Le bromate

Recommandation

La concentration maximale acceptable provisoire (CMAP) pour le bromate dans l'eau potable est de 0,01 mg/L (10 µg/L).

Propriétés physico-chimiques, utilisations et sources de contamination

L'ion bromate (BrO₃¯) est présent dans un certain nombre de sels, dont les plus communs sont le bromate de potassium et le bromate de sodium. Le bromate de potassium est soluble dans l'eau (7,5 g/100 mL) à 25 °C et il est très stable dans l'eau à la température ambiante. Le bromate n'est pas volatil et ne s'adsorbe que légèrement sur le sol et les sédiments. Étant donné qu'il s'agit d'un agent oxydant fort, il réagit avec la matière organique, ce qui conduit à la formation de l'ion bromure.

Le bromate de potassium est essentiellement utilisé comme agent de maturation dans la farine et comme agent de conditionnement des pâtes à pain. Au Japon, il était auparavant utilisé dans les pâtes de poisson.¹ On peut l'utiliser pour la production du fromage et de la bière. Le bromate de potassium et le bromate de sodium entrent également dans la composition des solutions neu-tralisantes des nécessaires de permanente à domicile.² Bien qu'il soit improbable que le bromate se forme au cours de la chloration de l'eau, des études réalisées en Grande-Bretagne et aux États-Unis ont montré que les solutions d'hypochlorite de sodium de la qualité utilisée dans le traitement de l'eau pouvaient contenir du bromate comme contaminant. Des données re-cueillies aux États-Unis indiquaient des concentrations de bromate dans l'eau potable comprises entre <2 et 51 mg/L.³ Au Royaume-Uni, les concentrations sont allées de 50 à 1 150 mg/L.⁴ D'autres chercheurs ont trouvé des concentrations de bromate très supérieures à 10 µg/L dans des solutions d'hypochlorite de sodium.⁵ Étant donné que l'activité de la chloration dans ces solutions diminue avec le temps, il peut s'avérer nécessaire d'utiliser des quantités plus importantes de solution d'hypochlorite de sodium pour obtenir le niveau de désinfection requis. Par conséquent, les niveaux de bromate pourraient être élevés en raison de la stabilité du bromate lors de l'entreposage à long terme (comme c'est le cas dans les très petites municipalités).

Le bromate n'entre pas dans la composition natu-relle de l'eau, mais il peut se former lors de la désinfec-tion de l'eau potable par l'ozone⁶ ou par la combinaison d'ozone et de peroxyde d'hydrogène.⁷ La concentration de bromure dans l'eau brute est un facteur essentiel de la formation du bromate. Le brome dans les eaux de puits est essentiellement inorganique. Les principales sources naturelles de bromure dans les eaux souterraines sont l'intrusion d'eau salée et la dissolution du bromure qui peut se trouver dans les roches sédimentaires.⁸ Les effluents d'eaux usées urbaines et industrielles ainsi que l'écoulement des eaux provenant des routes et des terres cultivées peuvent également contribuer à la présence de niveaux élevés de bromure dans les eaux de surface.⁸

Exposition

Pour la majorité des Canadiens, il est improbable que l'exposition au bromate soit significative, car relativement peu de stations de traitement d'eau utilisent l'ozone pour la désinfection au Canada (à l'exception de celles du Québec). Il se peut que cela change lorsque les installations chercheront d'autres options pour rempla-cer la chloration, ce qui pourra conduire à la formation d'autres sous-produits de désinfection (SPD) toxiques.

La présence de bromure dans l'eau est nécessaire à la formation du bromate. Le bromure présent dans l'eau engendre une désintégration catalytique de l'ozone et conduit à la formation d'un produit intermédiaire, l'hy-pobromite (OBr^¯). L'hypobromite est prédominant à des valeurs de pH élevées (pH > 8); à des valeurs de pH moindres, la formation d'acide hypobromeux (HOBr) augmente. L'hypobromite réagit ensuite avec une dose excessive d'ozone pour former le bromate. L'acide hypo-bromeux ne réagit pas avec l'ozone; de ce fait, à faible pH, il ne se forme pas de bromate. En présence de ma-tière organique, le HOBr conduit à la formation de com-posés organiques bromés, tels le bromoforme, les acides monobromoacétique et dibromoacétique, le dibromoacé-tonitrile, la bromopicrine et plus particulièrement le bro-mure de cyanogène.^6,9

