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Mar 08, 2023

Les restrictions et les contaminants émergents ajoutent aux défis du traitement de l'eau AZ

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Publié: 18 mai 2023

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Surveiller, tester et nettoyer l'eau potable de l'Arizona est une tâche gargantuesque. Le département de la qualité de l'environnement de l'Arizona (ADEQ) réglemente 1 500 systèmes d'eau à travers l'État, d'un réseau aussi vaste que le réseau municipal de Phoenix à un réseau aussi petit qu'une station-service du comté de Mohave.

"Notre responsabilité est de nous assurer que ces systèmes d'eau prélèvent régulièrement des échantillons de contaminants dans l'eau", a déclaré Trevor Baggiore, directeur de la Division de la qualité de l'eau de l'ADEQ.

Cette division aide à garantir que les systèmes d'eau publics respectent les normes d'eau potable sûre de l'EPA pour environ 90 microbes, produits chimiques et particules radiologiques. Mais l'EPA ne peut pas établir de normes tant que la recherche n'est pas terminée - si c'est le cas.

"La science autour des contaminants émergents évolue continuellement", a déclaré Baggiore.

Alors, le traitement de l'eau en Arizona pourrait-il faire face aux contaminants émergents ?

Treavor Boyer, professeur à l'École d'ingénierie durable et de l'environnement bâti de l'ASU, et directeur du programme pour le diplôme d'ingénierie environnementale de l'école, a des doutes.

"Il n'est pas vraiment conçu pour éliminer les solides dissous totaux; pas conçu pour éliminer des choses comme le nitrate; pas conçu pour éliminer les produits pharmaceutiques; pas conçu pour éliminer les PFAS", a-t-il déclaré, faisant référence aux substances per- et polyfluoroalkyles, les "produits chimiques éternels" synthétiques utilisés dans de nombreux produits antiadhésifs, résistants aux taches et résistants à l'eau.

Autrement dit : le traitement et la détection seront toujours à la traîne de l'industrie, et il faudra peut-être des années pour saisir l'impact de ce que les plantes n'éliminent pas.

Et les usines de traitement de l'eau font déjà face à plus qu'assez de contaminants.

Un coup d'œil dans l'une des nombreuses salles de surveillance de l'usine de traitement de l'eau de la 24e rue révèle des tableaux, des graphiques et des flux de caméra couvrant tout, de l'équilibre chimique aux conditions météorologiques, en passant par la sécurité et les débordements et inondations potentiels.

Le hub central de surveillance de l'usine s'appelle la salle des opérateurs. Celui de la 24e rue possède tout le nécessaire : des éviers d'échantillonnage, des outils de test et des poissons rouges.

"Nous avons en fait des poissons rouges dans l'eau brute qui nous alerteraient s'il y avait une sorte de contamination ou quoi que ce soit dans le canal", a déclaré le superviseur de l'installation d'eau Jeremy Smithson, qui a emmené les journalistes de KJZZ News visiter l'usine.

Les poissons rouges sont des canaris de mine de charbon idéaux pour détecter la contamination, d'autant plus qu'ils peuvent survivre dans l'eau chargée de sédiments provenant de fortes précipitations, de la fonte des neiges ou des incendies de forêt. De tels événements affectent souvent les rivières Salt et Verde qui alimentent cette plante.

Les rivières sont les grands collecteurs : le limon et le sol, les cendres et les algues, les microbes et la boue, ainsi que les produits chimiques dangereux et les retardateurs de feu les chargent, provoquant une nébulosité ou une turbidité, que les scientifiques mesurent en NTU (unités de turbidité néphélométrique - une mesure de la lumière diffusée par les particules dans un échantillon).

Lors d'événements de pointe comme les incendies de forêt et les inondations, les turbidités entrant dans l'usine ont atteint environ 4 000 NTU. À titre de comparaison, tout ce qui dépasse 100 NTU est très élevé et, s'il persiste trop longtemps, peut poser des risques graves pour la vie des lacs et des rivières. Les normes de l'EPA exigent que l'eau traitée atteigne bien en dessous de 1 NTU.

La turbidité interfère également avec les processus de traitement de l'eau, de sorte que les plantes offrent des encouragements chimiques pour l'évacuer : dans ce cas, le chlorure ferrique et le polymère coagulant C-308. Les polymères sont de longues chaînes répétées de molécules qui, entre autres, structurent les brins fibreux, de la soie à la cellulose.

