Solutions de traitement de l’eau

L’arsenic se trouve dans l’eau de mer (2-4 ppb) et dans les rivières (0,5-2 ppb). La moitié de l’arsenic présent est liée aux particules. Les algues d’eau douce et marines contiennent environ 1 à 250 ppm d’arsenic, les mycrophytes d’eau douce en contiennent 2 à 1450 ppm, les mollusques marins en contiennent 1 à 70 ppm, les crustacés marins 0,5 à 69 ppm et les poissons 0,2 à 320 ppm (toutes les valeurs sont basées sur la masse sèche). Dans certains organismes marins, tels que les algues et les crevettes, l’arsenic peut être trouvé dans les composés organiques.
La limite légale pour l’arsenic dans l’eau appliquée par l’Organisation mondiale de la Santé (OMS) est de 10 µg/L.
De quelle manière et sous quelle forme l’arsenic réagit-il avec l’eau?

L’arsenic élémentaire ne réagit normalement pas avec l’eau en l’absence d’air. Il ne réagit pas avec l’air sec, mais lorsqu’il entre en contact avec de l’air humide, une couche se forme. La couche a une couleur bronze, et développe plus tard une surface noire.
Un exemple de composé d’arsenic qui réagit fortement avec l’eau est l’orpiment. C’est un composé d’arsenic amorphe. Mécanisme de réaction:

As2S3 +6 H2O ->2 H3AsO3 +3 H2S

Dans l’eau naturelle, l’arsenic participe aux réactions d’oxydation et de réduction, à la coagulation et à l’adsorption. L’adsorption de l’arsenic sur les particules fines dans l’eau et la précipitation avec des hydroxydes d’aluminium ou de fer font pénétrer l’arsenic dans les sédiments. Après un certain temps, l’arsenic peut se dissoudre à nouveau à la suite de réactions de réduction.

Solubilité de l’arsenic et des composés de l’arsenic

L’arsenic élémentaire est assez insoluble, alors que les composés de l’arsenic peuvent facilement se dissoudre. L’arsenic est principalement présent dans les solutions aqueuses comme HAsO42- (aq) et H2AsO4- (aq), et très probablement partiellement comme H3AsO4 (aq), AsO43- (aq) ou H2AsO3- (aq).
Exemples de solubilité des composés de l’arsenic : hydrure d’arsenic (III) 700 mg/L, oxyde d’arsenic (III) 20 g/L, acide d’arsenic (H3AsO4,1/2 H2O) 170 g/L et sulfure d’arsenic (III) 0,5 mg/L.

Pourquoi l’arsenic est-il présent dans l’eau?

Les composés de l’arsenic sont abondants dans la croûte terrestre. Les particules sont libérées pendant l’exploitation minière et se propagent dans tout l’environnement. L’arsenic des roches et des sols altérés se dissout dans les eaux souterraines. Les concentrations d’arsenic dans les eaux souterraines sont particulièrement élevées dans les zones à activité géothermique. Dans les écosystèmes aquatiques, l’arsenic inorganique dérivé de roches telles que le trioxyde d’arsenic (As2O3), l’orpiment (As2S3), l’arsénopyrite (AsFeS) et le realgar (As4S4) sont les plus répandus.
L’arsenic est appliqué sous différentes formes et formes, et peut pénétrer dans les plans d’eau en tant que tels. Les grandes quantités d’arsenic libérées par l’activité volcanique et par les micro-organismes sont relativement faibles par rapport aux quantités libérées par exemple par la combustion de combustibles fossiles. L’arsenic métallique est traité dans des alliages de plomb ou de cuivre, pour augmenter la dureté. Le gaz arsenic extrêmement toxique3 joue un rôle important dans la production de micropuces. L’arséniate de cuivre (Cu3 (AsO4) 2.4H2O) est appliqué comme pesticide en viticulture, mais son utilisation est actuellement interdite dans de nombreux pays. La Paxite (CuAs2) est un insecticide et un fongicide.
D’autres composés de l’arsenic sont utilisés comme agent de conservation du bois, dans le traitement du verre, dans les industries chimiques ou dans la technique des semi-conducteurs avec le gallium et l’indium.
Les peintres hollandais ont appliqué l’arsenic comme pigment jaune. Au cours de la Première Guerre mondiale, l’arsenic a été appliqué dans les armes chimiques. Pendant la guerre du Vietnam, l’acide diméthylique de l’arsenic a été utilisé pour la destruction des cultures de riz.
Bien que l’arsenic soit de moins en moins appliqué, il est toujours présent dans l’environnement en quantités considérables. Par exemple, près des mines abandonnées, les quantités d’arsenic dans le sol peuvent encore atteindre 30 g/ kg.
L’arsenic était et est utilisé à des fins médicales. Dans l’eau provenant de sources sûres, il aide probablement à guérir l’asthme, les maladies hématologiques, les dermatoses et les psychoses. Au 19ème siècle, des solutions aqueuses d’arséniure de potassium (solution de Fowler) ont été appliquées pour traiter l’asthme bronchique chronique et d’autres maladies. Au début du 20ème siècle, d’autres composés de l’arsenic ont été appliqués pour traiter la syphilis. L’arsenic peut aider à guérir la maladie du sommeil et la leucémie.
Les composés de l’arsenic peuvent pénétrer dans le corps de manière moins spécifique par la prise alimentaire. Cela représente 90 % de l’apport total en arsenic, provenant principalement des produits de la pêche. Par la mouture du poisson dans les aliments pour bétail, l’arsenic peut pénétrer dans la viande et, par les sols contaminés, il peut pénétrer dans les produits végétaux. Des concentrations allant jusqu’à 50 mg/kg de matière sèche ont été trouvées dans les champignons à proximité des plantes fondantes formées d’arsenic.

