Phase 1: Traitement des eaux du forage

 

Phase 1 : Traitement des eaux du forage (avec des problèmes physico-chimiques)

 

1) Localisation

 

 Figure 1. Localisation du projet

  La zone du projet (cadre en rouge) se situe dans le sud de la Mauritanie, sur la rive droite du fleuve Sénégal au confluent de la rivière Gorgol. Les localités ciblées sont au nombre de six (Kagnady, Guiraye, Téthiane, Wouro Bocar, Ciwé et Garly) et ont pour dénominateur commun leur difficulté d'accès à l'eau potable malgré leur proximité par rapport au fleuve Sénégal. La région du Gorgol qui englobe l'ensemble des localités du projet est une des rares zones du pays à avoir une activité dans le domaine de l'agriculture sédentaire (riziculture).

  Parmi ces six localités, nous avons choisi deux localité, Wouro Bocar, qui a la plus mauvaise qualité d'eau de forage parmi les six, et Civé, localité intéressante pour toutes les problématiques. Nous nous sommes donc concentré à trouver une solution simple de traitement des eaux pour ces localités.                                  

 

2) Analyse de la qualité de l'eau du forage (par Laboratoire d'analyse d'eau potable et SNDE)

  Avant de décider le procédé du traitement des eaux, l'analyse de la qualité de l'eau que l'on va traiter est nécessaire. Comme cela, nous pouvons trouver les problèmes les plus graves et décider de la meilleure solution.

L'analyse de la qualité de l'eau des deux localités étudiées est consignée dans le tableau suivant :

  - Lieu de prélèvement : Civé, Wouro Bacar

  - Date de prélèvement : 06/04/2011, 27/03/2011

  - Arrivé au laboratoire : -, 30/03/2011

 Tableau 1. Analyse de la qualité d'eau

  Après l'analyse de la qualité de l'eau, nous avons trouvé que le forage de Civé est positif er que l'eau est de bonne qualité. Par contre, le commentaire de l'exploitation du forage Wouro Bocar montre que le forage est positif relativement à une eau rougeâtre et que l'analyse chimique a montré un taux de fer élevé par rapport à la norme de l'OMS. Par ailleurs l'ensemble des puits se trouvant à proximité de ce forage présentent les mêmes problèmes au regard de la couleur rougeâtre de leur eau.  

  Vu l'environnement enclavé et peu doté en matière d'énergie, la technique d'aération seule peut être intéressante. Si le fer existe seul dans l'eau sans matière organique appréciable, dans ce cas l'installation nécessite un bassin d'aération et une filtration ou une décantation.

 

3) Proposition de traitement de l'eau du forage

  - Aération suivie par une filtration à sable

  3.1) Présence de fer dans l'eau

  Le fer est souvent présent à l'état naturel en raison de l'altération météorique des roches et des minéraux. Il est présent dans l'eau sous trois formes : le fer ferreux Fe2+, le fer ferrique Fe3+ et le fer complexé à des matières organiques et minérales. Dans les eaux bien aérées, le fer ferreux est oxydé en fer ferrique qui précipite sous forme d'hydroxyde Fe(OH)3. Dans les eaux souterraines, au contraire, l'absence d'oxygène fait que le fer reste en solution. A des concentrations supérieures aux recommandations pour l'eau potable, le fer peut modifier le goût, l'odeur ou la couleur de l'eau du forage.

  3.2) Réglementation

  La directive européenne 98/83/CE du 03 Novembre 1998 et sa transposition en droit français par le décret n°2001-1220 du 20 décembre 2001, codifié en 2003 dans le code de la santé publique (voir Memotec n°12), fixent comme référence de qualité une concentration en fer total de 0,2 mg/l. L'OMS prescrit, comme valeur-guide, une concentration en fer égale à 0,3 mg/l.

  3.3) Technique d'élimination du fer

  L'élimination du fer est basée sur la précipitation du fer dissous (Fe2+) sous sa forme oxydée (Fe3+), en tant que Fe(OH)3 ou Fe2O3. Une des techniques d'élimination physico-chimique du fer consiste le plus simplement en l'oxydation du fer par aération, suivie d'une filtration sur sable.

