Revue sur l’état actuel des connaissances des procédés utilisés pour l’élimination des cyanobactéries et cyanotoxines lors de la potabilisation des eaux

Les toxines cyanobactériennes sont des contaminants importants des écosystèmes aquatiques et constituent un risque pour la santé humaine. Les cyanobactéries peuvent libérer des toxines dans l’eau, particulièrement lors de la lyse des cellules qui se produit souvent au moment de leur passage à travers la filière conventionnelle de potabilisation des eaux. Dans cet article de revue de la littérature, les normes sur la qualité de l’eau concernant les toxines ainsi que les principales méthodes de détection des toxines sont d’abord présentées. Les méthodes d’élimination des cyanobactéries et des cyanotoxines sont ensuite décrites et leur performance discutée. Les procédés conventionnels présentés sont la coagulation/floculation, la clarification, la filtration sur sable, l’utilisation du charbon actif ainsi que l’oxydation chimique par chloration ou par le permanganate de potassium. Les méthodes alternatives présentement en développement pour optimiser les systèmes actuels de potabilisation des eaux ou remplacer les technologies conventionnelles trop peu efficaces pour l’élimination des polluants émergents (par ex., les procédés d’oxydation avancée et la filtration membranaire) sont également présentées. Des procédés conventionnels tels que la chloration peuvent s’avérer inadéquats, notamment par leur manque de fiabilité pour l’oxydation des cyanotoxines et par le risque encouru suite à la formation de sous-produits toxiques (par ex., les organochlorés). Des méthodes alternatives telles que la combinaison d’ozone et de peroxyde d’hydrogène permettent une oxydation fiable des cyanotoxines en assurant un effet rémanent à la sortie du contacteur. Ce type de traitement peut être facilement mis en oeuvre dans les usines de potabilisation des eaux possédant déjà une unité d’ozonation. L’utilisation du charbon actif, notamment sous forme de poudre, peut être efficace lors de contaminations ponctuelles par les fleurs d’eau de cyanobactéries. Ce document fait ainsi une synthèse de ces procédés chimiques, physiques ou physico-chimiques contribuant à l’élimination des cyanotoxines et des cyanobactéries lors de la potabilisation des eaux.Cyanobacterial toxins are important contaminants of aquatic ecosystems and present a risk for human health. Cyanobacteria can release toxins in water, particularly following cell lysis, which often happens during their passage through a conventional water treatment plant. In this literature review, water quality guidelines for the elimination of cyanotoxins and major detection methods of cyanotoxins are briefly presented. The processes used for cyanobacteria and cyanotoxin removal from drinking water are then reviewed and their performance discussed. The conventional methods presented are: coagulation/flocculation, clarification, sand filtration, activated carbon and chemical oxidation with chlorination or potassium permanganate. Alternative methods that are presently developed to enhance existing treatment plants or to replace conventional technologies that are less effective in removing emergent pollutants (e.g., advanced oxidation processes and membrane filtration) are also presented. Conventional methods such as chlorination can be inappropriate, notably because of their inability to fully oxidize cyanotoxins and the associated risk of formation of toxic by-products (e.g., organochlorinated compounds). Alternative methods such as the combination of ozone and hydrogen peroxide are more reliable to eliminate cyanotoxins, with a residual effect downstream from the treatment contactor. In addition, this type of treatment can be easily implemented in water treatment plants that are already using ozonation. The use of activated carbon, notably in the form of powder, can be efficient in the case of point contamination by cyanobacterial blooms. This document aims to synthesize these chemical, physical and physico-chemical methods to eliminate cyanotoxins and cyanobacteria during the treatment of drinking water

Winter accumulation of methane and its variable timing of release from thermokarst lakes in subarctic peatlands.

Previous studies of thermokarst lakes have drawn attention to the potential for accumulationof CH4under the ice and its subsequent release in spring; however, such observations have not beenavailable for thermokarst waters in carbon‐rich peatlands. Here we undertook a winter profiling of fiveblack‐water lakes located on eroding permafrost peatlands in subarctic Quebec for comparison with summerprofiles and used a 2‐year data set of automated water temperature, conductivity, and oxygenmeasurements to evaluate how the annual mixing dynamics may affect the venting of greenhouse gases tothe atmosphere. All of the sampled lakes contained large amounts of dissolved CH4under their winter icecover. These sub‐ice concentrations were up to 5 orders of magnitude above air equilibrium (i.e., theexpected concentration in lake water equilibrated with the atmosphere), resulting in calculated emissionrates at ice breakup that would be 1–2 orders of magnitude higher than midsummer averages. The amount ofCO2dissolved in the water column was reduced in winter, and the estimated ratio of potential diffusive CO2to CH4emission in spring was half the measured summer ratio, suggesting a seasonal shift inmethanogenesis and bacterial activity. All surface lake ice contained bubbles of CH4and CO2, but thisamounted to <5% of the total amount of the dissolved CH4and CO2in the corresponding lake water column.The continuous logging records suggested that lake morphometry may play a role in controlling the timingand extent of CH4and CO2release from the water column to the atmosphere

Dissolved organic matter photolysis in Canadian arctic thaw ponds.