Quels sont les effets environnementaux de l’arsenic dans l’eau?

L’arsenic est un composé essentiel pour de nombreuses espèces animales, car il joue un rôle dans la synthèse des protéines. On ne sait pas si l’arsenic est un minéral alimentaire pour l’homme. La toxicité de l’arsenic est une autre caractéristique importante. La concentration limite d’arsenic est de 2 à 46 ppm pour les algues d’eau douce. La valeur de CL50 pour Daphnia Magna est de 7,4 ppm et pour l’huître américaine de 7,5 ppm. Ces valeurs couvrent une période de 48 heures. Les valeurs de toxicité chronique pour une période de trois semaines sont de 0,5 ppm pour le grand cladocère. Pour les rats, une CL50 de 20 mg/kg de masse corporelle a été établie. C’est la valeur du composé cancérigène de l’oxyde d’arsenic (III). Ce composé bloque également les processus enzymatiques, augmentant sa toxicité. Chez les souris, les hamsters et les rats, les composés étaient toxiques pour les embryons et tératogènes. Les fougères bioaccumulent de grandes quantités d’arsenic.
Naturellement, il n’existe qu’un seul isotope stable de l’arsenic. Actuellement, 19 autres isotopes instables ont été découverts.

Quels sont les effets de l’arsenic dans l’eau sur la santé?

Les maladies liées à l’arsenic sont généralement causées par la consommation d’eau potable contaminée. Autrefois, il était appliqué comme un poison, car les symptômes d’empoisonnement à l’arsenic ressemblent à des symptômes de choléra et, par conséquent, le facteur intentionnel était ombré.
L’arsenic semble être essentiel pour certaines espèces végétales et animales. Une dose sûre possible pour les humains a été calculée. Si l’arsenic est un minéral alimentaire, cette dose serait de 15 à 25 µg. Cette quantité pourrait être absorbée par les aliments sans aucun problème. La quantité totale d’arsenic dans un corps humain est d’environ 0,5 à 15 mg. De nombreux composés de l’arsenic sont absorbés à 60-90%, mais ils sont également facilement excrétés. Les humains peuvent développer une résistance à certaines concentrations d’arsenic. Peu de temps après l’absorption, l’arsenic peut être trouvé dans le foie, la rate, les poumons et le tube digestif. La plupart de l’arsenic est excrété et des résidus peuvent être trouvés dans la peau, les cheveux, les ongles, les jambes et les dents.
Dans des conditions d’exposition prolongée, de nombreux organes peuvent être endommagés, une pigmentation de la peau peut survenir, des cheveux peuvent tomber et la croissance des ongles peut s’arrêter.
La toxicité diffère entre divers composés de l’arsenic, par exemple, l’acide monométhyl-arsenic et l’arséniure inorganique ont un niveau de toxicité plus élevé que la choline d’arsenic. La toxicité aiguë est généralement plus élevée pour les composés inorganiques de l’arsenic que pour les composés organiques de l’arsenic. La prise orale de plus de 100 mg est mortelle. La dose létale de trioxyde d’arsenic est de 10 à 180 mg et de 70 à 210 mg pour l’arséniure. Le mécanisme de toxicité est la liaison et le blocage des enzymes soufrées. Les symptômes d’intoxication aiguë à l’arsenic sont les nausées, les vomissements, la diarrhée, la cyanose, l’arythmie cardiaque, la confusion et les hallucinations. Les symptômes de l’empoisonnement chronique à l’arsenic sont moins spécifiques. Ceux-ci incluent la dépression, l’engourdissement, les troubles du sommeil et les maux de tête.
Les effets sur la santé liés à l’arsenic ne sont généralement pas aigus, mais englobent principalement le cancer, principalement le cancer de la peau. L’arsenic peut provoquer un faible poids à la naissance et un avortement spontané.
L’arsenic dans l’eau potable est une question d’importance mondiale, la limite légale a donc été abaissée à 10 µg / L. Cette limite légale n’est pas respectée dans des pays tels que le Vietnam et le Bangladesh, où des millions de personnes consomment de l’eau potable avec une teneur en arsenic supérieure à 50 µg / L. Ce problème entraîne des effets chroniques à long terme sur la santé, tels que des maladies de la peau, des cancers de la peau et des tumeurs des poumons, de la vessie, des reins et du foie.

En savoir plus sur le problème de l’arsenic au Bangladesh sur notre page catastrophes environnementales

Quelles technologies de purification de l’eau peuvent être appliquées pour éliminer l’arsenic de l’eau?

L’élimination de l’arsenic de l’eau peut être effectuée de différentes manières. Les options incluent l’échange d’ions, la filtration sur membrane et la coagulation du fer et de l’aluminium. L’eau potable contient principalement de l’arsenic inorganique (arséniure ou arséniate), il suffit donc de déterminer la concentration totale d’arsenic. La distinction entre les différents types d’arsenic n’est pas pertinente.
L’élimination de l’arsenic des sols peut être obtenue en appliquant des fougères qui bioaccumulent de grandes concentrations d’arsenic.

La littérature et les autres éléments et leur interaction avec l’eau

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