Le traitement de l'eau LE TRAITEMENT DE L'EAU 1. LA PROTECTION DES RESSOURCES EN EAU 2 1.1 Eaux souterraines 1.1.1 Migration de la pollution bactérienne 1.1.2 Périmètre de protection 2 2 3 1.2 Eaux de surface 6 1.3 Puisage, transport et stockage de l'eau 1.3.1 Puisage 1.3.2 Transport et stockage 8 8 8 2. LES PROCEDES DE TRAITEMENT 8 2.1 Choix des procédés de traitement 9 2.2 Pré-traitements 10 2.3 Floculation/décantation 2.3.1 Principe 2.3.2 Mise en ouvre 2.3.3 Analyse de l'eau 11 11 13 15 2.4 Désinfection 2.4.1 Principe de la chloration 2.4.2 Mise en oeuvre 2.4.3 Analyse de l'eau 16 17 19 22 2.5 Filtrations 23 2.6 Aération 25 3. LE DOSAGE DE REACTIFS 28 -1- Action contre la Faim LE TRAITEMENT DE L'EAU Lorsque l'enquête sanitaire éventuellement complétée par des analyses de qualité, laisse penser que l'eau peut être polluée, il est indispensable de prendre des mesures visant à protéger les ressources contre les pollutions. Le traitement de l'eau ne doit être considéré qu'en dernier recours, après la mise en place de mesures préventives. Certaines circonstances rendent cependant le traitement obligatoire: l'approvisionnement en eau des centres de nutrition, l'approvisionnement en eau en cas d'épidémie de choléra 1 et l'utilisation d'une eau de surface pour l'alimentation d'un camp. 1. LA PROTECTION DES RESSOURCES EN EAU Dans le cadre des programmes humanitaires et en terme de santé publique, le risque le plus fréquent de pollution des eaux destinées à la consommation humaine est le risque de contamination fécale. La protection des ressources consiste à définir un périmètre autour du point d'eau sur lequel les activités polluantes sont écartées. Il est schématiquement possible de différencier les ressources en eau en fonction de leur vulnérabilité par rapport à la pollution (voir chapitre: Identification). 1.1 Eaux souterraines 1.1.1 Migration de la pollution bactérienne C'est le flux d'eau souterraine qui permet la migration de la pollution. En toute rigueur, une étude piézométrique et/ou des traçages doivent être réalisés pour définir avec précision les conditions d'écoulement. Il n'est donc pas possible de définir à priori la propagation de la pollution 1 Cf. Chapître Le Choléra. -2- Le traitement de l'eau bactérienne. On peut néanmoins donner les indications suivantes, d'après L'OMS: En zone non saturée, donc en absence de flux, la migration de la pollution est très limitée: L'OMS propose une profondeur de 3 mètres maximum et une propagation latérale quasi-inexistante (Figure 1). On peut néanmoins remarquer qu'en cas d'infiltration massive d'eau de surface (forte pluie par exemple), l'entrainement de la pollution peut être plus important. En zone saturée et milieu continu, pour des vitesses de flux de 1 à 3 mètre/jour l'OMS propose une distance maximale de propagation dans la direction du flux de 11 mètres environ (Figure 2). Figure 1: migration de la pollution Figure 2: migration de la pollution bactérienne - zone non saturée bactérienne - zone saturée En zone fracturée ou karstique, l'écoulement est difficilement prévisible à priori mais généralement très rapide. La pollution peut donc être transportée sur des distances considérables: c'est par exemple le cas d'un puits réhabilité par l'AcF en Birmanie dans un contexte de micro-grès fracturé (sous faible épaisseur de recouvrement), où la corrélation pluviométrie/pic de pollution est nette. 1.1.2 Périmètre de protection Sur le terrain, et plus particulièrement dans le cadre des programmes d'urgence, il est difficile de réaliser des études de l'écoulement détaillées. A partir de deux ouvrages (puits, forages ou rivière), il est cependant possible -3- Action contre la Faim d'estimer la direction et le gradient d'écoulement, et parfois la vitesse de filtration (voir: Les eaux souterraines, loi de DARCY). On s'appuira sur ces données pour dimensionner le périmètre de protection, en estimant qu'un delà de 5 à 10 jours le risque devient minimum. En absence totale d'information, on agit avec bon sens en respectant les principes suivants: La migration de la pollution se fait toujours dans le sens du flux; elle est beaucoup plus limitée en zone non saturée. Plus l'eau est profonde et les terrains de recouvrements imperméables, meilleure est la protection naturelle de l'eau souterraine. Les milieux continus sont généralement moins sensibles à la pollution de surface que les milieux perméables en grands. En milieu continu, L'OMS propose une distance de sécurité de 15 mètres en aval des latrines. Par prudence, on considère qu'une distance de 30 mètres est un minimum. Dans les terrains fissurés et les karts, il est impossible de parler de norme. Toutes les sources de pollutions potentielles doivent être écartées du périmètre immédiat du point d'eau. -4- Le traitement de l'eau Les puits et forages Le périmètre de protection des puits et forages en milieu continu peut être estimé à 30 mètres autour du point d'eau (Figure 3). Les sources de pollution (latrines, trou à ordure, fosse septique...) doivent se trouver en dehors de ce périmètre, et de préférence en aval de celui-ci. Il est important de garder une épaisseur minimum de 2 mètres entre le fond des fosses et le toit de la nappe. Figure 3: périmètre de protection d'un puits/forage - milieu continu Les sources Le périmètre de protection en amont des sources est également de 30 mètres. Il doit être matérialisé par une clôture, de préférence une haie vive. Un fossé d’une profondeur de 0.50m doit être creusé pour détourner les eaux de ruissellement. Figure 4: périmètre de protection d'une source Pour limiter l’érosion du périmètre de protection parfois très pentu, des arbustes sont plantés et la zone est enherbée (attention: pas d’arbres!). Cela -5- Action contre la Faim permet également de bien différencier cette zone particulière des terrains environnants. 