L'arsenic est un contaminant des eaux souterraines naturellement présent dans les roches et les sols, bien qu'il puisse également résulter d'activités industrielles. Lorsqu'il est présent à des niveaux supérieurs à 10 μg/L, l'arsenic peut avoir des effets néfastes sur la santé humaine et doit être traité dès que possible. Il peut être éliminé des eaux souterraines par oxydation suivie de filtration, précipitation, adsorption, processus d'échange d'ions ou osmose inverse.

La forme prédominante d'arsenic dans les eaux souterraines est l'arsenic trivalent (As III), qui n'est pas aussi facilement éliminé que l'arsenic pentavalent (As V) qui se fixe à divers solides, tels que les oxydes de fer. Par conséquent, une étape de pré-oxydation de l'As III par l'air ou des produits chimiques est recommandée avant le traitement de l'eau. Une fois oxydé en As V, les systèmes domestiques peuvent l'éliminer par adsorption, précipitation et échange d'ions.

Considérations sur la conception

La plupart des systèmes domestiques d'élimination de l'arsenic sont composés de deux seaux/compartiments, dans lesquels l'As III est d'abord oxydé en As V puis, dans le second compartiment, l'As V est éliminé par précipitation ou adsorption sur un matériau filtrant commercial préfabriqué. Le volume d'eau qui peut être filtré par les systèmes domestiques est de l'ordre de 20 à 60 L/jour. Les efficacités d'élimination dépendent de la conception et des composants du filtre, mais sont comprises entre 85 et 99 %. Les filtres ménagers à arsenic sont simples à utiliser, mais le temps de contact doit être respecté et les filtres doivent généralement fonctionner lentement. Tous les matériaux nécessitent une régénération une fois saturés, ce qui est difficile à déterminer et requiert des tests de qualité de l'eau. Une chaîne de services fonctionnelle doit donc être établie.

Une technologie peu coûteuse et couramment utilisée est le Filtre à arsenic Kanchan (KAF). Il s'agit d'un Filtre biosable H.5 modifié avec du fer zéro valent (souvent sous forme de clous rouillés) ajouté au bassin du diffuseur. L'arsenic dans l'eau est adsorbé sur l'oxyde de fer (provenant des clous rouillés) puis est piégé à la surface du sable à l'intérieur du filtre. Comme les autres filtres biosable, le corps du KAF peut être en béton, en plastique ou en acier inoxydable. Il contient une colonne de roche finement concassée (sable) sur laquelle vivent des micro-organismes.

Matériaux

Les matériaux filtrants appropriés comprennent les résines synthétiques échangeuses d'ions, l'alumine activée, le charbon actif et les solides à base de fer (hydroxyde ferrique granulaire ou sable revêtu de fer). Un exemple de matériau à faible coût est une matrice de fer composite constituée de déchets de fer qui produisent un nouvel adsorbant par la corrosion continue du fer. L'arsenic précipité contenant du fer trivalent est ensuite éliminé par filtration à travers des couches de sable et de charbon actif. Diverses résines échangeuses d'anions à base forte sont disponibles, mais elles ne doivent être utilisées que pour les eaux à faible teneur en sulfate en raison d'un risque de libération de grandes quantités d'arsenic en présence de sulfate. L'alumine activée est disponible sous forme de granulés ou d'oxyde d'aluminium, et les contaminants sont échangés avec les hydroxydes de surface de l'alumine. Le média filtrant peut être rempli dans des seaux disponibles localement. Pour les ménages connectés au réseau de distribution, les filtres à membrane (nanofiltration ou osmose inverse) fonctionnant à l'aide de la pression du robinet disponible peuvent être une option.