"Le chlorure ferrique, qui va s'attacher à toutes les matières organiques ou à la saleté, puis le type de polymère arrive comme une toile d'araignée géante, emprisonne tout cela et aide à le régler", a déclaré Smithson.

La plupart des traitements des eaux souterraines sautent cette étape car les puits contiennent principalement des substances dissoutes, comme le sucre dans le café, plutôt qu'en suspension, comme des fruits dans un smoothie.

"Donc, vous voulez sélectionner différents processus, car les eaux souterraines et les eaux de surface sont différentes", a déclaré Boyer. "Et puis les règles de l'EPA et les règles de l'État traitent également les eaux souterraines et les eaux de surface différemment."

La richesse minérale de l'Arizona remplissait ses coffres et revêtait sa capitale de cuivre. Mais il peut également lixivier de l'arsenic ou de l'uranium dans les eaux souterraines, qui sont également plus susceptibles de contenir des PFAS.

"En raison de la façon dont le produit chimique est utilisé à la surface de la terre, vous le voyez apparaître dans les eaux souterraines à de nombreux endroits dans tout l'État", a déclaré Boyer.

Un problème plus courant pour les eaux souterraines est la dureté causée par le calcium et le magnésium.

Qu'il s'agisse d'eau souterraine ou de surface, les plantes l'adoucissent généralement avant de la traiter ou de l'envoyer aux clients.

"Si nous utilisons de l'eau potable ordinaire, la caustique commencera à réagir avec cette eau naturelle", a déclaré Smithson.

"Caustique" est un surnom pour lessive ou hydroxyde de sodium. Lye n'est pas seulement pour faire du savon et des bretzels; il peut aider à coaguler les particules et stimuler la désinfection au chlore en équilibrant le pH de l'eau. Une acidité ou une alcalinité déséquilibrée peut affecter l'apparence, le goût et l'odeur de l'eau et peut endommager les tuyaux.

Le personnel de l'usine utilise aussi parfois de la chaux pour équilibrer le pH, ce qui ne devrait pas surprendre les jardiniers.

S'il semble que le traitement de l'eau implique de déverser des tonnes de choses effrayantes pour en extraire d'autres choses effrayantes, c'est le cas. Mais les usines sont très réglementées et étroitement surveillées. Les chimistes vérifient les produits chimiques, le carbone organique et d'autres facteurs qui peuvent affecter les opérations ou nuire à la santé.

"Nous testons l'eau brute qui arrive du canal ; nous la testons à différents points d'échantillonnage dans l'usine ; puis le produit final qui sort", a déclaré Kelly Smith, chimiste à l'usine de la 24e rue.

En fin de compte, ce qui entre doit sortir, bien que les plantes diffèrent dans les méthodes et les technologies qu'elles utilisent. À Deer Valley, la pression force l'eau à travers les filtres à sable, où les collisions, les diffusions et les attractions électromagnétiques font que les particules adhèrent aux grains de sable.

Ces usines ont un encombrement réduit et une plus grande vitesse. Mais Smithson dit que la rapidité va dans les deux sens : quand quelque chose ne va pas, cela laisse moins de temps pour réagir.

"Celui-ci est un processus très sensible; vous pouvez perdre des choses très rapidement, car tout est destiné à accélérer très rapidement et à vous amener plus rapidement au produit final", a-t-il déclaré.

En comparaison, l'usine de la 24e rue est assez à l'épreuve des balles : une décantation lente, alimentée par gravité, se déroule sur une chaîne de réservoirs inclinés équipés de râteaux collecteurs submergés, qui guident les boues dans les puisards. Bien sûr, il y a un compromis : un flux aussi languissant laisse suffisamment de temps aux algues pour se développer pendant la saison chaude. La plante le combat avec du sulfate de cuivre, un herbicide courant.

"Nous commençons généralement vers le 1er avril jusqu'à la fin octobre", a déclaré Smithson. "Cela garde vraiment nos filtres propres."

Les solides retirés passent à travers une centrifugeuse - un cycle de rotation sur les stéroïdes qui élimine l'eau restante - puis sont transportés par camion vers la décharge de la State Route 85 près de Buckeye. Smithson dit que c'est loin d'être il y a quelques décennies, lorsque les usines n'avaient pas de réservoirs de boues et détenaient à la place des permis du système national d'élimination des rejets de polluants (NPDES) qui leur permettaient de rejeter les solides dans le canal.

