Risques environnementaux des nanoparticules artificielles dans les biosolides municipaux valorisés par épandage agricole

Subhasis Ghoshal, professeur agrégé, Université McGill , 2013 - 2015
Enjeu

Les nanoparticules artificielles (engineered nanoparticles  – ENP) sont des ingrédients présents dans de nombreux produits de consommation, allant de produits alimentaires à des matières textiles. Au cours des cinq dernières années seulement, l’usage industriel des ENP aurait quadruplé. De récentes études ont indiqué qu’une importante fraction de ces ENP se retrouve dans les usines de traitement des eaux usées (UTEA) et sont réintroduites dans l’environnement sous forme de déchets biosolides, ce qui cause des défis de taille aux responsables de la gestion des eaux municipales.

Actuellement, environ 50 % des déchets biosolides au Canada sont valorisés par épandage sur le sol, mais il y a peu d’information sur la transformation des ENP dans ces déchets biosolides pendant leur traitement et après l’épandage au sol, et il n’existe à peu près aucune information sur leur toxicité pour l’environnement. Puisqu’il y a un intérêt grandissant pour la valorisation des biosolides et des restrictions croissantes pour l’élimination des déchets biosolides, il est important d’évaluer les concentrations des ENP dans les eaux usées et les risques que cela représente.

L’équipe de chercheurs, dirigée par Subhasis Ghoshal, évaluera si les ENP dans les déchets biosolides posent un risque croissant pour l’environnement ou la santé humaine en conséquence de l’épandage agricole.

 

Projet

Ce projet vise à établir les concentrations et les caractéristiques des ENP dans les déchets biosolides et les sols agricoles amendés avec des biosolides, ainsi que l’absorption et les seuils de toxicité de ces ENP dans le biote et les plantes cultivées dans les sols amendés avec des biosolides. Cela permettra aux chercheurs d’évaluer les risques associés aux ENP dans les sols amendés avec des biosolides. 

Les chercheurs utiliseront plusieurs techniques complémentaires pour analyser les ENP visés, se servant de deux techniques distinctes de séparation basées sur la taille des particules et plusieurs techniques de détection en ligne pour caractériser les échantillons. L’équipe évaluera la transformation et la mobilité des ENP dans différents types de sols et diverses conditions environnementales, fournissant des données de base sur les concentrations d’ENP dans les déchets biosolides issus des UTEA canadiennes et les sols amendés avec des biosolides.

Enfin, les chercheurs vont identifier le devenir des ENP pendant le traitement de stabilisation des biosolides et les processus de récupération d’énergie et d’éléments nutritifs. Ces renseignements serviront au développement d’une base de connaissances sur les transformations des ENP après leur épandage sur le sol. Des expériences pilotes sur la digestion anaérobie et les processus de récupération d’éléments nutritifs seront menées en laboratoire pour déterminer à quelles concentrations les ENP ont un effet négatif sur la formation de méthane et pour déterminer les transformations des ENP pendant tout le processus.  

Des études seront entreprises pour élaborer une procédure pour tester l’absorption des ENP présents dans les biosolides par divers organismes terrestres et diverses cultures types et leur toxicité progressive sur ces organismes, ce qui servira à établir si les ENP sont biodisponibles ou toxiques pour ces récepteurs écologiques.

 

Produits

 

 

Résultats

Anticipated Outputs:

Results from this research will help environmental and agricultural product regulators, environmental risk assessment experts, municipalities and WWTPs, as well as the agricultural producers determine if ENPs pose a current or future threat to the Canadian environment or human health. 

The most important practical outcome of this work is the fundamental knowledge that will be generated on the levels and toxicity of ENPs in waste biosolids introduced to agricultural ecosystems, which will provide opportunities to scientific and technology consultants, nanoparticle producers, municipalities and other governmental regulatory agencies to protect the public good.

At the end of the study, researchers will be able to conduct preliminary risk assessments for ENPs introduced in agricultural lands by way of waste biosolids based on baseline concentrations of ENPs in TiO2, Ag and ZnO, their fate and transformations during biosolids stabilization, and ecotoxicity end points in selected terrestrial biota and soils.

This project was developed using a participatory approach to ascertain the needs of individual stakeholders and identify existing knowledge gaps.  By working closely with project partners, it is anticipated that this study will result in more effective development of regulations and industry practices for nanotechnology.

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Équipe de Recherche et Partenaires:

Équipe de Recherche

Subhasis Ghoshal, Associate Professor, McGill University
Yves Comeau, Professor, Polytechnique Montreal
Cooper Langford, Professor Emeritus, University of Calgary
Nathalie Tufenkji, Associate Professor, McGill University
Joann Whalen, Professor, McGill University

Kevin Wilkinson, Professor, Université de Montreal

Partenaires

City of Calgary,
Perkin Elmer Health Sciences,
Environment Canada,
SNC Lavalin Environment