   Dans ce travail, nous avons étudié ce procédé et décidé le temps de contact avec l'oxygèneainsi que la concentration en l'oxygène pour avoir une concentration en fer égale à 0,3 mg/l. 

  3.3.1) Principe de fonctionnement

Figure 2. Schéma d'un système d'élimination du fer

    L'eau du forage est aérée à l'aide d'un aérateur et ensuite envoyée dans une chambre sous pression afin que le fer soit oxydé puis que les oxydes de fer (qui résultent de cette oxydation), précipitent. Ensuite, l'eau est filtrée sur sable afin de retenir les oxydes de fer précédemment formés. Un système de rétro-lavage par l'air permet aussi de décolmater et nettoyer le filtre à sable de tous les oxydes accumulés lors de la filtration (cf. Figure 2).

    La description de composantes de l'unité est expliqué ci-dessous :

    - Le bassin d'aération : Il est rectangulaire de 0,90 m de long sur 0,5 m de large avec une profondeur totale de 1,00 m.

    - Le bassin de filtration : Il a une forme rectangulaire de 50 cm * 30 cm de dimensions intérieures et sur une profondeur de 80 cm. Il contient une couche de gravier de type quartz grossier de granulométrie comprise entre 2,5 et 5 cm. Sur ce gravier repose une couche de sable de granulométrie comprise entre 0,8 et 2 mm servant de couche de filtration par excellence.

   3.3.2) Concentration de l'oxygène 

   L'aération constitue dans tous les cas le premier stade du traitement, indépendamment de l'oxydation du fer. Elle permet également l'élimination éventuelle de H2S, et l'apport d'oxygène nécessaire à la nitrification éventuelle de l'ammonium.

    La réaction d'oxydation du fer par l'oxygène de l'air peut s'écrire :

     4Fe2+(aq) + O2 + 10H2O  ➔  4Fe(OH)3↓ + 8H+

  La stoechiométrie de la réaction montre qu'il faut 0,14 mg de O2 pour oxyder 1 mg de Fe++ correspondant à une production de 1,92 mg de Fe(OH)3. Dans le cas de Wouro Bacar, la concentration du fer est égale à 3,8 mg/l. Afin d'avoir une concentration de 0,3 mg/l, nous devons déduire 3,5 mg/l du fer et nous avons donc besoin de 0,49 mg d'oxygène par litre. 

    Nous avons dit au début qu'il y a 500 habitants dans la localité de Wouro Bocar, qu'il y a une forte concentration en fer et qu'il y a un besoin d'eau potable égal à 20 litres/jour/habitant. Le calcul de la concentration en oxygène est donc :

0.49 mg/l * 20 l/jour/habitant * 500 habitants = 4900 mg/jour = 204 mg/heure

   Nous avons donc besoin de 204 mg d'oxygène par heure pour éliminer le fer et avoir une bonne qualité d'eau potable.

   3.3.3) Temps d'oxydation

    En 2008, la recherche sur l'élimination du fer et du manganèse par aération-filtration des eaux de forage en zone rurale au sud de la Côte d'Ivoire était réalisée par le Laboratoire Géosciences et Environnement de l'Université d'Abobo-Adjamé. Ils ont étudié l'évolution des paramètres physico-chimiques au cours du procédé d'aération-filtration. D'ailleurs, la qualité de l'eau du forage de cette région avait des caractères similaires à ceux de Wouro Bacar (la moitié de l'eau du forage au sud de la Côte d'Ivoire avait une concentration en fer comprise entre 0,2 et 10 mg/l) , car ils ont à peu près les mêmes climats, une localisation identique (près de la mer) et mode de vie similaire. Nous avons donc calculé le temps d'oxydation sur la base de leurs recherches et résultats.

laboratoire géoscience et environnement     laboratoire géoscience et environnement

  Figure 3.1. Évolution du taux d'enlèvement du fer et du manganèse         Figure 3.2 Élimination de la turbidité

    Lors de l'aération, le milieu devient de plus en plus oxydant et se traduit par un rabattement des concentrations de fer et une chute de la turbidité (cf. figure 3.1, 3.2). Le fer et la turbidité s'éliminent rapidement pendant les 40 premières minutes parallèlement à l'augmentation de la teneur en oxygène dissous. On atteint 89,64 % respectivement pour le fer. Après cette période, l'augmentation du temps d'aération pour le fer après les 40 premières minutes entraîne une faible élimination de cet élément. On atteint 94,65 % d'enlèvement de fer après une heure d'aération. La turbidité également passe de 15 NTU à 1 NTU. Au-delà de ce seuil, l'enlèvement de la turbidité devient plus lente, on passe de 1 NTU à 0,7 NTU après une heure d'aération (cf. Figure 3.2).