1.2 Eaux de surface Les eaux de surface sont très difficiles à protéger des pollutions de surface. Elles offrent cependant une facilité d'accès intéressante et sont donc des ressources exploitées lors des situations d'urgence. Aménagement le long d'une rivière Il est rare que l’on puisse définir la zone d’implantation de la population qui est sonvent installée avant notre arrivée. On veillera toutefois à organiser correctement le site, en prenant soin de limiter la pollution du cours d’eau (drainage) et en plaçant les latrines à plus de 30m de la rivière, en aval du site. L’aménagement est réalisé en tenant compte du sens de l’écoulement et des usages de l'eau (Figure 5). L'eau destinée à l'usage domestique est puisée en amont: la zone doit être bien définie et réservée à cet usage. Une clôture ou une haie vive avec un accès en chicane permet de limiter l’entrée des animaux. Juste en aval, une zone est aménagée pour la lessives (et éventuellement les ablutions). Tous en en aval, une zone peut est réservée à l’alimentation du bétail. Figure 5: exemple d'aménagement le long d'une rivière -6- Le traitement de l'eau Aménagement des mares Les mares représentent dans certaines zones la seule ressource exploitée comme les "ponds" Africain et les mares Asiatiques. Ce sont des "eaux de surfaces stagnantes" qui cumulent les inconvénients: difficiles à protéger, pas d'évacuation des pollutions en l'absence de flux, capacité à "digérer" la pollution organiques parfois assez faible. Un exemple d'aménagement ralisé par l'AcF en Birmanie est présenté sur la.Figure 6. Photo légendée Figure 6: aménagement de mare - Birmanie, AcF 1997 -7- Action contre la Faim 1.3 Puisage, transport et stockage de l'eau 1.3.1 Puisage La pollution de l'eau se produit souvent au niveau du point d'eau, au moment du puisage. Il est donc important d'aménager correctement les puits, mais également les sources et les forages. Un suivi de la qualité bactériologique de l'eau de forages effectué en zone de socle par l'AcF (Soudan, 1996-1997) a montré de façon nette la relation entre la pollution de l'eau et la qualité de la cimentation et de l'aménagement de surface. Les aménagements de surface sont traités dans le chapitre: Les puits. 1.3.2 Transport et stockage Les mesures de protection ne doivent pas s'arrêter au niveau du point d'eau, mais au moment de la consommation: il faut donc empêcher l'eau d'être polluée pendant sont transport et son stockage. Les récipients doivent être fermés et nettoyés régulièrement (si possible avec une solution chlorée à 100 mg/l). Il est préférable d'utiliser des jerricans plutôt que des seaux, car l'eau ne doit pas être prélevée avec un gobelet, mais versée ou vidée avec un robinet. En effet, les gobelets utilisés pour puiser restent la plupart du temps exposés au mouches et aux mains sales... 2. LES PROCEDES DE TRAITEMENT Dans le cadre des programmes humanitaire, l'objectif fondamental du traitement de l'eau est de protéger les consommateurs des microorganismes pathogènes et des impuretés désagréables. Les problèmes de toxiques sont beaucoup moins fréquents que les problèmes biologiques; ils ne sont donc pas traités dans cet ouvrage. -8- Le traitement de l'eau Une eau polluée qui est traitée reste toujours potentiellement dangereuse, car la moindre défaillance du système de traitement peut s'avérer catastrophique. De plus, il n'existe pas de système miracle de traitement de l'eau: tous nécessitent du matériel, des compétences, une surveillance et un entretien régulier. C'est pourquoi il est déconseillé de traiter l'eau à l'échelle individuelle; mieux vaut le faire à l'échelle collective pour surveiller les procédés. 2.1 Choix des procédés de traitement Procédés de traitement Un procédé de traitement est une technique spécifique qui permet de corriger un caractère particulier de l'eau. Le choix du procédé ou des combinaisons de procédés se fait donc en fonction des paramètres à traiter. turbidité pollution fécale fer, manganèse stockage/décantation floculation/décantation filtration simple désinfection filtration lente sur sable aération puis décantation ou filtration simple Analyse de l'eau Des analyses rapides de l'eau brute permettent de définir les paramètres à corriger, ainsi que des ordres de grandeurs des quantités de réactifs qui seront necessaires. Lorsque le processus de traitement est déjà installé, un suivi de la qualité de l'eau brute (avant traitement) permet de juger de la variation des caractéristiques de l'eau, et donc d'ajuster les traitements en conséquence. Ceci est particulièrement utile