Le problème de l'approvisionnement en eau (avec schéma)

Alimentation en eau potable:

Les principales sources d'approvisionnement en eau potable dans les villes sont les rivières, les lacs et les ruisseaux. L'eau provenant de telles sources est purifiée ou rendue exempte de polluants et de germes avant d'être utilisée pour la consommation ou à d'autres fins domestiques.

Pour rendre l'eau brute propre et sans polluants, les trois étapes suivantes sont suivies:

(i) sédimentation

ii) Filtration

iii) la chloration

(i) sédimentation:

Lors de ce processus, de l’alun, du sulfate d’aluminium ou du sulfate de fer sont mélangés à de l’eau brute puisée dans des lacs ou des rivières jusqu’à la cuve de mélange, formant ainsi des flocons de type gelée contenant des substances dissoutes et en suspension. L'eau mélangée avec des floculants est autorisée à s'écouler dans la cuve de floculation où les flocons ainsi que les particules de sol en suspension, les autres matières étrangères et les microbes se déposent au fond.

ii) Filtration:

Après la précipitation des flocons, l’eau propre est autorisée à passer à travers des filtres spéciaux pour en éliminer les micro-organismes. À cette fin, il est permis à l'eau de s'infiltrer dans plusieurs couches de sable et de graviers superposés en alternance.

iii) Chloration:

L'eau après modification est soumise au traitement au chlore. Au cours de ce processus, le chlore gazeux passe à travers l’eau, qui est un oxydant puissant qui provoque une dégradation rapide des substances organiques et tue en même temps les bactéries restantes. L'eau ainsi obtenue est ensuite fournie au public pour la consommation et à d'autres fins domestiques.

Évacuation des eaux usées:

Le traitement des eaux usées vise principalement à éliminer les déchets solides et à les dégrader et à les transformer en simples substances inorganiques par le biais d'activités microbiennes.

Les méthodes suivantes sont utilisées pour l'élimination des eaux usées:

1. Puits de trempage

2. Fosse septique

3. Stations d'épuration municipales.

1. Puits de trempage:

Dans ce processus, un grand réservoir souterrain perforé composé de béton et de ciment est utilisé (Fig. 13.6). Les eaux usées sont déversées dans le réservoir par un tuyau. Les eaux usées de la citerne sortent par les trous et s'infiltrent dans le sol. Les déchets solides sont décomposés par des micro-organismes à l'intérieur du réservoir.

2. Fosse septique:

Selon cette méthode, les eaux usées de la maison sont déversées dans des fosses septiques souterraines par des tuyaux. La fraction solide des eaux usées se dépose au fond de la fosse septique et la fraction s'écoule dans les tuyaux de distribution installés dans la partie supérieure de la fosse et finalement drainés dans le champ (Fig. 13.7). La fraction solide des eaux usées collectées au fond est décomposée rapidement par les microbes.

3. Stations d'épuration municipales:

Le traitement et l'évacuation des eaux usées dans les grandes villes impliquent les trois étapes suivantes:

i) traitement primaire:

Pour le traitement primaire, les eaux usées sont acheminées dans les grands réservoirs ouverts par des canalisations. La fraction solide des eaux usées se dépose au fond des réservoirs, qui sont drainés par un système de tuyaux dans le réservoir du digesteur aérobie et sont décomposés. La fraction aqueuse des eaux usées provenant des décanteurs primaires est évacuée dans le décanteur secondaire et mélangée avec du sulfate d'aluminium ou du sulfate de fer qui forme des flocons de type gelée. Les flocons ainsi que les micro-organismes et les particules solides en suspension se déposent au fond du réservoir sous forme de boue qui est ensuite drainée par des tuyaux dans les réservoirs du digesteur aérobie. (Fig 13.8).

ii) traitement secondaire:

La fraction aqueuse des eaux usées qui contient des bactéries et d’autres microbes, ainsi que les déchets organiques dissous, est collectée dans les décanteurs secondaires et un courant d’air sous pression traverse la fraction afin de favoriser la décomposition microbienne des déchets organiques dissous. Après quelque temps, la fraction est passée à travers des filtres à sable pour éliminer les microbes. L'eau propre est ensuite autorisée à s'écouler dans les rivières et les océans

Les déchets solides et les boues transportés dans le digesteur sont attaqués et décomposés par des bactéries aérobies. La décomposition des déchets entraîne la formation de gaz de NH ₃, de méthane et de sulfure d'hydrogène, qui sont collectés à diverses fins industrielles.

iii) Traitement tertiaire:

Les villes sont confrontées à une grave pénurie d’eau, l’eau claire obtenue après traitement secondaire est soumise à une chloration et à un test approprié qui est un approvisionnement à usage domestique. Selon une estimation du Central Pollution Control Board, la production totale d’eaux usées des zones urbaines de l’Inde a été d’environ 30 000 milliards de litres par jour en 1997 et l’ensemble des installations de traitement des eaux usées n’est guère suffisant pour 10% de la production totale d’eaux usées.

