Des chercheurs de l’Université Oxford Brookes ont mis au point une méthode innovante pour lutter contre l’une des menaces environnementales les plus persistantes au monde : les produits chimiques toxiques présents dans les réserves d’eau mondiales.
Ils ont développé une nouvelle machine appelée réacteur hydrodynamique qui utilise des bulles qui se forment et s’effondrent en raison des changements de pression, un processus appelé cavitation. Le réacteur élimine les substances toxiques per- et poly-fluoroalkyles (PFAS), également connues sous le nom de « produits chimiques éternels » de l’eau. Le papier est publié dans le Journal de génie chimique.
Les produits chimiques PFAS ont été inventés dans les années 1930 et utilisés dans des produits de commodité tels que des vêtements imperméables, des boîtes à pizza, des poêles antiadhésives et des tapis résistants aux taches. Des inquiétudes ont été soulevées quant à la toxicité de ces produits chimiques dans les années 1970 et confirmées par les scientifiques au début des années 2000. Il s’est avéré qu’ils constituent un danger pour la santé et ont infiltré les réserves d’eau du monde entier. Les produits chimiques sont associés à des maladies telles que la colite ulcéreuse, les problèmes de thyroïde, un taux de cholestérol élevé, des lésions hépatiques et le cancer.
L’élimination des produits chimiques PFAS des sources d’eau est un défi mondial. Ils sont rejetés dans les sources d’eau par les eaux usées industrielles, les décharges contenant des produits contaminés, les eaux usées domestiques, les eaux usées et les ruissellements agricoles.
Le professeur Iakovos Tzanakis, spécialisé dans les matériaux d’ingénierie à Oxford Brookes et l’un des principaux chercheurs, a déclaré : « Une fois que l’eau contaminée est rejetée dans les rivières, les lacs et les mers, elle finit par s’infiltrer dans nos réserves d’eau publiques, y compris notre eau potable domestique. Le défi a été de trouver un moyen de traiter efficacement l’eau pour éliminer les produits chimiques PFAS de manière durable et à grande échelle. »
Au Royaume-Uni, la Royal Society of Chemists a lancé un campagne pour réduire les niveaux de PFAS dans nos approvisionnements en eau. L’UE prévoit de restreindre l’utilisation de produits chimiques PFAS avec de nouvelles règles introduites en 2024. Aux États-Unis, des niveaux de PFAS légalement applicables ont également été établis pour protéger la sécurité publique.
Le professeur Tzanakis a déclaré : « Jusqu’à présent, les méthodes d’élimination des PFAS de l’eau étaient coûteuses et longues, utilisant des produits chimiques et limitées à l’échelle du laboratoire. Mais les recherches que j’ai menées avec mon collègue le Dr Morteza Ghorbani ont identifié une solution potentielle. »
Le professeur Tzanakis et le Dr Ghorbani, membre de la Royal Society-Newton à Oxford Brookes, ont collaboré avec l’Université Sabanci (Turquie), le fabricant d’appareils électroménagers Beko (Turquie), l’Institut royal de technologie KTH (Suède) et l’Institut suédois de recherche environnementale IVL pour développer et tester le réacteur de cavitation hydrodynamique.
Le réacteur utilise un liquide se déplaçant rapidement dans des espaces minuscules pour créer et faire éclater de nombreuses petites bulles, un processus qui aide à nettoyer l’eau.
Le professeur Tzanakis a déclaré : « Cette technologie a le potentiel de révolutionner le traitement des eaux usées, en le rendant plus sûr et plus durable pour les communautés du monde entier. Les progrès de la cavitation hydrodynamique verte offrent une alternative évolutive aux méthodes actuelles, surmontant ses limites.
Lorsque le réacteur à cavitation hydrodynamique, respectueux de l’environnement et économe en énergie, a été testé dans la station d’épuration des eaux usées de Hammarby Sjöstad en Suède, les résultats ont été bien meilleurs que prévu.
Le réacteur a atteint un taux de dégradation de près de 36 % de 11 variantes courantes de PFAS en seulement 30 minutes et n’a pas eu besoin de produits chimiques supplémentaires.
Le Dr Ghorbani, qui est également affilié à l’Université Sabanci, a déclaré : « Les résultats ont été impressionnants. Nous ne nous attendions pas à un tel niveau de traitement des PFAS en si peu de temps. Nous explorons maintenant en profondeur les mécanismes fondamentaux d’élimination des PFAS. à l’Université d’Oxford Brookes pour mieux contrôler et optimiser le processus.
« Notre prochaine étape consiste à augmenter notre réacteur pour traiter de plus grands volumes d’eaux usées contenant des PFAS. Nous visons à traiter des volumes d’eaux usées contenant des PFAS allant jusqu’à 20 litres. Le réacteur correspondant a déjà été construit. Après cela, notre objectif est de traiter des volumes jusqu’à 200 litres dans une station d’épuration en Suède.
« Notre objectif est de renforcer cette approche prometteuse en dévoilant la physique complexe qui régit la technologie grâce à l’utilisation de divers réacteurs dans différents pays. Nous voulons nous assurer que cette technologie est prête pour le traitement réel des eaux usées dans un avenir proche et comme prévu par l’UE 2035. où tous les déchets contenant des PFAS doivent être traités.
Plus d’informations :
Farzad Rokhsar Talabazar et al, Élimination des substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS) des eaux usées à l’aide du concept de cavitation hydrodynamique sur puce, Journal de génie chimique (2024). DOI : 10.1016/j.cej.2024.153573