pour les stations de traitement d'eau de rivière installées en situation d'urgence. L'ensemble des paramètres est présenté dans le chapitre: La qualité et l'analyse de l'eau. La demande en chlore permet d'estimer rapidement le niveau de pollution générale de l'eau à traiter (matières organiques, matières oxydables, micro-organismes). Une eau exempte de toutes matières oxydables n'a pas de demande en chlore, alors qu'un eau de surface polluée peut avoir jusqu'à 6 à 8 mg/l de demande en chlore. Ce paramètre est en fait peu imprécis, et doit être utilisé essentiellement -9- Action contre la Faim comme suivi de la qualité de l'eau brute dans le temps. Sur le terrain, la demande en chlore se mesure suivant la même procédure que le chlore résiduel libre (voir chapitre traitement). La turbidité est causée par les particules en suspension dans l'eau (débris organiques, argiles, organismes microscopiques...). Une turbidité forte peut protéger de la désinfection les micro-organismes fixés sur les particules: elle doit donc être la plus faible possible pour permettre une bonne désinfection. NTU < 5 5 < NTU < 30 NTU > 50 eau incolore, peu être chlorée ou filtrée directement eau légèrement colorée. Ne doit pas être chlorée directement, demande un traitement préalable (filtration, décantation) eau colorée, demande un traitement avant désinfection (floculation) Le pH doit être compris entre 6 et 7.4 (DEGREMONT) pour une utilisation efficace du coagulant Sufate d'Aluminium. Si ce n'est pas le cas, il faut soit corriger le pH, soit utiliser un autre coagulant plus tolérant (sels de Fer...). 2.2 Pré-traitements Lorsqu'une eau doit être traitée, il est essentiel qu'elle soit débarassée de ses matières en suspension. Des techniques simples permettent de "préfiltrer" les grosses particules d'une eau de surface (débris végétaux, bois flottants, sables). Dispositifs de pompage Dans le cas d'un pompage d'eau de surface, il est important de bien positionner le tuyau d'aspiration. Plusieurs possibilité se présentent. L'emploi d'une crépine adaptée permet d'éliminer les plus grosses particules flottantes ou en suspension. Les diamètres usuels des orifices de crépine de pompe de surface sont compris entre 5 et 20 mm. Ce diamètre est choisi en fonction de la taille des particules à arréter, tout en maintenant une vitesse d'entrée de l'eau dans la crépine inférieur à 70 cm/s 2. La crépine 2 voir coéfficient d'ouverture des crépines, chapitre: Les forages. - 10 - Le traitement de l'eau doit être positionnée en pleine eau, à l'aide d'un dipositif flottant (fût, ballon, radeau). Une tranchée filtrante, creusée dans les alluvions de la rivière et comblée de cailloux roulés de 10 à 20 cm de diamètre, est une technique efficace de pré-filtration. La prépine de la pompe est alors installée dans un puits construit en bout de tranchée (buse ou fût). Il est également possible de disposer dans la tranchée un tuyau PVC crépiné (grossièrement) autour duquel est déposé un massif filtrant: cailloux de 10 à 20 cm de diamètre sur 30 ou 40 cm d'épaisseur. Le tuyau PVC est alors directement connecté à l'aspiration de la pompe. Cette disposition présente l'avantage, sur celle de la simple tranchée filtrante, de pouvoir être néttoyée à contre courant. Stockage/décantation Cette technique permet d'éliminer les matières en suspension décantables ainsi qu'une partie des pathogènes. L'eau est en effet un milieu dans lequel leur durée de vie est limité3, mais les temps de stockage ne sont pas assez long pour les éliminer tous. Pendant le stockage se produit également une décantation des plus gros pathogènes qui se déposent au fond du réservoir. Toutes les matières en suspension ne sont pas décantables, notamment celles qui colorent l'eau (coloïdes). Il est donc nécessaire de réaliser un essai de décantation dans une bouteille; si après une heure, la majorité des matières en suspension n'ont pas décanté, il faut faire appel à une autre technique: la floculation. 2.3 Floculation/décantation 2.3.1 Principe La floculation permet de réduire la turbidité de l'eau en éliminant les matières en suspension et les colloïdes qui sont maintenus en suspension par des phénomènes électrostatiques et d'hydratation (matières en 3 d'après l'OMS: une réduction d'environ 99% des bactéries indicatrices de pollution fécale est atteint après 3 à 4 semaines de stockage. - 11 - Action contre la Faim suspension non ou difficilement décantables, notamment les argiles et les matières qui donnent à l'eau sa coloration). De façon induite, la floculation permet de réduire le nombre de pathogènes présents dans l'eau en leur permettant de décanter avec les matières colloïdales. La floculation consiste à ajouter des produits chimiques dans l'eau, les coagulants, qui neutralisent les colloïdes et permettent leur regroupement sous forme de flocs. Ces flocs, suffisamment "gros et libres", sont éliminés par décantation (ou filtration). Les sédiments, chargés des résidus de coagulants et de pathogènes, doivent être éliminés en respectant les règles d'hygiène de base. Le coagulant le plus utilisé est le Sulfate d'Aluminium (Al 2(SO4)3nH2O) que l'on trouve sous forme de poudre ou de morceaux solides. L'utilisation de morceaux