Applicabilité

La consommation d'eau contaminée par l'arsenic pendant une longue période peut entraîner une intoxication chronique à l'arsenic. L'exposition à long terme à l'arsenic entraîne des modifications de la pigmentation de la peau et augmente les risques de diverses maladies pulmonaires et cardiaques. L'OMS a fixé une valeur guide pour l'arsenic dans l'eau potable à 10 µg/L, qui est provisoire en fonction de la performance du traitement et de la faisabilité analytique. Lorsqu’il est présent à des concentrations modérées, les effets sur la santé sont causés par une consommation à long terme, et la technologie est principalement pertinente pour la phase de relèvement et les urgences prolongées survenant dans des zones à haut risque de teneur élevée en arsenic. Cependant, lorsqu'il est présent à des concentrations élevées, l'arsenic doit être éliminé dès que possible. Par conséquent, dans les zones à haut risque, les mesures d'arsenic doivent être effectuées avant le choix de la source d'eau, et lorsque des sources alternatives sont disponibles, la source sans ou avec de faibles concentrations d'arsenic doit être utilisée. Des cartes des risques sont disponibles sur Groundwater Assessment Platform, indiquant les régions présentant une forte probabilité de teneur élevée en arsenic dans les eaux souterraines.

Fonctionnement et entretien

Le fonctionnement des Filtres à arsenic est relativement simple, nécessitant un remplissage quotidien en eau. Le temps de contact nécessaire entre l'eau et le lit filtrant, qui dépend de la conception du filtre et du matériau utilisé, doit être respecté pour assurer une élimination efficace de l'arsenic. Les activités d’entretien comprennent le nettoyage/rinçage périodique et la désinfection et l'échange de sable, de charbon actif ou d'éléments en fer dans les filtres. Le suivi et l'entretien réguliers de la qualité de l'eau doivent être pris en charge par le distributeur/vendeur des filtres et reposent sur la coopération de l'utilisateur. Lorsque des matériaux filtrants nécessitant une régénération sont utilisés, la régénération doit être effectuée dans des centres de service par du personnel bien formé, car les produits chimiques requis doivent être manipulés avec précaution.

Santé et sécurité

Les effets sur la santé de l'ingestion d'arsenic sur une longue période comprennent des modifications de la pigmentation de la peau ainsi que d'autres symptômes (par exemple, bronchite, maladie vasculaire) et une augmentation du risque de divers cancers. À court terme, l'arsenic peut augmenter le risque de crises cardiaques. Ces effets sur la santé peuvent persister même après l'élimination de l'arsenic. Les déchets riches en arsenic sont produits par les systèmes de filtration et doivent être éliminés correctement en raison de leur toxicité élevée (par exemple, décharges éloignées des sources d'eau potable). Les filtres à arsenic n'éliminent pas la contamination microbienne. Il existe un risque de contamination de l'eau par de mauvaises pratiques d'hygiène, et une post-filtration ou une post-désinfection peut être nécessaire. L'eau traitée doit toujours être stockée dans des filtres ou des récipients de stockage d'eau sûrs. Lorsque des résines échangeuses d'ions sont utilisées, la qualité de l'eau brute doit être considérée avec soin, car d'autres ions ayant une plus forte affinité pour la résine peuvent déplacer l’As V, entraînant une libération incontrôlée de grandes quantités d'arsenic dans l'eau traitée.

Coûts

Les filtres qui peuvent être construits à l'aide de matériaux disponibles localement coûtent entre 20 et 40 USD. Les coûts de l'alumine activée et des résines échangeuses d'ions sont élevés et peuvent ne pas être disponibles localement.

Considérations sociales et environnementales

Les filtres d'élimination de l'arsenic sont bien acceptés lorsque la population est consciente des problèmes de santé liés à l'arsenic dans l'eau. Cependant, l'introduction d'une nouvelle technologie est un processus complexe qui doit être participatif 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 utiliser régulièrement des filtres. Les solutions de régénération ou les médias filtrants saturés présentent des risques pour l'environnement et doivent être éliminés en toute sécurité loin des sources d'eau potable ou des terres utilisées dans l'agriculture.