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Conception d'un pilote de potabilisation d'eau en matériaux de récupération
 

Introduction- Accueil
Avant-projet sommaire
Avants-projets détaillés
Production d'eau potable
Production d'énergie
Conclusion


c Caractéristique d'une eau
     potable

c Commentaires
     méthodologiques

c La décantation

c Le filtre à sable

c Le traitement UV

c Comment fonctionne la
     méthode


Introduction

Contexte
     socio-économique

Maladies hydriques

Procédés utilisés

Dimensionnement

Construction

Entretien

Analyses

Conclusion


Projets des groupes
Autres travaux
Département HMF


Caractéristiques d’une eau potable  

Une eau doit, pour être potable, doit répondre à plusieurs critères :

- Etre limpide
- Ne pas contenir de germes pathogènes
- Ne pas contenir de polluants
- L’eau potable doit aussi répondre à un critère plus subjectif qu’est le goût.

Les facteurs qui influencent donc la qualité d’une eau à potabiliser sont donc la turbidité (teneur en matières en suspension), la teneur en matières organiques et bactériologiques et la présence de polluants et de micropolluants minéraux (métaux lourds, fluor, arsenic, fer, manganèse, zinc, cuivre, phosphore responsable de l’eutrophisation), parmi les polluants on peut citer les phénols et dérivés, les hydrocarbures, les détergents, les pesticides et les produits phytosanitaires. Une fois traitée, une eau potable doit satisfaire à des critères concernant son pH, les sels minéraux qu’elle contient (Cl-, SO42-, Ca2+ ...), sa dureté totale, sa teneur en nitrates et nitrites (soumis à des normes). Tous ces facteurs et ces exigences impliquent donc que les systèmes de traitement d’eau soient conçues selon deux étapes de traitement, une étape de clarification (traite matières en suspension et polluants) et la seconde étape qui est aussi très importante, la désinfection.

Normes européennes sur l'eau potable

Normes de l'OMS sur l'eau

 

Commentaires methodologiques  

Etant donné le cadre de notre travail, qui consiste à créer une unité de potabilisation pour les zones rurales n’ayant pas d’accès à l’eau potable, le critère du goût n’est pas le plus important. De même nous avons considéré que la zone de prélèvement d’eau (à l’entrée du procédé) a subit un minimum d’impacts anthropiques.
Dans les zones tropicales des régions du globe, il existe beaucoup de cours d’eau dont les débits sont élevés. Il faut bien sûr nuancer ces propos en fonction des saisons, mais ces forts débits tendent à abaisser la concentration globale des constituants. Bien que les MES (Matières en Suspension) soient plus présentes, les substrats susceptibles de nuire à la santé humaine se retrouvent dans des concentrations relativement faibles. Lorsqu’on considère les zones rurales tropicales, il semble nécessaire d’émettre une assertion qu’il ne faut pas généraliser : La relativement faible pollution de ces cours d’eau en ce qui concerne les pollutions minérales, métalliques, phytosanitaires, industrielles, agricoles et bactériennes, permet de conclure à la bonne qualité générale de ces eaux. C’est pourquoi nous avons décidé, pour cadrer notre étude, de créer notre unité de potabilisation pour une eau d’entrée qui ne contiendrait pas ou très peu (dans les limites fixées par les recommandations internationales) des polluants cités ci-dessus.

Le traitement de l’eau que nous proposons est le suivant :


- Une décantation
- Une filtration sur sable
- Un traitement UV solaires. Etape de désinfection

 

La décantation  

La décantation est une opération de séparation mécanique, sous l'action de la gravitation, de plusieurs phases non-miscibles. Si on laisse reposer un liquide contenant des particules en suspension, on observe que sous l'action de la gravitation et de la poussée d'Archimède les particules tombent vers le fond ou remontent à la surface selon leur densité.
L’étape de décantation a pour rôle l’élimination des MES (Matières en Suspension). Selon la géométrie du décanteur, on peut, retenir les MES ayant une densité supérieure à celle de l’eau et qui se déposent, mais on peut aussi bloquer les MES « flottantes » avec un piège à flottants comme nous l’avons réalisé pour notre décanteur.
Le dimensionnement du décanteur permet de déterminer la taille de particules qu’il retiendra, mais aussi le temps de séjour, la vitesse de chute des particules et la vitesse du fluide dans le décanteur. Pour notre système, nous avons des débits très faibles : de l’ordre de 10 L/h. La taille du décanteur et sa géométrie sont donc peut influents sur la qualité de la décantation. Nous avons réalisé les calculs pour déterminer la taille minimale des particules que notre système peut décanter. Ces calculs se retrouveront dans la partie dimensionnement.
Dans les procédés industriels de décantation pour le traitement des eaux, on utilise des floculants et/ou des coagulants qui accélèrent la décantation et la rendent plus efficace. Dans le cadre de notre étude, nous avons choisi de ne pas faire appel à ce genre de produits. Ces produits chimiques coûtent cher, peuvent se retrouver dans le milieu naturel et ainsi représenter une certaine forme de pollution.