est à éviter car très difficile à réduire en poudre et peu soluble. Sa limite d'utilisation est le pH de l'eau qui doit être compris entre 6 et 7.5: si le pH s'écarte légèrement de cette fourchette, il est possible d'utiliser le Sulfate d'Aluminium mais la floculation peut être mauvaise et les doses à utiliser importantes. Il est alors conseillé d'utiliser mg/l de coagulant 200 un autre coagulant, 150 le Sulfate de Fer 100 (Fe(SO4)3) qui est Sulfate 50 plus tolérant en d'Aluminium 0 terme de pH Sulfate de Fer 4 5 6 7 8 9 10 (5<pH<9). pH de l'eau à traiter Figure 7: Exemple de quantité de coagulants à utiliser en fonction du pH de l'eau Il existe d'autres coagulants synthétiques plus polyvalents et efficaces. Ils sont disponibles la plupart du temps sous forme liquide, ce qui peut compliquer leur utilisation. Notons également l'existance de coagulants naturels (semences de végétaux, fruit...) dont l'utilisation peut être interressante à l'échelle familiale. - 12 - Le traitement de l'eau 2.3.2 Mise en ouvre Les coagulants ne sont pas utilisés directement, mais sous la forme d'une solution mère. La dose optimale à utiliser dépend de la qualité de l'eau à traiter, et doit être déterminée par un test (jar test). Pour mettre en oeuvre la coagulation sur le terrain, différentes étapes sont necessaires. Préparer la solution mère C'est une solution à 5% qui permet d'utiliser le coagulant. Il est possible de conserver cette solution dans un jerrycan de 20 litres, voir dans un fût de 200 litres si les besoin sont importants. Attention à bien mélanger la solution avant chaque utilisation. Déterminer la dose de produit à utiliser (jar test)4 Remplir 4 seaux en plastique avec chacun 10 litres d'eau à traiter. Ajouter dans les seaux des doses croissantes de solution mère à 5% avec une seringue, de façon à encadrer les doses usuelles de 20 à 150 mg/l, par exemple: - seau 1: 4 ml de solution mère à 5%, soit 200 mg de coagulants dans 10 litres d'eau, c'est à dire une concentration de coagulant (produit commercial) de 20 mg/l, - seau 2: 10 ml de solution mère, soit une concentration de coagulant de 50 mg/l, - seau 3: 20 ml de solution mère, soit une concentration de coagulant de 100 mg/l, - seau 4: 30 ml de solution mère, soit une concentration de coagulant de 150 mg/l. Remuer vigoureusement pendant 30 secondes, puis doucement pendant 5 minutes. Laisser reposer 1 heure et examiner les échantillons: visuellement, un floc ressemble à un morceau de coton noyé dans l'eau. Le dosage le plus faible qui donne de bon résultats est celui à utiliser. Si le dosage est insuffisant, les flocs ne se forment pas, sont de petites tailles ou ne décantent pas. Si le dosage est trop fort, il risque de rester des traces de coagulant dans l'eau (notamment d'Aluminium) qui ne pourront plus être éliminés facilement. 4 Il n'est pas nécessaire d'effectuer le test de floculation tous les jours si la qualité de l'eau ne fluctue pas rapidement. De même, la solution mère peut être conservé une semaine. - 13 - Action contre la Faim Mise en oeuvre de la floculation dans le réservoir La création des flocs est relativement rapide, si bien que la solution mère de coagulant doit être mélangée le plus rapidement possible dans l'eau à traiter. Deux possibilités permettent de garantir un mélange rapide et homogène (voir paragraphe: Le dosage des réactifs): - introduire la solution mère au niveau de l'aspiration de la pompe, - introduire la solution au niveau du réservoir lors de son remplissage. La mise en forme des flocs et la décantation peuvent être encouragées par un brassage lent et régulier juste après le mélange rapide. Dans les réservoirs circulaires, le refoulement de la pompe placé sur le coté du réservoir permet de donner un mouvement circulaire à l'eau qui aide à la décantation. Le temps nécessaires à une bonne décantation varie de ½ heure à ½ journée, et ne peut être déterminée avec précision qu'au travers de tests. Il est impératif de transvaser l'eau ainsi traitée dans un nouveau réservoir pour la chlorer, sous peine de remettre en suspension les flocs décantés lors du brassage de la solution de chlore. Les boues (sédiments de la coagulation) doivent être vidangées régulièrement en prenant soin de les épandre sans risque de contamination d'une ressource en eau ou d'un champ cultivé: la teneur en aluminium des boues les rendent "nuisibles". Le tableau ci-dessous présente les informations essentielles concernant le Sulfate d'Aluminium, coagulant le plus répendu. - 14 - Le traitement de l'eau Caractéristique Utilisation du produit commercial teneur en produit actif du produit commercial: environ 17% limite de solubilité: 688g/l densité: 1t/m3 réactif acide: entraîne une baisse du pH de l'eau solution mère à 5% 50 g/l 1 kg/20 lites doses usuelles: 20 à 150 mg/l de produit commercial 4 à 30 ml de solution mère par 10 litre d'eau à traiter. 