Rôle des colloïdes dans la spéciation physique des métaux dans un panache majeur de dispersion d’eaux usées municipales Role of colloids in the physical speciation of metals in the dispersion plume of a major municipal effluent

Résumé

La spéciation physique des métaux rejetés par les effluents d’eaux usées municipales est fortement influencée par les conditions physico-chimiques des eaux réceptrices. Les zones de rejet d’effluents municipaux sont des milieux riches en matières organiques où les métaux sont susceptibles d’être fortement complexés et où la présence de colloïdes peut modifier la bioaccumulation et la biodisponibilité des métaux. La distribution de métaux (Al, Cd, Cu, Fe, Mn, Ag et Zn) a été déterminée dans les fractions dissoute (< 0,45 µm), colloïdale (< 0,45 µm et > 10 kDa) et perméable (ultrafiltrée < 10 kDa) à différents sites le long du panache de dispersion de l’effluent municipal majeur de la ville de Montréal. Les concentrations de métaux sous formes colloïdale et perméable sont généralement élevées près du point de rejet de l’effluent étudié. À cause du type de traitement des eaux usées utilisé par la ville de Montréal, ce rejet est une source importante de fer et plus de 70 % du fer dissous se retrouve sous forme colloïdale. Parmi les métaux traces étudiés, l’Ag, suivi du Cu, étaient les plus fortement associés aux colloïdes près du point de rejet de l’effluent. Les colloïdes, présents dans la phase dite dissoute ou filtrable, peuvent influencer différemment le transport et le devenir des métaux rejetés. La proportion colloïdale diminue toutefois rapidement comparativement à celle perméable lors du mélange des eaux usées avec les eaux réceptrices, ce qui semble indiquer que cette fraction a une importance limitée dans le transport à longue distance des métaux provenant de l’effluent. Les résultats de cette étude précisent le rôle des colloïdes dans le devenir géochimique des métaux lors du mélange des eaux usées de l’effluent avec les eaux réceptrices. L’étude souligne donc l’importance d’évaluer la spéciation physique des métaux dans une étude d’impact environnemental d’une zone de rejet urbain.

Mot-clés:

• métal,
• colloïde,
• perméable,
• devenir,
• eaux réceptrices,
• eaux usées municipales,
• ultrafiltration,
• taille

Abstract

The physical speciation of metals contained in municipal effluents is significantly influenced by the physical and chemical conditions of the receiving water. Waters in the immediate area of an effluent outfall are rich in organic matter; metals are largely complexed and the abundance of colloids can modify metal bioavailability and bioaccumulation. The distributions of aluminum (Al), cadmium (Cd), copper (Cu), iron (Fe), manganese (Mn), silver (Ag) and zinc (Zn) were determined in the dissolved (< 0.45 µm), colloidal (< 0.45 µm and > 10 kDa) and permeable fractions (ultrafiltered < 10 kDa) at different points within the dispersion plume of the major effluent from the Montreal treatment plant. Concentrations of colloidal and permeable metals were typically high near the effluent outfall. Because of the treatment process used by the City of Montreal, this effluent is a major source of Fe and more than 70% of dissolved Fe is present in colloidal form. Of the metals studied, Ag was most associated with colloids near the outfall, followed by Cu. Colloids found in the so-called dissolved or filterable phase can influence the transport and fate of discharged metals in different ways. The colloidal proportion, however, declines rapidly during the mixing of wastewater with receiving water, which seems to suggest that this fraction, by its lower abundance, could have limited influence on the long-range transport of metals released by the effluent. Our results provide information on the role of colloids in determining the geochemical fate of metals contained in wastewater once they are released to the receiving environment. The study highlights the importance of physical speciation in the assessment of the environmental impact of urban effluents on discharge areas.

Key words:

• metal,
• colloid,
• permeable,
• fate,
• receiving waters,
• municipal wastewaters,
• ultrafiltration,
• size