Smithson dit que les produits chimiques toxiques et les déchets dangereux n'atteignent que rarement l'usine. Lorsqu'ils le font, c'est généralement via un déversement qui s'écoule des rues et des quartiers dans le canal de dérivation du canal de l'Arizona, qui capte également le ruissellement des crues éclair des autoroutes de Phoenix.

"Nous le capturons, et nous avons un entrepreneur tiers qui vient le jeter dans une installation d'élimination pour nous", a déclaré Smithson.

Ailleurs, l'eau claire passe à travers des filtres à charbon, qui peuvent éliminer les odeurs, les mauvais goûts, les pesticides, les herbicides et certains polluants industriels. Il est possible que les filtres piègent les PFAS à longue chaîne, mais les molécules à chaîne courte pourraient toujours passer à travers.

"Ceux-ci sont moins efficacement absorbés. Cela signifie donc que votre lit de charbon actif devra être remplacé plus souvent", a déclaré Boyer.

Ces lits filtrants coûtent des dizaines à des centaines de milliers de dollars. Une approche moins chère et plus écologique consiste à les régénérer en éliminant les contaminants et en réactivant le carbone. Quoi qu'il en soit, il s'agit d'un processus perturbateur au sein d'un système interconnecté qui nécessite déjà, sinon un chronométrage de montre suisse, du moins une chorégraphie de danse carrée.

"Si vous ne suivez pas les processus, vous pouvez facilement sauvegarder une usine", a déclaré Smithson.

Après la sédimentation vient la désinfection au dioxyde de chlore, qui tue les virus et les parasites. Giardia, un parasite trouvé dans le sol, la nourriture et l'eau contaminés par des matières fécales, est une proie facile; mais un autre parasite, le cryptosporidium, résiste au chlore et nécessite une approche à plusieurs volets et des mesures plus fortes comme l'ozone ou la lumière UV.

D'autres techniques de désinfection utilisées par les plantes comprennent le peroxyde d'hydrogène et la lumière UV, ainsi que les membranes et l'osmose inverse.

Tous ont leurs avantages et leurs inconvénients, leurs coûts et leur usure. Smithson a déclaré qu'il avait du mal à faire comprendre ce point aux supérieurs qui poussent à dépasser les normes de conformité.

"La conformité sera toujours numéro un, mais à quel prix ?" il a dit. "Tant que vous respectez la conformité, nous n'avons pas besoin d'encourager la conformité pour l'améliorer encore, si nous nuisons à l'usine."

Mais Smithson dit que le traitement de l'eau de Phoenix rencontre également des problèmes avec le personnel de niveau inférieur : ils ne peuvent pas en embaucher suffisamment.

"Toutes les villes ont du mal à embaucher des gens. Plus personne ne veut être opérateur", a-t-il déclaré. "Et c'est le meilleur travail que vous pourriez jamais demander. Vous êtes formé, vous entrez à l'intérieur ou vous travaillez sur de l'équipement ici. Vous savez, vous ne serez jamais sans emploi."

L'exploitation des systèmes d'eau pompe l'eau traitée vers le système de distribution qui, grâce au pipeline de sécheresse dont la mise en service est prévue le 1er juin, fournira bientôt de l'eau SRP à North Phoenix pour la première fois. La zone reçoit normalement de l'eau CAP provenant du fleuve Colorado, souvent contesté.

"C'est une sorte de sauvegarde au cas où, nos crédits d'eau, nous n'en aurons pas assez", a déclaré Smithson. "Et cela nous donne plus de flexibilité pour transférer de l'eau."

Les autorités n'ont pas encore apporté de réponses aussi audacieuses aux contaminants émergents tels que les microplastiques - de minuscules débris de plastique de moins de 5,0 mm de long (0,2 pouces). Les microplastiques proviennent de choses comme les tissus synthétiques et les exfoliants à microbilles.

Baggiore dit qu'il s'agit "plus d'un problème d'eau de surface" que d'eau souterraine.

"Les systèmes d'approvisionnement en eau qui utilisent les eaux de surface sont pour la plupart assez sophistiqués - la ville de Phoenix, la ville de Tucson - et ils connaissent et ont surveillé bon nombre de ces types de microplastiques ou d'autres contaminants émergents", a-t-il déclaré.

