Reactivity at (nano)particle-water interfaces, redox processes, and arsenic transport in the environment

Massive deleterious impacts to human health are resulting from the use of arsenic-bearing groundwaters in South-East Asia deltas and elsewhere in the world for drinking, cooking and/or irrigation. In Bangladesh alone, a fifth of all deaths are linked to arsenicosis. In the natural and engineered subsurface environment, the fate of arsenic is, to a large extent, controlled by redox potential, pH, as well as total iron, sulfur and carbonate content, via sorption and coprecipitation on a variety of natural and engineered (nano)particles. In the present article, we address: (1) new insights in the sorption mechanisms of As on Fe(II) and Fe(III) nanophases recognized to play an important role in the microbial cycling of As and Fe; (2) artifacts often encountered in field and laboratory studies of As speciation due to the extreme redox sensitivity of the Fe-As-O-H phases; and (3) as a conclusion, the implications for water treatment. Indeed the specific reactivity of nanoparticles accounts not only for the As bioavailability within soils and aquifers, but also opens new avenues in water treatment.

RésuméL’utilisation dans les deltas du Sud-Est asiatique, et ailleurs dans le monde, d’eaux souterraines contaminées à l’arsenic pour boire, cuisiner et irriguer conduit à empoisonnement à grande échelle des populations locales. Pour le seul Bangladesh, un cinquième des décès serait lié à un empoisonnement à l’arsenic. Le devenir de l’arsenic dans les milieux souterrains naturels ou d’ingénierie est contrôlé par le pH, le potentiel d’oxydo-réduction et les teneurs en fer, soufre et carbonate de l’eau, par le biais de phénomènes d’adsorption et de coprécipitation à la surface de (nano)particules, tant naturelles que de synthèse. Dans cet article, nous discutons : (1) de nouveaux mécanismes d’adsorption de l’arsenic à la surface de ces nanoparticules, comme celles riches en Fe(II) et Fe(III) qui jouent un grand rôle dans le cycle biogéochimique du fer et de l’arsenic ; (2) des artefacts souvent rencontrés dans de telles études de laboratoire et de terrain, qui sont dues à l’extrême réactivité redox des systèmes Fe-As-O-H ; et (3) des implications quant au traitement de l’eau. En effet, la réactivité spécifique des nanoparticules non seulement rend compte de la biodispoonibilité de l’arsenic dans les sols et les aquifères, mais elle ouvre aussi de nouvelles perspectives dans l’ingénierie du traitement de l’eau.