50 kg de Sulfate d'Al. permet de traiter environ 300 à 2500 m3 d'eau 6 < Ph de l'eau à traiter < 7,5 Figure 8: Mémento du Sulfate d'Aluminium 2.3.3 Analyse de l'eau Le pH de l'eau traitée avec un floculant est en général modifié à la baisse (Box 1). Il est donc necessaire de le surveiller, et le cas échéant de modifier les dosage de floculant utilisé ou de corriger le pH par l'ajout d'un nouveau produit. L'aluminium doit être mesurée si l'eau a été traitée avec du sulfate d'aluminium. Sur de courtes périodes, la concentration ne doit pas dépasser 0.3 mg/l. La norme OMS pour une consommation de longue durée est de 0.2 mg/l. Box 1: coagulants et pH Acidification Les coagulants minéraux (sels de fer et d'aluminium) forment un précipités d'hydroxydes avec libération d'une certaine acidité lorsqu'ils sont mis en solution dans l'eau: Sel d'Aluminium Al + 3 H2O = Al(OH)3 + 3 H+ Sel de Fer Fe + 3 H2O = Fe(OH)3 + 3 H+ 3+ 3+ Cette acidité peut réagir sur certaines espèces en solution, notamment les ions bicarbonnates: HCO3- + H+ = H2O + CO2. Elle peut donc être compensée par le pouvoir tampon de l'eau (voir chapitre Qualité et analyses de l'eau), ou si necessaire par l'ajout d'une base. - 15 - Action contre la Faim Correction du pH Différents produits peuvents être utilisés pour remonter le pH de l'eau: la chaux hydratée (CaOH2) la chaux vive (CaO) le Carbonate de Sodium (Na2CO3) Hydrated lime Quicklime Soda ash peu soluble: 1.76 g/l à 10°C peu soluble: 1.3 g/l à 10°C solubilité de 305 g/l à 10°C La chaux hydratée est le produit le plus courant, mais il est difficile à utiliser, car peu soluble. Il est nécessaire de préparer une solution à 1 gramme par litre, et de la remuer continuellement jusqu'à l'utilisation. La mesure de l'alcalinité de l'eau brute permet d'estimer le pouvoir tampon de l'eau, et donc la quantité de base à utiliser. Cependant, une approximation suffisante pour réaliser des essais est donnée par DEGREMONT; pour compenser l'acidification induite par le Sulfate d'Aluminium, il faut ajouter: - en chaux environ le tiers de la dose de Sulfate d'Aluminium exprimée en produit commercial solide, - en carbonate de sodium entre 50 et 100% de la dose de Sulfate d'Aluminium exprimée en produit commercial solide. Ces dosages doivent être validés par des essais du type "jar test". Si la chaux est utilisée pour corriger le pH de l'eau avant floculation, on peut conduire le jar test en fixant la dose de Sulfate d'Aluminium, puis en essayant différentes doses de chaux. Il est également possible de faire varier la dose de floculant en fonction de la dose de chaux, afin de déterminer le meilleur compromis entre les deux. 2.4 Désinfection Il existe de nombreuses méthodes de désinfection de l'eau, mais la plus utilisée dans le cadre des programmes humanitaire est la chloration. Elle permet de détruire les pathogènes présents dans l'eau 5, et de protéger l'eau contre de nouvelles contaminations qui subviendraient au cours de son transport ou de son stockage. 5 D'après l'OMS: des conditions normales de chloration (0,5 mg/l de chlore résiduel libre, au moins 30 minutes de contact, pH inférieur à 8 et turbidité inférieure à 1 NTU) permettent de réduire de plus de 99% le nombre d'E. Coli et de certains virus, mais non celui des kystes ou ovocytes de protozoaires. - 16 - Le traitement de l'eau 2.4.1 Principe de la chloration Le chlore est un oxydant: en solution dans l'eau, il va réagir avec toutes les matières oxydables présentes, aussi bien inorganiques (Fer, Manganèse...) qu'organique (vivantes) C'est ainsi qu'il va détruire les pathogènes en bloquant leur activités enzymatiques. Ces actions du chlore peuvent s'exprimer en terme de demande en chlore. Si la quantité de chlore ajoutée à l'eau est suffisantes pour combler cette demande, le chlore non utilisé va se retrouver sous forme libre dans l'eau: c'est ce qu'on appelle le chlore résiduel libre (Figure 9). Chlore ajouté dans l'eau à traiter Chlore consommé ou combiné 30 mn Chlore résiduel libre Figure 9: Le chlore en solution dans l'eau Pour être sûr que la quantité de chlore ajoutée dans l'eau à traiter est suffisante, il faut rechercher la présence de chlore résiduel libre. C'est également ce clore résiduel libre qui permet à l'eau d'être protégée contre de nouvelles pollutions qui subviendraient après la désinfection: cette forme de chlore reste en effet active un certain temps et peut donc oxyder de nouveaux pathogènes qui se présenteraient. En fonction des conditions de stockage de l'eau, cette rémanence du chlore résiduel libre peut aller de quelques jours à quelques heures. Les limites de la chloration sont multiples. La turbidité doit être inférieure à 5 NTU pour permettre une bonne désinfection. Occasionnellement, il est possible de chlorer jusqu'à 20 NTU, mais les quantités de chlore à utiliser seront plus importantes, le goût et l'odeur du chlore désagréables, et la désinfection perfectible. En effet, les pathogènes fixés sur les matières en suspension sont très difficiles à détruire et risquent de ne pas être tués alors que la mesure du chlore résiduel libre sera positive. - 17 - Action contre la Faim La chloration est beaucoup moins efficace si le pH est supérieur à 8. En effet, le chlore se trouve sous des formes différentes en fonction du pH de l'eau (acide hypochlorique HClO pour les valeur de pH acides, et ion hypochloreux ClO- pour les pH alcalins). La forme la plus oxydante étant l'acide hypochlorique, la désinfection est meilleure pour les pH acides (DEGREMONT). L'action de désinfection est