 

Le filtre à sable  

La filtration sur sable est la deuxième étape de la clarification de l'eau. Elle permet d'éliminer le reste de MES que la décantation n'a pas écarté.

La qualité de cette filtration dépend directement de la granulométrie du sable et de la hauteur du filtre, soit la quantité de sable introduite dans le filtre. Ces mesures seront effectuées dans la partie dimensionnement de notre étude.

Le problème rencontré lors de la filtration sur sable est le colmatage. En effet, après un certain nombre de filtrations, les particules viennent « boucher » le sable qu'il faut soir renouveler, soit laver. Pour le lavage du sable, il suffit de le faire placer dans une cuve avec de l'eau claire, pas forcément désinfectée. Si la ressource en sable est abondante, on optera plutôt pour le renouvellement de ce dernier.

La méthode de filtration sur sable est largement utilisée par les ONG ou autres instituts de recherche sur les besoin en eau des zones rurales des pays tropicaux. Nous nous sommes inspiré des projets réalisés auparavant dans ces différentes organisations. En voici quelques références.


Le traitement UV  

C'est l'étape de désinfection de notre unité de potabilisation. Après la clarification, la turbidité de l'eau est clairement réduite, mais les bactéries et les coliformes sont encore présents. Il s'agit, lors de cette étape, de les éliminer. La méthode consiste à placer l'eau dans des bouteilles de PET (disponibles facilement partout dans le monde) et les faire reposer au soleil pendant un temps donné en fonction de l'ensoleillement. Les publications à ce sujet sont nombreuses et concluantes.

La méthode que nous utilisons s’inspire directement de la méthode SODIS déjà mise en place dans certain pays en voie de développement. C’est une méthode de traitement qui se sert du rayonnement solaire pour améliorer la qualité microbiologique de l’eau. Elle est utilisée dans les ménages pour traiter des petites quantités d’eau.


SODIS est :

- Une méthode de traitement qui élimine les micro-organismes pathogènes générateurs de maladies d’origine hydrique
- Un moyen idéal pour désinfecter des petites quantités d’eau destinées à la consommation
- Un procédé de traitement de l’eau qui ne dépend que de l’énergie solaire
- Une option alternative de traitement de l’eau surtout d’usage domestique
- Une ancienne méthode de purification de l’eau à peine utilisée jusqu’ici

Cependant cette méthode possède des limites et des conditions. La méthode n’est pas appropriée au traitement d’une grande quantité d’eau, SODIS requiert de l’eau relativement claire (turbidité en dessous de 30 UNT =Unité néphélémétrique de turbidité). D’où la clarification au préalable dans notre procédé. SODIS requiert l’irradiation solaire (temps d’exposition: 5 heures par temps découvert ou partiellement (50%) couvert, ou 2 jours de suite par temps complètement (100%) couvert). SODIS ne change pas la qualité chimique de l’eau. Ce qui va dans le sens des hypothèses que nous avons émises selon lesquelles l’eau d’entrée du système est considérée comme chimiquement propre (pas de pollution industrielle, agricole, métallique, minérale…
SODIS ne cange ni le goût ni l’odeur de l’eau. SODIS produit de l’eau qu’il faut consommer rapidement. Il est impossible de stocker l’eau car la désinfection UV n’a pas de pouvoir rémanent.

 

Comment fonctionne la désinfection  


Le procédé de traitement, que l’on peut qualifier de technologie simple, fait usage de l’irradiation solaire pour inactiver et détruire les micro-organismes pathogènes contenus dans l’eau. Le traitement consiste principalement à remplir des bouteilles transparentes d’eau et à les exposer en plein soleil pendant environ cinq heures. Le temps d’exposition varie en fonction de l’ensoleillement. Voici un planisphère qui montre les régions de la terre les plus exposées aux irradiations UV.

La radiation solaire qui atteint la terre est composée de rayons UV-B et UV-A, d’une lumière visible et infrarouge. On trouve généralement des intensités de radiation élevées dans les pays en voie de développement, surtout dans les pays autour de l’équateur. L’UV-A est le spectre le plus important pour la méthode SODIS. Voici le graphe principal qui illustre l’abattage des coliformes fécaux en fonction de l’exposition aux UV-A.

col

On observe que pour des températures atteignant environ 50°C ou plus, les coliformes sont totalement inactivés. On va donc chercher à atteindre des températures et des temps d’expositions le plus élevés possibles.
Pour obtenir plus d’informations, nous avons cherché sur le site de la SODIS (www.sodis.ch). Il existe de nombreuses fiches techniques qui traitent des sujets suivants :
Les effets saisonniers sur la radiation
La radiation solaire
Les conditions en ciel couvert
Les différences entre les conditions en laboratoire et sur le terrain
Le choix entre le verre et le PET
Le vieillissement du PET
L’influence de la turbidité de l’eau en entrée
La turbidité et la profondeur d’eau sur la qualité de la désinfection
La procédure d’application sur le terrain

 

Site de SODIS.

 

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