On n'a trouvé aucune donnée de surveillance concernant les bromures dans les eaux brute et potable au Canada. Krasner et al.¹⁰ ont mesuré les concentrations de bromure dans l'eau traitée (après désinfection finale mais avant distribution) de 35 pourvoyeurs d'eau potable aux États-Unis. Les valeurs médianes trimestrielles variaient entre 0,07 et 0,1 mg/L (plage globale de <0,01 à 3,00 mg/L). Il existait généralement une bonne corréla-tion entre la concentration de bromure et la concentration de chlorure, la concentration de bromure étant d'environ 0,0031 fois la concentration de chlorure.¹⁰ Lors d'une autre étude, les niveaux de bromure variaient entre 0,33 et 0,48 mg/L dans une eau brute du nord de la Californie recevant une infiltration d'eau de mer, et entre 0,03 et 0,07 mg/L dans l'eau du fleuve Colorado.¹¹ On dispose de peu de données sur les concentrations de bromate dans l'eau potable après chloration, mais il ne semble pas y avoir formation de bromate lors de la chloration, qui favorise plutôt la formation de com-posés organiques bromés. L'ozonation d'une eau conte-nant des concentrations de bromure $0,18-0,37 mg/L a conduit à la formation de niveaux mesurables de bromate, c'est-à-dire $5 µg/L (seuil de détection) lors de re-cherches menées en usine pilote aux États-Unis.^9,11 On a décelé du bromate dans l'eau brute à des concentrations de 8 à 180 µg/L, suivant la température, le pH, la dose d'ozone et de peroxone et les concentrations d'azote ammoniacal et de bromure (0,3 à 1,4 mg/L).

Les résultats d'une étude restreinte réalisée au Québec au cours de l'été 1996 sur 12 réseaux de distribution d'eau potable utilisant l'ozone ont montré que, sur sept des douze sites, les niveaux de bromate étaient nette-ment plus élevés dans l'eau de distribution que dans l'eau brute. Les niveaux de bromate dans l'eau de distribution allaient de 0,55 à 4,42 µg/L, avec une moyenne de 1,71 µg/L. Dans beaucoup de cas, les niveaux de bromate atteignaient leur maximum à la station de traite-ment, puis diminuaient dans le réseau de distribution.¹² Lors d'une étude de suivi réalisée sur ces mêmes sites au cours de l'été de 1997, on a de nouveau observé des ni-veaux de bromate nettement plus élevés dans l'eau de distribution que dans l'eau brute. Les niveaux de bromate dans l'eau de distribution allaient de 0,73 à 8,00 µg/L, avec une moyenne de 3,17 µg/L. À l'exception de deux sites, les niveaux de bromate étaient plus élevés dans le réseau de distribution.¹² Une autre étude d'envergure restreinte a été réalisée au cours de l'hiver 1998, dans ces 12 approvisionne-ments d'eau municipale du Québec utilisant l'ozonation. Cette étude a montré que les concentrations de bromate augmentaient généralement de l'eau brute à l'eau traitée et de l'eau traitée à l'eau de distribution, bien que les concentrations mesurées dans l'eau de distribution aient parfois été similaires ou inférieures à celles observées dans l'eau traitée. Les concentrations de bromate allaient de <0,20 à 1,79 µg/L dans l'eau brute, de 0,43 à 5,98 µg/L dans l'eau traitée et de 0,42 à 6,80 µg/L dans l'eau de distribution.¹³ On a constaté que les variations spatiales et temporelles pouvaient avoir des conséquences sur les niveaux des sous-produits chlorés de la désinfection et qu'elles pouvaient expliquer les différences de résul-tats de ces trois études.¹⁴ Lors d'une étude de faible envergure réalisée au Royaume-Uni, on a détecté des niveaux de bromate dans l'eau traitée ozonée allant de 10 à 20 µg/L à deux des quatre sites échantillonnés, alors qu'on a déterminé des concentrations de bromate allant de 3 à 28 µg/L dans l'eau traitée provenant de stations de traitement d'eau utilisant l'hypochlorite de sodium commercial comme désinfectant.¹⁵ On a également analysé l'eau embouteillée lors de deux études restreintes menées en 1995 et 1996. En 1995, on a analysé 27 eaux embouteillées; les concentrations de bromate variaient entre <0,3 µg/L (seuil de détection) et 19,7 µg/L. L'analyse en 1996 de huit échan-tillons d'eaux embouteillées désinfectées par l'ozone a révélé des concentrations de bromate allant de 2,0 à 33,0 µg/L.¹⁶ En 1996, une étude a été réalisée sur 18 types d'eau de source, toutes embouteillées au Canada.¹² Onze de ces échantillons étaient ozonés et les résultats ont mon-tré que, dans la majorité des échantillons, les niveaux de bromate étaient très supérieurs à ceux observés dans les échantillons non ozonés. La concentration moyenne de bromate dans les eaux embouteillées non ozonées était de 3,72 µg/L (plage de <0,20 à 12,90 µg/L), alors que la concentration moyenne dans les eaux embouteillées ozo-nées était de 18,14 µg/L (plage de 4,28 à 37,30 µg/L). Bien que cette procédure ait été utilisée pour déterminer le bromate dans l'eau embouteillée, ce type d'eau est ré-glementé par la Loi sur les aliments et drogues et n'est donc pas assujetti aux Recommandations pour la qualité de l'eau potable au Canada.