Bien que les installations de drainage et d’assainissement aient maintenant augmenté dans les zones urbaines, les installations existantes ne sont pas suffisantes pour éliminer toutes les eaux usées. Les programmes de traitement des eaux usées ne donnent pas de bons résultats en raison d'un mauvais entretien, de la conception inadéquate des stations de traitement et de leur approche non technique et non qualifiée. Le plan de traitement des eaux usées dans le cadre du plan d'action Ganga entre 1980 et 1990 a complètement échoué pour les raisons susmentionnées. En raison de mauvaises installations de traitement des eaux usées et des eaux usées, la plupart des polluants se retrouvent dans les eaux souterraines, les rivières et d’autres masses d’eau.

Dans certaines régions de l'Inde, les villageois dépendent encore pour leur eau potable des réservoirs d'eau naturels et sont confrontés à de nombreux problèmes, décrits ci-dessous:

1. L'eau potable est chargée de polluants.

2. L’eau contient des agents pathogènes du choléra, de la typhoïde et un certain nombre de maladies de la peau.

3. Dans certaines localités, l'eau est très saline et contient des fluorures ou d'autres éléments toxiques.

Dans certaines zones urbaines également, l'approvisionnement en eau potable pure est devenu un gros problème. Selon une estimation de la Banque mondiale (1998), environ 60% des décès dans les zones urbaines étaient dus à des maladies d'origine hydrique telles que le choléra, la dysenterie, la gastro-entérite, l'hépatite, etc.

Eutrophisation:

La pression humaine croissante exercée sur les masses d'eau en raison de la croissance démographique, de la technologie moderne et de l'agriculture a provoqué plusieurs problèmes de pollution de l'eau. L’un des problèmes les plus graves et les plus courants est dû à l’enrichissement des eaux en éléments nutritifs qui conduit à la croissance biologique et rend l’eau impropre à diverses utilisations.

Des éléments nutritifs supplémentaires sous forme de composés d'azote et de phosphore provenant d'engrais, d'eaux usées, de détergents et de déchets animaux augmentent le taux de croissance des plantes aquatiques et des algues. L'eutrophisation est la croissance excessive d'algues et d'autres plantes aquatiques due à l'ajout d'éléments nutritifs. Cela se traduit par une productivité biologique élevée chez certaines plantes aquatiques, qui se manifeste sous la forme de fleurs.

Cela rend l’eau déficiente en oxygène en raison de la dégradation de la matière organique dans les masses d’eau, ce qui nuit aux autres organismes. Les algues et les grandes plantes aquatiques peuvent gêner l'utilisation de l'eau en obstruant les tuyaux de prise d'eau, en modifiant le goût et l'odeur de l'eau et en provoquant une accumulation de matière organique au fond. À mesure que cette matière organique se décompose, le niveau d'oxygène diminue. en fin de compte, les poissons et certaines autres espèces aquatiques peuvent mourir.

En étudiant les tourbières nord-allemandes, Weber (1907) a remarqué que les couches supérieures contenaient davantage d'éléments nutritifs dans la couche supérieure du lac par rapport aux couches inférieures. Il a utilisé le terme eutrophique (riche en nutriments) et oligotrophe (pauvre en nutriments) pour distinguer ces deux couches. Naumann (1919) a utilisé pour la première fois ces termes en limnologie.

Selon le concept actuel de l'eutrophisation:

(i) L'enrichissement de l'eau en nutriments végétaux augmente la croissance du phytoplancton mais ne doit pas être considéré comme le seul critère d'eutrophisation car d'autres conditions, telles que la lumière, la température et d'autres facteurs de croissance, peuvent également limiter la croissance.

(ii) Le trophée de l'eau (taux d'approvisionnement en matière organique par unité de surface par unité de temps) ne peut être assimilé à des niveaux d'éléments nutritifs et ne peut pas être défini par la densité d'algues et la biomasse, car il intègre également la production (Findenegg, 1955).

(iii) Le critère le plus fiable pour l'eutrophisation est l'augmentation de la productivité du phytoplancton.

(iv) Il est également suggéré que le terme eutrophisation ne soit utilisé que pour la production autotrophe, tandis que pour les lacs allotropes où l'apport principal en matière organique est par d'autres moyens, le terme lacs dystrophes devrait être utilisé.

Processus d'Eutrophisation:

L'eutrophisation est un phénomène naturel, accéléré par l'augmentation de l'apport en éléments nutritifs résultant des activités humaines. Bien que le processus d'eutrophisation commence dès la formation des lacs, le taux d'entrée des éléments nutritifs par des moyens naturels est assez lent (c'est-à-dire l'eutrophisation naturelle).

