Les ingénieurs des usines de recyclage des eaux usées peuvent être tranquilles en sachant que leurs méthodes pour minimiser la formation d'un puissant cancérogène ciblent le bon composé chimique.
Le professeur assistant de l'USC Viterbi Daniel McCurry, l'étudiante de premier cycle Meredith Huang et l'étudiante à la maîtrise Shiyang Huang ont confirmé le produit chimique responsable de la formation du cancérogène N-nitrosodiméthyalmine, ou NDMA, dans les eaux usées recyclées. Ils ont commencé leur étude après que des résultats contradictoires aient fait surface dans la communauté de la recherche environnementale, provoquant des hésitations dans l'adoption des méthodes d'intervention NDMA dans les installations de traitement. Leurs travaux ont été publiés dans Lettres sur les sciences et technologies de l'environnement comme l'étude de couverture de mars.
« La récente sécheresse en Californie et la vulnérabilité de l'eau qui en a résulté ont accru l'intérêt pour le recyclage de l'eau, " a déclaré Meredith Huang, le premier auteur de l'étude. "Toutefois, sous-produits de désinfection comme la NDMA, formé dans le processus de traitement des eaux usées, sont nocifs pour l'homme et introduisent des problèmes lorsque l'objectif est la re-consommation."
A la fin des années 90, des concentrations élevées de NDMA ont été trouvées dans ce qui était autrement des eaux usées recyclées extrêmement propres, qui, dans la plupart des États, est rejetée dans les rivières qui sont utilisées comme sources d'eau potable. Cette découverte a déclenché un effort de recherche de plusieurs années par plusieurs laboratoires pour comprendre comment le composé chimique nocif se formait.
"La concentration de NDMA qui nous inquiète est très, très lent, " a déclaré McCurry, qui travaille au département de génie civil et environnemental de Sonny Astani. "Contrairement à beaucoup de polluants organiques dans l'eau potable où la limite réglementaire peut être de l'ordre du microgramme par litre, pour la NDMA, la ligne directrice réglementaire dans de nombreux endroits varie de 10 nanogrammes par litre à 100 nanogrammes par litre. Donc, trois à quatre ordres de grandeur plus faibles en concentration parce que ce n'est qu'un cancérigène super puissant."
La plupart des eaux usées recyclées qui seront utilisées comme eau potable grâce à un processus connu sous le nom de réutilisation potable, pénètre d'abord dans le sol avant d'être acheminé vers une usine d'eau potable. Le sol agit comme un filtre, éliminer les produits chimiques et dégrader les composés nocifs comme la NDMA. Mais le coût élevé du pompage de l'eau dans et hors du sol a conduit à un intérêt accru pour la réutilisation directe de l'eau potable, où les eaux usées recyclées vont directement à une usine d'eau potable.
« La NDMA est l'un des obstacles majeurs à la réutilisation directe de l'eau potable car il est vraiment difficile de se débarrasser des procédés de traitement traditionnels approfondis, " a déclaré McCurry. Il est au contraire plus facile et plus abordable de réduire les concentrations de NDMA en éliminant les molécules responsables de sa formation.
Initialement, les chercheurs ont découvert que la NDMA est le résultat de l'étape de chloration du processus de traitement des eaux usées recyclées. Spécifiquement, dichloramine, un composant mineur du mélange chloré, provoque la formation de NDMA. Ces découvertes ont conduit les usines de traitement à commencer à manipuler la chimie du chlore afin d'abaisser les concentrations de dichloramine et, finalement, réduire la formation de NDMA.
Cependant, les chercheurs ne savaient toujours pas avec quoi la dichloramine réagissait pour former de la NDMA jusqu'à il y a cinq ans, lorsque des chercheurs de Toronto ont découvert que certains produits pharmaceutiques, comme l'antiacide Zantac, peut former de la NDMA lorsqu'il est chloré dans des conditions semblables à celles des eaux usées. Ensuite, d'autres chercheurs ont commencé à étudier le mécanisme de formation à partir de produits chimiques de type Zantac.
"Ils ont décidé que c'était la monochloramine qui était responsable contrairement à plusieurs études pratiques montrant que la minimisation de la dichloramine dans les vraies eaux usées recyclées minimise la formation de NDMA, " a déclaré McCurry. "Ils sont arrivés à une mauvaise conclusion parce que la monochloramine et la dichloramine sont interconvertibles. Donc, expérimentalement, c'est assez difficile de les séparer."
Avec ça en tête, McCurry et son équipe ont soigneusement conçu leur expérience pour éviter les conversions entre les deux molécules en utilisant des doses beaucoup plus faibles. Puis, en appliquant systématiquement une gamme de doses de monochloramine et de dichloramine aux précurseurs pharmaceutiques, ils ont pu déterminer quelle molécule était à l'origine de la formation de NDMA.
Les résultats
Pour vérifier leur approche, ils ont d'abord utilisé une molécule précurseur avec une réaction bien connue, diméthylamine, et comparé leurs résultats expérimentaux à ceux d'un programme de modélisation informatique avant de tester les quatre autres précurseurs. Le modèle, qui n'inclut pas une réaction de la monochloramine et de la diméthylamine à la NDMA, correspondent à leurs résultats expérimentaux et prouvent que la formation de NDMA à partir de la monochloramine n'existe pas ou est sans importance.
"Notre article a montré que la dichloramine est responsable de la formation de NDMA à partir de ces précurseurs d'origine pharmaceutique. Et nous avons pu constater que vous obtenez de plus en plus de NDMA à mesure que vous augmentez la monochloramine, mais c'est juste à cause de la monochloramine qui passe à la dichloramine, " dit McCurry. " Alors, nos résultats de travaux de chimie fondamentale soutiennent l'observation pratique selon laquelle la minimisation de la dichloramine minimise la formation de NDMA."
Alors que leur étude confirme l'identité du composé responsable de la formation de la NDMA et incite les stations d'épuration à poursuivre la mise en œuvre de méthodes d'intervention, leur travail est loin d'être terminé. Shiyang Huang travaille actuellement sur un modèle qui montrera en détail le mécanisme complet de formation de la NDMA.
"Nos résultats sont basés sur des expériences de rendement de NDMA qui ne prennent en compte que les produits finaux des réactions. La voie exacte des précurseurs à la NDMA n'a pas encore été découverte, " a déclaré Shiyang Huang. " Comprendre le mécanisme complet nous donnerait plus d'informations pour expliquer quel facteur - pH, Température, d'autres produits chimiques - affecterait la formation de NDMA dans la pratique."