obtenue en composant avec 2 paramètres: la dose de désinfectant et le temps de contact entre le désinfectant et l'eau. Toutes les doses discutées dans le présent chapitre sont calculées pour un temps de contact de ½ heure minimum qu'il est impératif de respecter. Si le temps de contact est inférieur, les doses doivent être supérieures. On considère que le produit temps de contact (mn) x chlore résiduel libre (mg/l) doit être d'environ 15 mg/min/l (environ 1 mg/mn/l suffit pour détruire 99.9% d'une population d'E.COLI, contre environ 10 fois plus pour le poliovirus 1, d'après DEGREMONT). La chloration ne doit pas être faite dans des réservoirs métalliques, car le chlore sera utilisé pour oxyder le métal. En cas d'urgence, utiliser du métal émaillé ou peint (peinture alimentaire). Le chlore est un gaz qui est difficile à mettre en oeuvre dans les programmes d'urgence. On utilise donc des produits générateurs de chlore qui libèrent du chlore lorsqu'ils sont en solution dans l'eau. Ces produits se présentent sous différentes formes (Error! Reference source not found.) leur concentration en chlore actif s'exprime: - en pourcentage, avec 1% = 10 g/l - en degré chlorimétrique, avec 1°Cl = environ 3 g/L - en milligramme par litre, avec 1 mg/l = 1ppm = 0.0001%. - 18 - Le traitement de l'eau Produit Hypochlorite de calcium - HTH (High Tence Hypochlorite) Teneur en Chlore actif 70% en poudre Remarque C'est le produit qu'il faut choisir en priorité pour le traitement collectif. Dichloro-isiocyanurate de Sodium 60% en poudre La présentation en tablette (NaDCC) 1,5 g/comprimé permet la distribution familiale Hypochlorite de Sodium 4% (ou 5%) liquide se conserve très peu de temps eau de Javel 12°Cl (ou 15°Cl) après ouverture Chloramine T (chlonazone) 25% en comprimé réservé à l'usage individuel Tableau 1: produits générateurs de chlore Les produits générateurs de chlore utilisés sur le terain sont présentés dans le tableau ci-dessous. Le HTH est le produit qu'il faut utiliser en priorité: il se conserve bien (perte de 2% par an) dans un récipient non métallique, hermétique, à l'abri de la lumière et de la chaleur. Attention cependant, car il est très corrosif (en cas de contact, rincer abondamment avec de l'eau; manutentionner avec précaution). Le HTH est soumis à des normes de transport aérien très strictes et ne peut être transporté par air que dans des containers agrées. 2.4.2 Mise en oeuvre Préparer la solution mère Pour chlorer régulièrement l'eau, utiliser une solution mère à 1% (soit 10g/l) de chlore actif préparée à partir du produit générateur de chlore. Il est en effet plus facile d'utiliser une solution qu'un produit solide. Cette solution mère doit être conservée dans un jerrycan en plastique, hermétique, à l'abris de la lumière et sur une période maximale d'une semaine. Produit Hypochlorite de calcium - HTH à 70% Dichloro-isiocyanurate de Sodium (NaDCC) à 1.5g par comprimé Hypochlorirte de Sodium - eau de Javel 12°Cl (15°Cl) 6 Dilution6 15 g/l 7 comprimés par litre 250 ml par litre (200 ml/l) Pour évaluer les quantité: 1 cuillère à soupe contient environ 15 mg ou 15 ml de produit. Une cuillère à café 5 mg ou 5 ml. - 19 - Action contre la Faim Erreur ! Liaison incorrecte. Pour préparer 5 litres de solution mère à partir du HTH, mélanger 5 cuillères à soupe de HTH dans un jerrycan en plastique. Bien secouer. Ne pas conserver plus de 3 à 4 jours. Déterminer la dose de produit à utiliser (jar test)7: Remplir 4 seaux en plastique avec chacun Erreur ! Liaison incorrecte. 10 litres d'eau à traiter. Ajouter dans les seaux des doses croissantes de solution mère à 1% avec une seringue, de façon à encadrer les doses usuelles de 1 à 5 mg de chlore actif par litre d'eau. Par exemple - seau 1: 1 ml de solution mère à 1%, soit 10 mg de chlore dans 10 litres d'eau, c'est à dire une concentration de chlore de 1 mg/l, - seau 2: 2 ml de solution mère, soit une concentration de chlore de 2 mg/l, - seau 3: 3 ml de solution mère, soit une concentration de chlore de 3 mg/l, - seau 4: 5 ml de solution mère, soit une concentration de chlore de 5 mg/l. 7 Il n'est pas nécessaire de faire cet essai tous les jours. Par contre, la mesure du chlore résiduel libre doit être faite impérativement après chaque chloration. - 20 - Le traitement de l'eau Erreur ! Liaison incorrecte. Remuer vigoureusement et laisser agir ½ heure. Mesurer le chlore résiduel libre et choisir comme référence la dose qui permet d'obtenir entre 0,5 et 1 mg/l de chlore résiduel libre. Chloration de l'eau dans le réservoir Pour assurer un bon brassage, ajouter Erreur ! Liaison incorrecte. la solution au moment du remplissage du réservoir. Pour les volumes d'eau importants, il est possible d'utiliser un doseur automatique: Cf. le dosage des réactifs. Laisser agir ½ heure et mesurer le chlore résiduel libre. Les principales caractéristiques du produit générateur de chlore le plus utilisé, le HTH, sont synthétisées dans le tableau suivant. Caractéristiques Utilisation du produit commercial teneur en produit actif du produit commercial: environ 70% limite de solubilité: 225 g/l réactif alcalin: entraîne une hausse du pH de l'eau solution mère à 1% 15 g/l 1 cuillère à soupe/litre doses usuelles: 2 à 15 mg/l de HTH 2 à 15 ml de solution mère par 10 litre d'eau à traiter. 