Les produits chimiques synthétiques sont omniprésents dans la vie moderne - dans nos médicaments, cosmétiques et vêtements, mais que deviennent-ils lorsqu'ils pénètrent dans nos réserves d'eau municipales ?

Parce que ces produits chimiques sont hors de vue, hors de l'esprit, nous supposons qu'ils ne peuvent pas nous faire de mal après les avoir jetés dans l'évier. Cependant, la plupart des infrastructures de traitement de l'eau n'ont pas été conçues pour éliminer les produits chimiques organiques de synthèse comme ceux que l'on trouve dans les opioïdes, produits de soins personnels et produits pharmaceutiques.

Par conséquent, des traces de ces produits chimiques sont présentes dans les effluents :l'eau rejetée des usines de traitement dans les lacs, rivières et ruisseaux. Bien qu'il soit présent à des concentrations extrêmement faibles, juste des nanogrammes ou des microgrammes, la toxicité n'est pas bien comprise dans les corps humains et les écosystèmes.

Pire, nous en savons encore moins sur les effets sur la santé humaine et écosystémique des sous-produits créés lors des processus avancés de traitement de l'eau par oxydation; des milliers de sous-produits chimiques peuvent être créés en quelques minutes.

Par conséquent, il est essentiel que les scientifiques et les gestionnaires d'usines de traitement comprennent les mécanismes par lesquels les sous-produits chimiques sont créés au cours du processus de traitement. Daisuke Minakata, professeur adjoint de génie civil et environnemental à l'Université technologique du Michigan, avec les coauteurs Divya Kamath et Stephen Mezyk, ont cherché à comprendre ces mécanismes en utilisant l'acétone comme cas test.

Les auteurs se sont appuyés sur une étude expérimentale de 1999 sur les voies de réaction de l'acétone pendant le traitement, utiliser des calculs de mécanique quantique pour prédire les sous-produits chimiques qui se produisent lorsque l'acétone se dégrade au cours du processus d'oxydation avancé.

Leurs résultats sont publiés dans l'article, "Élucider les voies de réaction élémentaires et la cinétique de la dégradation de l'acétone induite par les radicaux hydroxyles dans le processus d'oxydation avancé en phase aqueuse", dans la revue Sciences et technologies de l'environnement , publié par l'American Chemical Society.

Modélisation de la dégradation

Selon les normes chimiques, l'acétone a une structure simple. Cela le rend idéal pour modéliser les voies de réaction - les innombrables façons dont un produit chimique peut se dégrader en radicaux libres et sous-produits - pour prédire quels sous-produits et radicaux se forment.

« Lorsque nous procédons au traitement de l'eau par oxydation chimique avancée, ces oxydants détruisent les composés organiques cibles mais créent des sous-produits, " Minakata dit. "Certains sous-produits peuvent être plus toxiques que leur composé parent. Nous devons comprendre les mécanismes fondamentaux de la façon dont les sous-produits sont produits, puis nous pouvons prédire ce qui sera produit à partir de nombreux autres produits chimiques. Nous avons trouvé plus de 200 réactions impliquées dans les dégradations de l'acétone sur la base de travaux informatiques."

L'équipe de Minakata a comparé les résultats prédictifs du modèle aux 10 sous-produits observés dans l'étude expérimentale de 1999, et les résultats du modèle suivent avec précision les voies de réaction observées.

L'oxydation avancée est un moyen très efficace et important de traiter l'eau et les effluents, son utilisation ne doit donc pas être interrompue. De nombreuses communautés dans les régions arides manquent d'eau et doivent réutiliser les eaux usées traitées, un processus appelé réutilisation potable directe. Si les produits chimiques organiques synthétiques et leurs sous-produits oxydés ne sont pas éliminés de l'eau, les humains et les animaux les consomment.

Dans la région des Grands Lacs, les communautés en amont rejettent les eaux usées traitées dans les lacs et les rivières. Les personnes vivant en aval utilisent cette eau; et existant, les procédés de traitement conventionnels n'éliminent pas efficacement tous les produits chimiques organiques. L'oxydation avancée peut cibler efficacement des produits chimiques organiques spécifiques pour les éliminer de l'eau. La modélisation des voies de réaction est essentielle pour aider les responsables du traitement de l'eau à comprendre comment manier au mieux le couteau, comme c'était.

Une limitation du travail est que le modèle s'applique uniquement à un contaminant organique structurellement simple comme l'acétone, plutôt que des processus de dégradation chimique largement multiples. Les produits chimiques organiques ont des structures extraordinairement complexes, et nous n'avons pas la capacité de calcul pour calculer les voies de réaction. L'équipe de Minakata a utilisé le supercalculateur Superior de Michigan Tech. Superior s'est laissé perplexe sur les voies de l'acétone avec des centaines de calculs, dont certains peuvent prendre plus de plusieurs semaines.

Réactions chimiques tout autour

Comprendre les mécanismes de formation de sous-produits chimiques n'est pas seulement important pour le traitement de l'eau; il fait également progresser nos connaissances sur les réactions chimiques dans l'atmosphère et à l'intérieur de notre corps.

"À l'intérieur d'une goutte d'eau dans un nuage, la même réaction radicale est en cours, " dit Minakata. " Dans nos corps, les espèces réactives de l'oxygène endommagent les cellules humaines. Si vous buvez beaucoup d'alcool, ou si vous avez trop de soleil, vous créez des radicaux libres. Ces radicaux libres endommagent vos cellules et peuvent créer des cellules cancéreuses. La chimie impliquant des radicaux libres est courante dans différentes disciplines. Nous utilisons la chimie des radicaux libres pour détruire les produits chimiques toxiques "