À leur origine, les lacs sont à l’état oligotrophique et ne disposent que d’une quantité limitée et insuffisante de nutriments pour produire une croissance significative des algues. Les seules sources d'éléments nutritifs sont l'écoulement naturel, la chute de parties de plantes séchées provenant de la végétation environnante, les précipitations et la décomposition de la production biologique après la mort. Le processus d'eutrophisation commence lorsque les éléments nutritifs de l'extérieur commencent à entrer dans le lac. Lorsque les algues meurent et se décomposent, les nutriments contenus dans leur corps deviennent disponibles pour la croissance d'algues fraîches.

Au cours de chaque cycle, les éléments nutritifs augmentent progressivement dans les lacs et, après un certain temps, leur cycle ne permet pas de maintenir un équilibre entre addition et décomposition, de sorte qu'une matière organique toujours croissante dans le lac se dépose finalement au fond.

Cela conduit à la formation de marais, de marais et finalement à la disparition de l'eau. C'est pourquoi le processus d'eutrophisation est appelé vieillissement des lacs. Il est donc évident qu'avec l'avancée de l'eutrophisation, de plus en plus de nutriments sont ajoutés au corps de l'eau et qu'en fin de compte, le cycle des nutriments est incapable de maintenir l'équilibre entre l'addition et la décomposition.

La vitesse de l'eutrophisation dépend du taux d'approvisionnement en éléments nutritifs ainsi que de certains autres facteurs tels que le climat, etc. En général, la vitesse de l'eutrophisation est élevée en climat chaud, ce qui favorise l'utilisation des éléments nutritifs et la croissance des algues par rapport au taux de climat froid et tempéré. . Le taux de cation d'eutrophisation ralentit avec le temps en raison de la pénétration réduite de la lumière, de la turbidité accrue du sel et de la baisse consécutive de la production primaire.

Effets de l'eutrophisation:

Lorsqu'il y a un écart par rapport à l'équilibre entre la photosynthèse (P) et la respiration (R), cela indique une pollution. A l'équilibre (P = R), la composition chimique et biologique de l'eau ne change pas. une condition trouvée dans l'eau non polluée, sans apport d'éléments nutritifs de l'extérieur. Lorsque la photosynthèse dépasse l'activité respiratoire, cela indique une eutrophisation des masses d'eau. Il se caractérise par une augmentation progressive des algues entraînant une surcharge organique.

Dans les lacs profonds, la production excusive à la surface des lacs (P >> R) est contrebalancée par des conditions saprophytes au fond (R >> P) lorsque la respiration dépasse la photosynthèse, l'oxygène dissous devient épuisé, entraînant la réduction de plusieurs produits chimiques oxydés comme le NO ₃ ^-, le SO ₄ ^-2 et le CO ₂ en N ₂, NH ₄ ⁺, H ₂ S et CH _4, qui dégagent une odeur sale et sont nocifs pour plusieurs espèces aquatiques. Poole et al. (1978) ont signalé une concentration létale de 50% (CL 50) pour le H ₂ S de 11 mg par litre chez certains organismes aquatiques.

L'eutrophisation induit de nombreux changements physiques et chimiques dans les eaux qui entraînent des changements dans la faune et la flore. De nombreuses espèces souhaitables, y compris les poissons, sont remplacées par des espèces indésirables. Il y a une succession d'algues et les algues bleu-vert deviennent dominantes, beaucoup d'entre elles telles que Microcystis, Anabaena, Oscillatoria produisent des fleurs. Les algues comme la chlorella, le scenedesmus peuvent également former des fleurs. Spirogyra, Cladophora, Zygnema et de nombreux autres algues vertes filamenteuses peuvent former des tapis flottants à la surface des eaux. Ces proliférations d'algues et ce tapis épais réduisent l'intensité de la lumière sous la surface.

L'eutrophisation entraîne une modification des caractéristiques des sédiments de fond. L'accumulation de matière organique affecte la communauté benthique. La prolifération d'algues affecte la valeur récréative des masses d'eau. La mort et la décomposition des algues produisent des odeurs nauséabondes et des goûts dans l’eau. L'écume d'algues vérifie la pénétration d'oxygène dans l'eau et peut tuer les poissons et autres organismes. Au stade initial de la croissance des algues, suffisamment d'oxygène est produit, mais lorsque la prolifération d'algues décède, l'eau devient déficiente en O ₂ car la production d'oxygène est réduite et la consommation est augmentée en raison de la décomposition des algues mortes par des bactéries aérobies. La baisse du niveau d'O ₂ dissous dans l'eau peut être la cause de la mortalité des poissons et autres organismes aquatiques.