Mais Troy Hayes, directeur des services d'eau de la ville de Phoenix, dit qu'ils ne les testent pas actuellement car ils ne sont actuellement pas réglementés et parce que les rivières Salt et Verde "ne sont sous l'influence d'aucun flux industriel ou d'eaux usées".

Pourtant, les microplastiques abondent dans les océans et les lacs, et même le peu d'études qui ont examiné le problème jusqu'à présent ont détecté les contaminants dans le sol et les eaux souterraines.

"Tous les produits chimiques qui quittent notre maison et les bâtiments commerciaux et institutionnels se retrouvent également dans l'approvisionnement en eau", a déclaré Boyer.

Certaines technologies actuelles pourraient déjà éliminer certains microplastiques et produits pharmaceutiques ; on ne sait pas, car les personnels concernés manquent de moyens, de méthodes et peut-être de motivation pour se poser la question.

En vertu de la règle de surveillance des contaminants non réglementés (UCMR), l'EPA peut demander à l'ADEQ d'exiger que les systèmes d'eau publics surveillent certaines substances non réglementées, y compris les PFAS. Hayes dit que Phoenix n'a détecté aucun PFAS répertorié dans les deux UCMR les plus récents.

Mais Baggiore dit que l'UCMR3 n'a répertorié que six PFAS, et les experts ne peuvent actuellement mesurer qu'environ 27 composés PFAS. De plus, les normes de l'EPA actuellement à l'étude placent les limites des PFAS près de l'extrémité inférieure de ce que les tests peuvent détecter.

"Il n'y a pas de méthodes pour mesurer les autres contaminants qui existent. Et il y a donc des techniques spéciales qui doivent être utilisées, que l'EPA et l'Arizona, dans une mesure plus limitée, explorent", a déclaré Baggiore.

Pour l'instant, l'un des meilleurs moyens de garder les produits pharmaceutiques hors de l'eau est de les éliminer correctement, via des programmes de reprise, des programmes de retour par la poste ou l'élimination des déchets ménagers dangereux.

Pendant ce temps, l'ignorance pourrait être un luxe que l'Arizona ne peut plus se permettre, si les eaux usées contournent enfin le coude en U et s'écoulent du flux de déchets vers le SodaStream.

"Dans le passé, nous gardions simplement l'eau potable dans une boîte et les eaux usées dans une autre boîte, mais ils sont vraiment très connectés", a déclaré Boyer.

Alors que les restrictions d'eau se sont resserrées, la consommation des toilettes au robinet - rebaptisée par les autorités "réutilisation directe de l'eau potable" (DPR) - est passée d'un problème NIMBY désagréable à une option sérieuse.

"Il s'agit d'un approvisionnement qui est actuellement déversé dans la rivière Salt, qui pourrait potentiellement être envoyé vers une installation de purification d'eau avancée pour être traité et éventuellement remis en eau potable", a déclaré Hayes lors d'un panel sur l'eau organisé par KJZZ.

Hayes a déclaré qu'une telle décision pourrait fournir jusqu'à 60 millions de gallons par jour, contre 125 millions de gallons d'eau du fleuve Colorado qui atteint les robinets quotidiennement.

En 2022, la législature de l'Arizona a chargé l'ADEQ de terminer sa réglementation DPR. Après une période de consultation publique imminente et un examen par le Conseil d'examen de la réglementation du gouverneur, ils visent à ce que les règles entrent en vigueur d'ici juillet prochain. Des États comme la Californie, le Colorado et le Texas vont déjà de l'avant avec des plans similaires.

Hayes dit que le rythme alarmant du changement climatique nous force la main.

"Cela va à un rythme plus rapide que ce à quoi je m'attendais, et j'espère donc que tout le monde le comprendra et prendra les décisions appropriées pour pouvoir réagir assez rapidement", a-t-il déclaré.

En fin de compte — rivière ou puits, affluent ou effluent, c'est une seule eau. À moins de meilleures réponses et d'actions prudentes mais courageuses, cette "rivière ronde" - pour emprunter un terme à l'écologiste Aldo Leopold - pourrait faire de l'infrastructure hydraulique de l'Arizona un peu comme certains rapides de classe VI : dangereux, encombrés et souvent inexécutables.