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Jul 01, 2023

Biofiltration de l'eau brute pour le contrôle du manganèse des eaux de surface

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 9020 (2023) Citer cet article 594 Accès 1 Altmetric Metrics détaille Le contrôle du manganèse (Mn) dans les systèmes d'eau de surface est un défi pour les eaux potables.

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9020 (2023) Citer cet article

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Le contrôle du manganèse (Mn) dans les systèmes d’eau de surface constitue un défi pour l’industrie de l’eau potable, notamment dans un cadre de durabilité. Les méthodes actuelles d’élimination du manganèse des eaux de surface utilisent des oxydants puissants qui intègrent le carbone et peuvent être coûteuses et nocives pour la santé humaine et l’environnement. Dans cette étude, nous avons utilisé une conception simple de biofiltre pour éliminer le manganèse de l’eau du lac, sans prétraitements conventionnels des eaux de surface. Les biofiltres avec affluent aéré éliminent le manganèse à des concentrations inférieures à 10 µg/L lors de la réception d'eau d'afflux contenant > 120 µg/L de manganèse dissous. L'élimination du manganèse n'a pas été inhibée par des charges élevées de fer ou une mauvaise élimination de l'ammoniac, ce qui suggère que les mécanismes d'élimination peuvent différer de ceux des biofiltres des eaux souterraines. Les biofiltres expérimentaux ont également atteint des concentrations de manganèse dans les effluents plus faibles que le processus de traitement conventionnel à grande échelle, tout en recevant des concentrations de manganèse plus élevées. Cette approche biologique pourrait contribuer à atteindre les objectifs de développement durable.

Le manganèse (Mn) présent dans l’eau potable est généralement éliminé pour améliorer l’esthétique de l’eau, car les particules de manganèse peuvent décolorer l’eau et tacher les appareils sanitaires et le linge1. Cependant, on craint de plus en plus que des concentrations élevées de manganèse puissent avoir un impact sur la santé et le développement des jeunes enfants2,3,4,5. Les problèmes esthétiques et sanitaires peuvent être aggravés lorsque le manganèse s’accumule dans les systèmes de distribution. Le manganèse accumulé peut se mobiliser rapidement en raison de changements hydrauliques ou de la qualité de l’eau dans un système de distribution, provoquant un pic important et difficile à prévoir de la concentration de manganèse au robinet6. L'accumulation de manganèse peut également augmenter les rejets de plomb7,8. Par conséquent, l’élimination du manganèse dans les usines de traitement de l’eau potable doit être maximisée.

Santé Canada recommande un objectif esthétique de 20 µg Mn/L, mais de nombreux services publics ciblent des concentrations plus faibles pour prévenir les impacts de l'accumulation dans les réseaux de distribution6,9. Pour les usines de traitement des eaux de surface, ces objectifs sont généralement atteints en combinant une oxydation chimique utilisant des oxydants puissants (par exemple, du dioxyde de chlore ou du permanganate) suivie d'une déstabilisation des particules, ou une oxydation catalytique avec du chlore libre et des milieux enrobés d'oxyde de manganèse6,10. Cependant, ces techniques chimiques peuvent produire des sous-produits nocifs et augmenter les coûts de traitement en raison de la demande de produits chimiques, de l'équipement requis pour le dosage et de la formation des opérateurs11,12.

Ces approches conventionnelles du traitement du manganèse ne sont pas durables et ne sont pas pratiques dans les zones sans accès à des équipements spécialisés, à des formations et à des produits chimiques pour le traitement de l’eau. Leur utilisation est en contradiction avec l’Objectif de Développement Durable 6 des Nations Unies (ODD6), qui vise à « garantir la disponibilité et la gestion durable de l’eau et de l’assainissement pour tous »13. Des technologies alternatives de traitement du manganèse sont nécessaires pour atteindre ces objectifs. De telles technologies doivent être capables d'éliminer le manganèse à des concentrations inférieures à 20 µg/L tout en réduisant l'impact environnemental du traitement de l'eau potable.

La biofiltration est une alternative technologique durable pour le traitement du manganèse qui nécessite peu ou pas d’ajout de produits chimiques, en fonction de la qualité de l’eau d’entrée. Les biofiltres sont des filtres à média granulaire fonctionnant avec peu ou pas de résidus d'oxydants (c'est-à-dire le chlore), ce qui permet aux micro-organismes naturels de se développer et de développer des biofilms qui recouvrent le média14. Ces biofilms peuvent augmenter la capacité d’élimination d’un filtre en adsorbant et en dégradant les contaminants dissous, qui autrement ne seraient pas retenus. La biofiltration est largement utilisée pour traiter les eaux souterraines, de nombreux systèmes de traitement étant uniquement composés d'aération et de filtration sur milieu granulaire15. Le traitement des eaux de surface pourrait être plus durable si cette technologie propre était utilisée, mais les études portant sur la biofiltration des eaux de surface pour le manganèse n'ont pas été en mesure de fournir des lignes directrices de conception largement applicables. Les résultats des études sur les eaux souterraines sont prometteurs, mais pourraient ne pas être directement applicables au traitement des eaux de surface, car la plupart des eaux souterraines contiennent principalement des contaminants dissous et de faibles concentrations de carbone organique par rapport aux eaux de surface. Par conséquent, pour contribuer à atteindre l’ODD6, les biofiltres des eaux de surface doivent être étudiés afin d’établir leur capacité d’élimination du manganèse et leurs principes de conception.