100%. Connaissant les différences de comportement selon la nature des espèces de l'arsenic inorganique As(III) et As(V), l'oxydation de As(III) par différents oxydants usuels a été l'objet d'une partie de l'étude. Les oxydants testés sont H2O2, NaOCl, FeCl3, KMnO4 et MnO2(s), couramment employés dans les traitements. De façon à quantifier la capacité oxydante de ces réactifs, une méthode colorimétrique a été développée. Celle-ci, facilement transposable sur le terrain, peut être appliquée aux eaux peu chargées en phosphate avec une limite de quantification de 20 µg As/L. Il s'avère que les réactifs les plus facilement utilisables dans une unité de potabilisation sont KMnO4 et FeCl3. A la suite de cette étude, un support à base d'une résine de polystyrène recouverte d'oxyde de manganèse a été synthétisé. Ce solide combine des propriétés d'oxydation et d'adsorption simultanées. Les capacités d'adsorption de ce solide vis-à-vis de As(V) et de As(III) sont remarquables et supérieures à une majorité des adsorbants étudiés récemment. La dernière partie a consisté en l'étude de la faisabilité des procédés mis au point sur un milieu plus proche des conditions naturelles. Pour cela, une eau artificielle représentative des eaux de type granitique, habituellement concernées par la pollution arséniée, a été préparée à partir de la compilation des compositions d'eaux souterraines destinées à la production d'eau potable. Ainsi, les concentrations en ions majeurs communes à ces eaux ont pu être déterminées. Cette eau artificielle a ensuite été utilisée après dopage en As(III) et As(V) dans diverses expériences d'oxydation et d'adsorption de façon à appréhender les mécanismes mis en jeu dans le milieu naturel. Il apparaît que les ions majeurs ont peu d'influence sur ces procédés, démontrant leur applicabilité au sein d'une filière de traitement.