The abundant thaw lakes and ponds in the circumarctic receive a new pool of organic carbon as permafrost peat soils degrade, which can be exposed to significant irradiance that potentially increases as climate warms and ice cover shortens. Exposure to sunlight is known to accelerate the transformation of dissolved organic matter (DOM) into molecules that can be more readily used by microbes. We sampled the water from two common classes of ponds found in the ice-wedge system of continuous permafrost regions of Canada, polygonal and runnel ponds, and followed the transformation of DOM over 12 days by looking at dissolved organic carbon (DOC) concentration and DOM absorption and fluorescence properties. The results indicate a relatively fast decay of color (3.4 and 1.6% loss d(-1) of absorption at 320 nm for the polygonal and runnel pond, respectively) and fluorescence (6.1 and 8.3% loss d(-1) of total fluorescent components, respectively) at the pond surface, faster in the case of humic-like components, but insignificant losses of DOC over the observed period. This result indicates that direct DOM mineralization (photochemical production of CO2) is apparently minor in thaw ponds compared to the photochemical transformation of DOM into less chromophoric and likely more labile molecules with a greater potential for microbial mineralization. Therefore, DOM photolysis in arctic thaw ponds can be considered as a catalytic mechanism, accelerating the microbial turnover of mobilized organic matter from thawing permafrost and the production of greenhouse gases, especially in the most shallow ponds. Under a warming climate, this mechanism will intensify as summers lengthen

Développement d’outils de détection des fleurs d’eau d’algues sur les lacs du Québec méridional.

L’occurrence des fleurs d’eau d’algues (FEA) est devenue une préoccupation croissante pour la société, surtout lorsqu'elles sont dominées par les cyanobactéries toxiques. Notre groupe développe une méthode pour étudier la dynamique spatio-temporelle des FEA et identifier les facteurs environnementaux et météorologiques qui les régissent. La télédétection est déjà utilisée pour générer une cartographie des FEA sur les lacs du Québec méridional à l'aide du satellite MODIS, qui fournit des images quotidiennes et gratuites permettant de représenter la distribution et l'intensité des FEA sur un plan d'eau avec une résolution de 250 m2. La nouvelle technologie des drones hyperspectraux sera utilisée pour définir spatialement les FEA et distinguer les différents groupes d'algues incluant les cyanobactéries. Une banque de signatures spectrales sera générée à l'aide de cultures d'algues. Nous ferons ensuite le quadrillage de quelques lacs touchés par différentes intensités et compositions de FEA à l'aide du senseur installé sur le drone. Pour valider ces résultats, en plus de l'échantillonnage d'eau conventionnel (chlorophylle-a, taxonomie), des sondes de fluorescence EXO de YSI sont utilisées pour estimer la biomasse du phytoplancton et des cyanobactéries. Ces sondes multiparamétriques mesurent également la turbidité et la matière organique dissoute pouvant interférer sur les estimations de la biomasse. Les données recueillies par une sonde mobile servent à calibrer un algorithme d’estimation utilisant les données du drone avec une haute résolution spatiale et spectrale. Une sonde stationnaire fixée à une bouée permet de recueillir des données à haute fréquence temporelle et suivre les variations saisonnières au lac StCharles, réservoir d'eau potable pour la Ville de Québec et subissant une eutrophisation. Une fois calibré, cet algorithme permettra la validation des images satellitaires et ainsi combler l’écart qui existe actuellement entre les données satellitaires de résolution spatiale moyenne (par ex. MODIS) et les données in situ, conduisant à une estimation biaisée, en particulier dans la phase d'initiation des FEA où les densités sont encore faibles. À terme, les outils optiques développés permettront d’identifier la dynamique spatio-temporelle d’une FEA à haute résolution spatiale et spectrale de manière plus précise et rapide, et comprendre les facteurs environnementaux modulant leurs apparitions