Une autre étude sur l'eau embouteillée a été réalisée en 1998 par la Direction des aliments de Santé Canada. Lors de cette étude, on a analysé les niveaux de bromate de 206 eaux embouteillées; ces niveaux allaient de moins de 0,5 ppb (limite de détection) à 144 ppb. Une moyenne globale de 6,88 ppb a été déterminée. On n'a pas constaté de corrélation entre les niveaux de bromate et le bromure ou l'utilisation de l'ozone.¹⁷ Lors de la préparation du pain, on ajoute à la farine une petite quantité de bromate de potassium, qui se transforme en bromure durant la cuisson.² Les doses maxima-les de bromate de potassium recommandées sont de 30 et 50 mg/kg de farine pour le Japon¹ et pour les États-Unis respectivement.¹⁸

Méthodes d'analyse et techniques de traitement

Jusqu'à récemment, on surveillait rarement la concentration du bromate dans l'eau potable. Dans la plu-part des cas, seules les concentrations de bromure sont mesurées. Le réseau des National Testing Laboratories analyse le bromate à l'aide de la Method 300.0 de l'EPA,¹⁹ la seule méthode approuvée à ce jour par l'EPA pour analyser le bromate dans l'eau potable. Le seuil de détection actuel, qui est de 5 µg/L, est difficile à obtenir; les laboratoires accrédités aux États-Unis sont peu nom-breux; très peu sont capables d'obtenir un niveau si bas. Les échantillons qui présentent des niveaux élevés de chlorure doivent souvent être dilués, ce qui augmente à 10 µg/L le seuil de détection de cette méthode.

La limite de détection des méthodes d'analyse qui sont mises au point pour mesurer le bromate dans l'eau potable est de plus en plus basse. La chromatographie par échange d'ions peut être une méthode de détection utile; cependant, elle est sujette à des interférences im-portantes de la part des chlorures, des sulfates et du bicarbonate/dioxyde de carbone. Le seuil pratique d'éva-luation quantitative (PQL) que peuvent obtenir la plupart des laboratoires accrédités est de 5 µg/L; toutefois, ce seuil peut atteindre 20 µg/L, car tout niveau d'interfé-rence significatif nécessite une dilution de l'échantillon, ce qui double, voire triple, le PQL. De plus, la méthode n'a été validée de façon adéquate par aucun essai interla-boratoire. Aucune analyse d'échantillons n'a été réalisée en vue de l'évaluation de la performance; on estime donc que la validité scientifique de cette méthode n'est pas fiable pour le moment. Bien qu'elle semble promet-teuse, cette méthode n'est pas beaucoup utilisée, car elle est complexe et exige des chromatographistes très expéri-mentés. De plus, elle est rarement mise à la disposition de tous ceux qui s'occupent du maintien de la conform-ité aux règlements.

La chromatographie par échange d'ions est une mé-thode prometteuse pour la séparation d'un grand nombre d'anions avec des colonnes échangeuses d'ions spécifi-ques. À l'aide de cette méthode, on peut analyser un certain nombre de SPD inorganiques, tels le chlorate, le chlorite et le bromate, en un même cycle de 25 minutes par échantillon.^20,21 Le seuil de détection dépend de la présence des principaux constituants, particulièrement de la concentration de chlorure. Pfaff et Brockhoff²⁰ ont déterminé la récupération du bromate dans l'eau du robinet à Cincinnati ainsi que dans une solution d'eau désionisée contenant du bromate à différentes concentrations. Le seuil de détection de cette méthode en ce qui a trait au bromate a été de 0,01 mg/L dans l'eau du robinet et de 0,02 mg/L dans l'eau désionisée. Ce seuil de détec-tion a été par la suite abaissé à 0,005 mg/L.²²