     Nous avons donc trouvé que l'utilisation du procédé d'aération-filtration sur sable pour l'élimination du fer des eaux de forages en milieu rural peut en général permettre l'enlèvement de 94,5% de fer après une heure d'aération à l'air libre.      

   3.4) Conditions de filtration sur sable

    L'efficacité de l'élimination du fer dépend de la technique de filtration, du type de répartition de la masse filtrante (homogène ou en bi-couche) du matériau lui même qui se caractérise par la porosité entre les grains, l'aire spécifique, les propriétés électrocinétiques et de sorption de la surface des grains eux mêmes. Dans ce travail, on a décidé les valeurs de paramètres nécessaires de filtration à sable en notre cas. 

    Selon le type d'eau, les filtres à sable sont dimensionés différemment, mais il existe des paramètres basiques de design afin de clarifier les eaux naturelles. Les conditions de filtration à sable sont les suivantes :

      - Hauteur de média de filtration : Sable (50 cm) et Graviers (10 cm)

      - Média de filtration : Sable (0,8-2 mm) et Graviers (2,5-5 cm)

      - Vitesse de filtration : 7 m/h

      - Débit d'entrée : 1.05 m3/h (Wouro Bocar) 

     Le rétro-lavage est une opération très importante : lorsqu'il est insuffisant, il entraîne un colmatage permanent de certaines zones, ne laissant à l'eau qu'un passage réduit. La perte de charge s'accroît alors plus vite, la filtration devient localement plus rapide et moins efficace. 

      Pour laver le matériau filtrant, on le soumet à un courant d'eau, circulant de bas en haut, destiné à détacher les impuretés et à les entraîner ensuite dans une goulotte d'évacuation. Le matériau filtrant doit être simultanément agité dans le courant d'eau.

 

Phase 2 : Traitement de l'eau du fleuve

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Notre collaborateur / contact : 

Le projet sur lequel nous avons décidé de travailler nous a été proposé par M.Simon DAVID, Assistant Technique de l'AECIDAgencia Espanola de Cooperacion Internacional para el Desarrollo (Agence Européenne de Coopération Internationale pour le Développement).

L'AECID est une Entité de Droit Public souscrite au Ministère des Affaires Etrangères et des Coopérations Espagnol (Ministerio de Asuntos Exteriores y de Cooperacion). Ses objectifs principaux sont la promotion, la gestion et l'exécution des politiques publiques de coopération internationale pour le développement. Ils sont dirigés pour la lutte contre la pauvreté et la réalisation d'un développement durable dans les pays en voie de développement, en particulier les pays inscrits dans le Plan de Vigueur tous les quatre ans.

La Déclaration du Millénaire et les Objectifs de Développement du Millénaire (présentés dans le projet, partie Assainissement, état des lieux de l'assainissement) fixent l'agenda et la méthodologie commune dans la lutte contre la pauvreté, et représentent la principale référence de l'AECID. Voir le site de l'AECID

 

Autres source :

● Présence du fer dans l'eau et Réglementation : gls.fr, l'élimination du fer et du manganèse dans l'eau destinée à la consommation humaine, http://www.dynavive.eu/DocusPDF/EliminationFerManganese.pdf

● Principe de fonctionnement : Lenntech, élimination du fer, http://www.lenntech.fr/procedes/fer-manganese/deferrisation.htm

● Concentration de l'oxygène : Ministère de l'Economie, des Finances et de l'Industrie, Le traitement du fer et du manganèse dans les eaux minérales, http://www.aquamania.net/science/eautraitement.pdf

● Temps d'oxydation : Laboratoire Géosciences et Environnement d'université d'Abobo-Adjamé, European Journal of Scientific Research, Vol.19 No.3, pp.558-567