1 kg de HTH permet de traiter de 500 à 50 m3 Ph de l'eau à traiter < 8 Tableau 2: Mémento du HTH - 21 - Action contre la Faim 2.4.3 Analyse de l'eau Mesure du Chlore résiduel libre Le chore résiduel libre doit être analysé de façon routinière lorsque l'eau est désinfectée avec un produit chloré: c'est en effet le seul moyen de s'assurer que la désinfection a été efficace. Ces analyses doivent être faites à différents endroits de la distribution: sortie de réservoir de désinfection, bornes fontaines et stockage à domicile. Il est impératif de connaitre la valeur de chlore résiduel libre au moment de la consomation d'eau par les populations, c'est à dire à domicile. Le chlore résiduel libre doit se situer entre 0,5 et 1 mg/l. Erreur ! Liaison Des concentrations inférieures à 0,5 mg/l ne garantissent incorrecte. pas une rémanence suffisante. Rincer le pooltesteur avant de l'utiliser. Dissoudre un comprimé de DPD1 dans le compartiment chlore et un comprimé phénol red dans le compartiment du pH. Remarques: si le pH > 8 le chlore résiduel Error! Not a valid link. libre > 1 mg/l si le produit générateur de chlore est la chloramine T, le chlore résiduel se trouve uniquement sous forme combiné: utiliser alors un comprimé DPD 1 et un comprimé DPD 3 si la concentration en chlore résiduel est très importante, les résultats seront faussement négatifs. - 22 - Le traitement de l'eau Box 2: l'ébullition L'ébullition est un procédé efficace de désinfection de l'eau, qui agit même sur les eaux turbides. Cette méthode comporte néanmoins de sérieux inconvénients qui limitent son utilisation aux situations ponctuelles lorsqu'aucune autre technique n'est envisageable: il faut en moyenne 1kg de bois pour faire bouillir 1 litre d'eau, l'eau doit être menée à une franche ébullition qui doit être prolongée de 2 minutes par 1000 mètres d'altitude, l'ébullition désaère l'eau et lui donne un goût, contrairement à la chloration, il n'y a pas de rémanence du désinfectant dans l'eau. 2.5 Filtrations Il existe différents types de filtration qui permettent chacun de traiter des pollutions différentes de l'eau (Tableau 3). Technique de filtration Filtres bougies Filtre rapide Filtre lent Utilisation Utilisation familiale traitement de la turbidité filtre Katadym: élimination des pathogènes traitement de la turbidité traitement du fer/manganèse Paramètres techniques seuil de filtration: 0,45m filtration Katadym : 0,2 m débit: de 1 à 4 l/heure traitement de la de la pollution fécale hydraulique: 10 m3/m2/h Filtrat: sable 1 / 2 mm, CU = 1.5 épaisseur filtrat: 0.5 à 1 mètre Turbidité < 20 NTU hydraulique: 0,2 m3/m2/h filtrat: sable 0.2 mm, CU = 2 épaisseur filtrat: 0.6 à 1 mètre de sable + 0.4 mètre de gravier Tableau 3: Les différents filtres et leur utilisation Filtration sur bougie Les filtres bougie sont bien adaptés à une utilisation familale, ou dans le cadre d'une petite structure sanitaire. L'emploi des filtres Katadym est recommandé, car leur seuil de filtration plus bas (0,2 m) permet un traitement efficace contre les pathogènes. - 23 - Action contre la Faim Filtre rapide Ces filtres permettent un traitement essentiellement mécanique de l'eau. Ils sont donc utilisés pour traiter la turbidité, lorsqu'elle est supérieur à 20 NTU. Le principe consiste à faire passer l'eau au travers d'un lit de materiaux filtrants de 1 à 2 mm de diamètre relativement uniforme (CU proche de 1.5). Pour éviter un colmatage rapide du filtre, il est important que la vitesse de passage de l'eau ne soit trop rapide. On considère qu'un débit de 10 m3/h par m² de surface du fitre est un bon compromis. De même, il est possible de disposer un lit de matériaux plus grossier (gravier) avant le lit de sable pour pré-filtrer l'eau et ralentir le colmatage. L'Acf a par exemple utilisé des filtres rapides au Soudan (Juba, AcF 1991) pour traiter l'eau du Nil dont la turbidité est très changeante. Ces filtres construits dans des fûts de 200 litres permettent de maintenir un niveau de turbidité acceptable avant la désinfection. Le nettoyage est assuré par rétrolavage. Notons également que ces filtres peuvent être utilisés après la floculation pour retenir les flocs. Il est dans ce cas recommandé de maintenir une vitesse de l'eau de l'ordre de 3 à 5 m3/h par m² de surface filtrante. De tels filtres peuvent être construits dans des réservoirs type Oxfam. Filtre lent Ce procédé consiste à faire passer l'eau à travers un matériaux filtrant, à une vitesse inférieur à celle des filtres rapides. Un débit maximum de 0.2 m3/h par m² de surface filtrante est en général satisfaisant. Une telle vitesse permet le développement d'une grande variété d'organismes dans les premiers centimètres de sable. Ces organismes forment une membrane biologique (appelée schmutzdecke) qui dégradent la matières organique et permet un traitement biologique efficace contre les pollutions fécales. Une action sur la turbidité est également possible, mais la granulométrie fine du sable ne permet de traiter que des eaux peu turbides: il est en effet déconseillé d'utiliser un filtre lent lorsque la turbidité moyenne est supérieur à 20 NTU. Une turbidité de 