Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les ions métalliques et les métalloïdes se rencontrent dans les eaux à potabiliser, les eaux usées domestiques et industrielles, ainsi que dans les eaux de ruissellement. A faible dose, ces éléments, naturellement présents, ne représentent pas une menace sur la santé et l'environnement, ce qui n'est bien sûr pas le cas lorsque les doses deviennent massives. Avant d'étudier leurs traitements (précipitation, coagulation, oxydation, réduction, échange d’ions, transfert liquide-solide, électrolyse, membranes, phytoremédiation), il faut pouvoir les analyser et au préalable résoudre la problématique de l'échantillonnage et de la conservation des échantillons.
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Metallic ions and metalloids are found in drinking waters, domestic and industrial wastewater, as well as runoff water. In low doses, these naturally occurring elements do not represent a threat to health or the environment, which is obviously not the case when the dosage becomes massive. Before examining their treatment (precipitation, coagulation, oxidation, reduction, ion exchange, liquid-solid transfer, electrolysis membranes, phytoremediation), we need to first analyze and solve the issue concerning selecting and storing samples.
Auteur(s)
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Yves ANDRÈS : Maître de Conférences, HDR - École des Mines de Nantes
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Catherine FAUR-BRASQUET : Professeur, - Université de Montpellier 2
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Claire GÉRENTE : Ingénieur de Recherches - École des Mines de Nantes
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Pierre LE CLOIREC : Professeur, Directeur scientifique - École de Chimie de Rennes ENSCR
INTRODUCTION
Les ions métalliques et les métalloïdes sont rencontrés dans les eaux à potabiliser, les eaux usées domestiques et industrielles ainsi que dans les eaux de ruissellement. Un grand nombre d’éléments est relargué dans le milieu aquatique du fait de la lixiviation des sols qui contiennent naturellement des métaux et métalloïdes sous diverses espèces. Dans ce cas, il convient de noter que ces composés inorganiques sont nécessaires à la vie comme oligo-éléments et que leur impact vis-à-vis de l’environnement peut être faible. Néanmoins, le poison étant dans la dose, il n’en est pas de même des rejets massifs à fortes concentrations d’ions métalliques ou de métalloïdes dans les eaux de surface. Leur élimination est nécessaire d’un point de vue de santé humaine ou de lutte contre leur impact direct sur le milieu récepteur. Les recommandations de l’organisation mondiale de la santé, la législation via les directives européennes ou les arrêtés français sont particulièrement abondants pour réglementer les concentrations dans les rejets d’eaux usées mais aussi dans les eaux destinées à l’alimentation humaine. Ces arguments de santé, d’environnement et de réglementations ont amené à mettre en œuvre des traitements pour un meilleur contrôle des teneurs en métaux et métalloïdes dans les eaux. En s’appuyant sur les propriétés physico-chimiques de chaque espèce, les procédés de traitement sont multiples et allient à la fois l’utilisation d’adjuvants (coagulation, floculation), d’adsorbants ou d’échange d’ions, d’oxydants ou de réducteurs mais aussi de barrière membranaire, d’électrolyse et même l’utilisation de plantes en phytorémédiation.
Si dans ce dossier, la problématique des métaux et métalloïdes dans l’eau est abordée de façon globale, on se focalise sur les procédés de traitement et d’épuration.
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VERSIONS
- Version courante de déc. 2021 par Yves ANDRÈS, Catherine FAUR-BRASQUET, Claire GÉRENTE, Pierre LE CLOIREC
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Effets sur la santé et impacts sur l’environnement1. Nature. Propriétés. Sources
Dans un premier temps, sont décrites la nature et les propriétés des métaux et métalloïdes présents dans l’eau. En effet, la définition des espèces métalliques ou métalloïdes en solution est primordiale dans la connaissance des mécanismes d’élimination et dans le choix d’une technique de traitement s’appuyant sur les propriétés physico-chimiques des espèces considérées.
1.1 Définitions. Natures. Propriétés
Une approche générale de la nature des métaux et métalloïdes peut être faite à partir du tableau périodique des éléments de Mendeleev.
Les métaux et les métalloïdes comprennent tous les éléments à l’exception des gaz rares et de l’hydrogène (H), du bore (B), du carbone (C), de l’azote (N), de l’oxygène (O), du fluor (F), du phosphore (P), du soufre (S) et des halogènes : chlore (Cl), brome (Br), iode (I) et astate (At). Plus spécifiquement, les métalloïdes sont le silicium (Si), le germanium (Ge), l’arsenic (As), le sélénium (Se), l’antimoine (Sb) et le tellure (Te). Ces éléments peuvent former des anions simples. Les autres éléments sont appelés métaux. Ils peuvent posséder des degrés d’oxydation très divers suivant le remplissage de leur couche électronique externe (de +1 à +7).
L’appellation « métaux lourds » est classiquement utilisée dans le cas des ions métalliques présents dans l’eau et qu’il convient d’éliminer avant usage ou rejet dans le milieu. Ils correspondent aux éléments ayant une densité supérieure à 5 000 kg × m–3 parmi lesquels on peut citer : le vanadium (V), le chrome (Cr), le manganèse (Mn), le fer (Fe), le cobalt (Co), le nickel (Ni), le cuivre (Cu), le zinc (Zn), le cadmium (Cd), le mercure (Hg), le molybdène (Mo), le plomb (Pb), l’étain (Sn) ou encore le platine (Pt).
1.1.1 Sphère d’hydratation et de complexation
En solution aqueuse, les cations métalliques évoluent dans un milieu relativement structuré. En fait, ces ions se...
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Nature. Propriétés. Sources
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MARTELL (A.E.), HANCOCK (R.D.) - Metal complexes in aqueous solutions - . J.P. Fackler, Eds ; Plenum, New York (1996).
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(2) - SMITH (R.M.), MARTELL (A.E.) - Critical stability constants - . Plenum Press, New York (1976).
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(3) - PEARSON (R.G.) - Hard and soft acids and bases, HSAB, Part I - . Journal of Chemical Education, 45, no 9, p. 581-587 (1968).
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(4) - AHRLAND (S.), CHATT (J.), DAVIES (N.R.Q.) - * - Review of Chemical Society, 12, p. 265 (1958).
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(5) - PEARSON (R.G.) - Hard and soft acids and bases, HSAB - . Part II. Journal of Chemical Education, 45, no 10, p. 643-648 (1968).
-
(6) - NIEBOER (E.), RICHARDSON (D.H.S.) - The replacement of the non-descript term "heavy metals" by a biologically and chemically significant classification of metal ions - . Environmental Pollution (Series...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Pollution industrielle de l’eau. Caractérisation, classification, mesure
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Analyse des eaux résiduaires – Mesure de la pollution
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Contrôle des eaux douces et de consommation humaine
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Préparation d’échantillons de l’environnement pour analyse minérale
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Traitements physico-chimiques de la pollution soluble
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Traitement des eaux avant utilisation – Substances dissoutes...
1 Réglementation et normalisation
La présence d’ions métalliques dans les eaux et la détermination de leur concentration font partie du contrôle global de la qualité des eaux, au même titre que les principaux paramètres de pollution couramment rencontrés. Selon le type d’eau considéré, les réglementations en vigueur sont très différentes. Considérant la présence de métaux lourds et de métalloïdes dans les eaux, on distingue :
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les conditions de rejets des eaux résiduaires industrielles ;
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les valeurs limites des eaux destinées à la consommation humaine, à l’exclusion des eaux minérales naturelles...
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