L’Uranium est un composé naturel radioactif existant dans la croute terrestre. l’uranium-238 se décompose en radium 226 qui à son tour se décompose en radon-222, Même si le radon est initialement à l’état gazeux et a une durée de vie faible (3,8 jour de demi-vie), ces trois éléments sont des composés radioactifs que peuvent se retrouver dans l’eau.
Les concentrations élevées d’uranium dans l’eau peuvent entrainer les risques de cancer, des risques de malformation congénitales et pourrait affecter les fonctions rénales (toxicité).
La concentration maximale d’uranium dans l’eau potable fixée par l’EPA est de 30 microgramme pat litre. Santé Canada recommande un maximum de 20 microgramme/L et au Québec, la norme impose un maximum de 20 microgramme/L.
L’uranium existe sous les états d’oxydation +2, +3, +4, +5 et +6, mais les formes les plus stables sont les états d’oxydation +4 et +6. L’état d’oxydation +6 est la forme sous laquelle on retrouve le plus souvent l’uranium.
Dans l’eau et en présence d’oxygène, l’uranium se trouve surtout sous forme d’uranyle (UO2)2+. L’uranyle est stable à pH inférieur à 2,5. Toutefois, à pH plus élevé, ce qui est le cas des eaux naturelles, l’uranium est très réactif et se combine facilement avec différents complexes et particulièrement avec les anions dont : Cl–, SO42- et CO32-. À pH entre 6 et 8, l’uranyle forme des complexes stables avec les ions phosphates et carbonates. Avec les carbonates, on peut avoir des complexes du type :
- UO2(CO3)22−
- UO2(CO3)34−
- UO2(CO3)(OH)3−
On estime qu’à pH des pH plus élevés que ceux de l’eau naturelle plus de 8.5, l’uranium peut former des précipités colloïdaux. À des pH plus bas, 5.5 et moins, l’uranium forme des complexes cationiques ou neutres.
Aux pH de l’eau naturelle, notamment entre 6 et 8.5, la plupart des complexes de l’uranium sont négatifs. C’est sur la nature de ces complexes qu’il faut se baser pour définir une méthode de traitement de l’uranium dans l’eau naturelle.
Plusieurs technologies peuvent être utilisées pour traiter l’uranium : La coagulation, l’adoucissement à la chaux, les résines échangeuses d’ions et l’osmose inverse. Le tableau résume la capacité de traitement de l’uranium dans l’eau par différents procédés.
Tableau 1 : Résumé des méthodes permettant le traitement de l’uranium dans l’eau
Méthode de traitement | Pourcentage | Conditions |
Coagulation aux sels de fer | 80-85% | pH 6 – 10 |
Coagulation à l’alun | 90-95% | pH 10 |
Coagulation à l’alun | 80-85% | pH 6 |
Adoucissement à la chaux | 99 | pH 10.6 + ions Mg |
Résine cationique forme H | 90-95% | pH 3.5 |
Résine cationique Forme Na | 70-85% | pH inf= 7 |
Échange anionique | 99% | 10 000 à 50 000 volumes de lit |
Source : Sorg, T.J.: Removal of uranium from drinking water by conventional treatment methods. In: Radon, Radium and Uranium in drinking water (Eds. COTHERN, C.R. and REBERS, P.A). Chelsea (Michigan, USA): Lewis Publishers, 1991, p. 173-191.
L’osmose inverse n’est pas présenté, mais il permet d’enlever 95% et plus d’uranium dans l’eau.
L’alumine activée est aussi capable d’enlever l’uranium à plus de 90%.
La coagulation filtration avec les du sulfate de fer permet d’enlever 70–90% avec une dose de 3–7 mg/litre à pH entre pH 6 et pH 10. À pH entre 4 et 8, moins de 30% d’enlèvement est obtenu (WHO 2005).
La coagulation filtration avec les du sulfate d’aluminium permet d’enlever 95% avec une dose de 1,5– 4 mg/litre
À pH 10. Lorsque le pH est à 6, c’est 50 à 85% qui est enlevé. Ce taux baisse à moins de 40% à pH à pH 4 et 8 (WHO 2005).
L’uranium étant majoritairement négativement chargé dans l’eau naturelle, leS résines cationiques n’en permettent pas un traitement efficace. Toutefois, les résines cationiques opérées à pH acide (régénération de la résine cationique à l’acide), permettent un enlèvement de plus de 90% de l’uranium. Cette situation peut s’expliquer par une transformation des complexes carbonatés de l’uranium en uranyle qui devient un cation et peut ainsi être capté par la résine cationique. L’eau produite est acide.
L’une des meilleures technologies pour traiter l’uranium est la résine anionique.
L’uranium peut être traité aussi bien par les résines anioniques bases fortes de type 1 ou de type 2 dans les pH de l’eau naturelle et atteindre un enlèvement entre 90 et 100%. Le type 1 a tendance à produire une légère odeur, alors les gens préfèrent le type II.
Les résines anioniques fortes ont une affinité nettement plus forte (au moins 100 fois) plus forte pour les complexes carbonatés de l’uranium que pour les autres anions comme les carbonates et les sulfates. L’ordre suivant a été rapporté :
Uranium/Perchlorate >> Sulfate/Chrome> Sélénium / Arsénate > Nitrate > Chlorure > Bicarbonate > Fluorure.
L’élément compétiteur est donc le sulfate. Le sulfate étant régulièrement présent dans l’eau, pour maintenir ce haut taux de d’affinité pour l’uranium, il est nécessaire de régénérer la résine avec une forte concentration de chlorure de sodium. Généralement 10 à 18 lb /pi3 de sel par résine. À 15 lb/Pi3, la capacité de la résine est estimée à 18 000 grains/Pi3
Les résines anioniques ne sont pas efficaces à bas pH ( l’uranium a tendance à former des espèces cationiques ou neutres). Toutefois, certains essais rapportent l’enlèvement de 95% à pH 5,6, mais ce taux chute à 50% à pH 4.3.
Les résines anioniques ne sont pas non plus efficaces aux pH élevés. Au dela de 9, tendance à former des précipités.
RÉFÉRENCES
Uranium removal by Ion exchange, Frank DeSilva
http://www.wqpmag.com/sites/wqpmag.com/files/p26%20wqp.pdf
http://www.wqpmag.com/uranium-removal-ion-exchange
Envrionmental chemistry of Uranium
http://heja.szif.hu/ENV/ENV-081221-A/env081221a.pdf
Radon in Water and soil
http://www.water-research.net/index.php/radon
Uranium Fact sheet: https://www.wqa.org/Portals/0/Technical/Technical%20Fact%20Sheets/2014_Uranium.pdf
Uranium in Drinking-water, WHO 2005
http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/chemicals/uranium290605.pdf