La concentration sélective d'anions s'est avérée une technique assez efficace pour analyser le bromate à des niveaux très faibles. Cette nouvelle application de la chromatographie par échange d'ions permet d'effectuer une séparation sur colonnes multiples avec fractionne-ment automatisé des pics avec des injections à volume élevé.²³ Les seuils de détection signalés pour cette mé-thode ont été respectivement de 0,18 µg/L et 0,25 µg/L pour l'eau désionisée et pour l'eau de rivière. Cette technique est toutefois complexe et peut s'avérer inexploita-ble pour les installations qui ne disposent pas de spécialistes en chromatographie par échange d'ions.²⁴ Une autre application de la chromatographie sélec-tive par échange d'ions, qui consiste à séparer l'échan-tillon pré-traité sur des colonnes multiples, semble également être une méthode prometteuse.²⁵ Des échan-tillons d'eau de surface ont été analysés avec et sans pré-traitement afin de déterminer l'effet de ce pré-traitement sur la résolution chromatographique du pic du bromate. On a montré que le pré-traitement de l'échantillon, avant l'analyse par chromatographie par échange d'ions, réduisait au minimum l'interférence des ions chlorure et sulfate et faisait baisser le niveau de carbonate. On a si-gnalé que le seuil de détection de la méthode était de 0,2 µg/L pour l'eau de surface. Cette méthode est préfé-rée à celle de Sorrell et Hautman²⁴ en raison de sa capa-cité à réduire ou à éliminer l'interférence d'autres SPD; toutefois, c'est aussi une technique très complexe, qui exige des chromatographistes expérimentés.

Sorrell et Hautman²⁴ ont décrit une technique simple de concentration pour l'analyse du bromate à des niveaux faibles dans l'eau potable. On utilise un évapora-teur rotatif pour éliminer l'excès d'eau de l'échantillon (le volume de l'échantillon est réduit de 750-1 000 mL à 10 mL); pour un échantillon de 1 000 mL, la concentration de bromate se trouve augmentée d'un facteur de 100. Le seuil de détection de la méthode est de 0,1 µg/L. Le taux moyen de récupération du bromate a été de 96 ± 4 p. cent et de 94 ± 2 p. cent dans des échantillons d'eau désionisée contenant en solution respectivement 2 µg/L et 5 µg/L de bromate, et de 94 ± 17 p. cent dans l'eau brute de surface contenant 4 µg/L de bromate. Cette technique n'a cependant pas été incluse dans les techniques de chromatographie par échange d'ions ap-prouvées, actuellement utilisées par de nombreux labora-toires. La méthode doit être validée de façon adéquate par l'essai interlaboratoire et par l'analyse d'échantillons en vue de l'évaluation de la performance.

Il n'existe actuellement aucune méthode pratique pour éliminer le bromate de l'eau. On a suggéré d'exami-ner de façon plus détaillée l'évaluation de deux procédés de traitement avancés, l'échange d'ion et la filtration sur membrane.²¹ On contrôle mieux le bromate dans les approvisionnements d'eau potable ozonée en limitant sa formation, qui est fonction de la concentration de bro-mure (au-dessus de 0,18 mg/L),²² de la source et de la concentration de composés organiques précurseurs, du pH, de la température, de l'alcalinité et de la dose d'ozone.²⁶ Par exemple, on peut obtenir une réduction de la formation de bromate en ramenant le pH en des-sous de 8, en ajoutant de l'ammoniac ou en contrôlant le temps de réaction de l'ozone et le ratio ozone/carbone or-ganique dissous.^21,27,28 Ces mesures ainsi que d'autres comportent à la fois des avantages et des inconvénients : un faible pH, tout en réduisant la formation de bromate, augmente la formation de bromoforme et d'autres sous-produits organiques bromés, en plus d'être indésirable du point de vue du contrôle de la corrosion; l'ajout d'ammoniac engendre la conversion du HOBr en mono-bromamine, qui à son tour peut s'oxyder en nitrate.²⁸ Étant donné le grand nombre de facteurs qui jouent un rôle dans la formation du bromate, il sera nécessaire d'optimiser le traitement en pondérant les avantages et les inconvénients des différentes mesures pour chacune des installations de traitement.