150 à 200 NTU est acceptable sur quelques jours seulement, sous peine de colmatage rapide. Le dévelopement de la membrane biologique se fait dans des conditions particulières: elle doit toujours être sous l'eau et le flux doit être continu et - 24 - Le traitement de l'eau lent. Il est donc important de dimensionner le filtre en fonction des besoins (relation débit/surface), et de mettre en place un système de régulation de débit pour contrôler le niveau et la vitesse de passage de l'eau dans le filtre. Lorsque ces conditions sont remplies, il faut de une à deux semaines pour que la membrane biologique se développe et que le filtre devienne efficace. Lorsque le filtre se colmate, son débit diminue de façon importante. L'entretien consiste alors à enlever les premiers centimètres de sable (2 à 5 cm), puis à remettre le filtre en fonctionnement. Lorsque l'épaisseur du lit filtrant est d'environ 60 centimètres d'epaisseur, il faut reconditionner le filtre en rajoutant du sable propre. Pour éviter d'arrêter la production d'eau, on installe généralement deux filtres qui fonctionnent en paralèlle ou en alternance. L'utilisation de réservoir type Oxfam de 70 m3 est possible (kit disponible). 2.6 Aération Cette technique simple à mettre en oeuvre, permet d'accélerer et de forcer les interactions entre l'eau et l'air. Elle permet ainsi à l'oxygène de l'air d'oxyder certaines matières dissoutes, comme le fer et le manganèse parfois présents en quantité gênante dans les eaux souterraines. L'aération permet également d'oxygéner l'eau et de dégazer le CO2 en exès. D'une façon générale, l'aération permet d'éliminer les mauvaises odeurs et goûts. Il est d'usage d'installer un diffuseur (type pommeau de douche) à l'entrée des réservoirs de stockage pour faciliter l'aération (diminuation du risque d'anaérobiose et de problème de corrosion dans les réseaux). Pour traiter le Fer et le Manganèze, la technique proposée consiste à installer en sortie de pompe à main un aérateur qui facilite l'oxydation. Les précipités ainsi formés sont éliminés par simple décantation, ou mieux par filtration (Figure 10). Des filtres installés par l'AcF au Cambodge ont permis de réduire les concentrations en fer des forages de 3/15 mg/l à des valeurs inférieurs à 0.3 mg/l. Il faut cependant noter que les mécanismes qui régissent la précipitation du fer dépendent de nombreux facteurs: température, potentiel d'oxydoréduction, pH... En fonction du couple pH/potentiel rédox, le fer se trouve - 25 - Action contre la Faim sous différentes formes, dont certaines compléxées qu'il est plus difficile d'éliminer de façon simple. D'une façon générale, on peut considérer que la précipitation du fer dissous par aération est d'autant plus rapide que le pH est élevé et l'eau proche de la saturation en oxygène. Figure 10: Traitement du fer & du manganèse par filtration - 26 - Le traitement de l'eau Figure 11: Traitement du fer & du manganèse par aération et filtration (d'après Parteners for Development, 1997) - 27 - Action contre la Faim 3. LE DOSAGE DE REACTIFS Pour traiter des volumes d'eau importants, il est intéressant d'installer un système de dosage pour le Sulfate d'aluminium et le HTH. Ceci permet de contrôler efficacement les quantités de réactifs utilisés et donc d'accroître l'efficacité des traitements tout en économisant les réactifs. Différentes solutions peuvent être envisagées. Le dosage par bâche consiste à ajouter toujours le même volume de réactifs dans un volume connu d'eau à traiter. C'est le système par lequel on commence car c'est le plus simple à mettre en place. Il n'est cependant pas très satisfaisant pour la floculation car le mélange n'est pas très rapide, et le débit d'ajout du réactif n'est pas constant: il varie avec la hauteur d'eau dans le réservoir de réactif. fût contenant la solution de réactif: le robinet est ouvert en même temps que l'arrivée d'eau. le débit d'injection du réactif varie avec la hauteur de solution dans le fut. réservoir sortie d'eau arrivée d'eau Figure 12: Ajout de réactif dans un réservoir à l'aide d'un fût Le dosage à débit constant consiste à installer un dispositif permettant de maintenir un niveau constant dans le réservoir de réactif. Ce dispositif peut être fabriqué localement ou acheté (doseur gravitaire SATTE), Figure 13. - 28 - Le traitement de l'eau fut équipé d'une vanne à flotteur (type chasse d'eau) qui permet de maintenir constant le niveau fut contenant la solution mère de réactif arrivée d'eau sortie d'eau Figure 13: Ajout de réactif à débit constant Le dosage à débit proportionnel consiste à installer un doseur qui va faire varier le débit d'injection de la solution de réactif en fonction du débit d'eau à traiter. Différents matériels permettent de remplir cette fonction (la classique pompe doseuse, le doseur rotatif PROMIX...). Le plus simple d'emploi est le doseur DOSATRON qui peut être monté directement sur le refoulement de la pompe. doseur proportionnel commandé par le débit d'eau qui transite dans l'appareil réglage du rapport entre le débit d'injection du réactif et le débit d'eau arrivée d'eau fût contenant la solution mère de réactif Figure 14: Dosage proportionnel - 29 - Action contre la Faim - 30 -