La prolifération d'algues provoque une décoloration de l'eau. Les effets globaux de l'eutrophisation rendent l'eau impropre à la consommation humaine et à d'autres fins. En outre, le coût de traitement de l'eau est également gonflé.

La qualité d'eau:

L'évaluation de la qualité de l'eau est effectuée en fonction de plusieurs paramètres tels que l'alcalinité, l'oxygène dissous. Demande biochimique en oxygène (5 jours), nombre de bactéries coliformes, couleur, dureté, odeur, pH, salinité, température, matières solides totales, turbidité, sels-chlorures, fluondes, nitrates, phosphates et sulfates, présence d'oligo-éléments comme Al, As, Ba, Cd, Cr, Fe, Pb, Mn, Hg, Se Ag Sn Zn et B, pesticides et radioactivité. Parmi ces attributs, la quantité d'oxygène dissous, la demande biochimique en oxygène et le nombre total de coliformes sont de bons indicateurs de la qualité de l'eau.

Celles-ci sont brièvement discutées ici comme ci-dessous:

Oxygène dissous:

C'est une mesure de la capacité de l'eau à soutenir une vie aquatique bien équilibrée. Une quantité suffisante d'oxygène dissous dans un plan d'eau entraîne une dégradation microbienne rapide des déchets organiques. L'oxydation biochimique de l'ammoniac en nitrate dans l'eau naturelle nécessite de l'oxygène dissous. Une quantité insuffisante d'oxygène dissous dans l'eau affecte la décomposition microbienne et le méthane est libéré au lieu de CO ₂, les amines odorantes résultent de l'azote au lieu de NO ₃ et de NH ₃ et le gaz H ₂ S odorant est formé à partir de soufre à la place de SO ₂ .

Demande en oxygène biologique ou biochimique (DBO):

L'indice de pollution de l'eau le plus courant est la demande biochimique en oxygène (DBO), qui correspond à la quantité d'oxygène requise par les bactéries pour décomposer les déchets organiques en CO ₂ et en eau de manière aérobie. Le test de DBO mesure normalement la quantité d'oxygène utilisée au cours des cinq premiers jours de décomposition microbienne aérobie dans un certain volume d'effluent à 20 ° C. Ceci est également appelé DBO ₅ .

Ainsi, 100 ppm de DBO signifient 100 mg d'oxygène consommés par un litre d'échantillon d'essai pendant 5 jours à 20 ° C. Les eaux usées domestiques ont généralement une DBO5 d’environ 200 milligrammes d’oxygène par litre et, pour les déchets industriels, la DBO peut atteindre environ mille mg par litre. La DBO de 0, 17 livre ou 77 g est également appelée équivalent population, soit à peu près égale aux besoins pour les déchets domestiques de concentration de 1%.

La capacité de la station d’épuration est généralement mesurée en équivalent population par jour. La contamination de l'eau par les eaux usées est la principale cause des maladies d'origine hydrique, telles que le choléra, la typhoïde, la fièvre paratyphoïde, la dysenterie et l'hépatite infectieuse.

Nombre total de coliformes. La DBO donne une mesure approximative de la qualité de l'eau. Cela n'indique pas avec précision le risque de maladie. Pour cela, des paramètres plus spécifiques sont nécessaires. L'un des paramètres les plus courants est le nombre de bactéries coliformes intestinales, en particulier Escherichia coli dans les matières fécales par unité de volume d'eau. Bien que les bactéries coliformes soient inoffensives, leur présence en grand nombre indique que des germes pathogènes pourraient être présents dans l'échantillon.

La qualité de l’eau des rivières est surveillée dans 480 stations dans le cadre de différents programmes tels que MINARS (surveillance des ressources aquatiques nationales indiennes), GEMS (systèmes de surveillance de l’environnement mondial) et GAP (plan d’action Ganga). Le nombre de stations dans le cadre des programmes MINARS lancés en 1979 a progressivement augmenté et se situe actuellement à 260.

Un certain nombre de paramètres physiques, chimiques, biologiques et bactériologiques sont envisagés dans le cadre du programme afin de déterminer la qualité de l'eau, mais les plus importants sont l'OD, la DBO et le CT (numération des coliformes totaux).

Les différentes catégories d’eau en fonction de la qualité et leurs utilisations respectives sont les suivantes:

Classe A— Source d'eau potable sans bactéries conventionnelles dans l'eau.

Oxygène dissous supérieur à 5 mg / litre, CT inférieur à 50/100 ml.

Classe B— Eau pour la baignade, la natation et les loisirs, DO> 4 mg / litre et TC <500/100 ml.

Classe C - Source d'eau potable après traitement conventionnel.

Classe D— Eau pour la faune, la pêche, etc. DO> 4 et TC <500/100 ml.

Classe E— Eau destinée à l’irrigation, au refroidissement industriel, à la pêche, à la nage et à la boisson. D O.> 3 mg / pneu.