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Programme Alizés Sénégal
CAHIER DE CAPITALISATION des STATIONS DE TRAITEMENT D’EAU DE SURFACE
Joël Malleviale
2010
Programme
Eau potable et santé dans le nord-ouest du Sénégal
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CAHIER DE CAPITALISATION des STATIONS DE
TRAITEMENT D’EAU DE SURFACE
(Région de Saint-Louis/SENEGAL)
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Table des matières
I. CONTEXTE LOCAL .......................................................................................................... 4
II. LA RESSOURCE EN EAU.................................................................................................. 4
III. LES STATIONS DE TRAITEMENT ................................................................................... 6
1. Schéma de principe....................................................................................................... 6
2. Description détaillée et bases de dimensionnement ....................................................... 7 2.1 Pompage d’eau brute ............................................................................................ 7 2.2 Préparation et injection des réactifs ...................................................................... 8 2.3 Coagulation/floculation/décantation (cas de Ndiawdoune, Fanaye walo ,
Khare, Ndiakhaye) ............................................................................................... 9 2.4 Coagulation/floculation/décantation (cas dethiangaye et bokhol) ........................ 11
3. Commentaires généraux ............................................................................................. 16
IV. OPERATION ET MAINTENANCE LEGERE ............................................................................... 17
1. Continu, semi-continu, batch ? .................................................................................... 17
2. Missions des opérateurs : ........................................................................................... 17
3. Formation des opérateurs / cahiers de suivi ................................................................. 20
V. COUTS D’INVESTISSEMENT ................................................................................................. 22
VI. POINTS FORTS ET POINTS FAIBLES DU PROGRAMME ALIZES 2/STATIONS .......... 22
1. Points forts ................................................................................................................. 22
2. Points faibles .............................................................................................................. 23
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I. CONTEXTE LOCAL
Le programme Alizé 2 visant à approvisionner les populations en eau potable de la région de Saint-Louis au Sénégal, a été focalisé, pour une part importante de son action, sur le département
de Dagana et la partie ouest du département de Podor. Dans cette zone touchée par la salinisation des eaux souterraines, 60 à 75% des villages n’ont aucun système de fourniture d’eau potable ce qui pousse la population à consommer des eaux de surface biologiquement polluées (bactéries, parasites du type bilharziose,…).
Ce problème se double d’une très grande pénibilité due aux grandes distances de transport de
l’eau du fleuve au village. Les villages concernés, de 300 à 1500 habitants, sont soit des gros bourgs traditionnels soit des villages de construction plus récente peuplés de migrants attirés par cette zone où se pratiquent agriculture irriguée et élevage extensif. Les populations sont principa-lement d’ethnie Wolof et Pulaar.
Sur le principe de la station pilote de Ndiawdoune, construite dans le cadre du programme Alizé
1, six stations de traitement d’eau de surface ont été construites: Fanaye Walo, Kharé, Ndiakhaye dans une première phase, Bokhol, Ndialakhar et Thiangaye, d’une capacité plus importante, dans une deuxième phase.
Les principaux objectifs du traitement en terme de qualité sont : turbidité inférieure à 5 NTU et chlore résiduel supérieur ou égal à 0,5mg/l.
II. LA RESSOURCE EN EAU
La région concernée est traversée par le fleuve Sénégal et ses nombreux bras, défluents et canaux d’irrigation. Une distance entre village et fleuve (ou un de ses défluents) inférieure à un kilo-mètre a été l’un des critères de sélection des différents sites. C’est ainsi que les stations de Kharé
et Bokhol traitent l’eau du fleuve Sénégal tandis que celles de Fanaye Walo et Thiangaye pom-pent l’eau du défluent Ngalenka et que celle de Ndiakhaye utilise l’eau du lac Guiers, lui-même alimenté par le fleuve Sénégal au niveau de Richard Toll (voir carte ci-dessous).
Le débit du fleuve et le niveau du lac Guiers sont « contrôlés » par les barrages de Manantali (Ma-
li) et de Diama (delta du Sénégal) il n’y a à priori aucun problème de ressource en matière de quantité, y compris pendant la saison sèche. La situation est un peu plus compliquée en terme de qualité. Le choix de la chaîne de traitement et le dimensionnement des trois premières stations du programme Alizé 2 ont été faits en extrapolant les résultats obtenus sur la station pilote de Ndiaw-
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doune qui donne satisfaction aussi bien pour les capacités de production que pour la qualité d’eau traitée . Toutefois, une étude plus approfondie des eaux du fleuve, entreprise au moment du di-mensionnement des deux dernières stations et basée sur l’historique des résultats de la Société Sénégalaise des Eaux (SDE) (Richard Toll, Dagana, Podor, …) a montré que :
1. située dans une zone calme du vaste complexe hydrographique en aval du barrage de Diama,
la station de Ndiawdoune dispose d’une eau brute dont la qualité est relativement peu influen-
cée par les forts courants de la période des pluies. Il s’agit d’une eau peu minéralisée avec des
niveaux de turbidité relativement faibles (maximum quelques dizaines de NTU ) ;
2. la qualité des eaux du fleuve Sénégal entre les villes de Dagana et Podor est, elle, très dépen-
dante de la période des pluies : les eaux, de faible minéralisation, présentent des niveaux de
turbidité de 15 à 30 NTU de janvier à mai/juin. A partir de juillet/août ces niveaux atteignent
plus de 1000 NTU pour redescendre lentement de septembre à décembre. Ce pic de turbidité
s’accompagne d’un pic de matières organiques mesurées par l’oxydabilité au permanganate.
Ces dernières restent toutefois à un niveau « raisonnable » ;
3. le défluent Ngalenka a un comportement
particulier. Lors de l’hivernage
l’augmentation de débit du fleuve Sénégal
induit des risques importants d’inondation
dans certaines villes bordant le fleuve
comme Podor. Pour désengorger le fleuve,
le canal de jonction entre le défluent Doué
et le Ngalenka est alors ouvert ce qui a
pour effet d’inverser le sens du courant et
de placer les prises d’eau de F.Walo et
Thiangaye à l’aval des villages, zones de
baignade et d’abreuvage. Cela se traduit par une plus grande contamination de l’eau brute et
entre autres par la présence d’ammoniaque (de 0,5 à 3mg/l à F.Walo durant l’hivernage de
2007). Quand on sait qu’un mg de NH4 consomme environ 10 mg de chlore, on comprend
que l’opérateur peut rencontrer des problèmes pour assurer un résiduel de chlore de 0,5 mg/l.
4. comme la turbidité du fleuve est essentiellement constituée de particules d’argile, son élimina-
tion par un traitement classique de coagulation/floculation/décantation ne pose en soi aucun
problème si l’on peut adapter les conditions hydrauliques de fonctionnement des installations.
Un problème toutefois : l’ajout de fortes quantités de coagulant du type sulfate d’alumine
dans une eau peu minéralisée provoque une baisse importante du pH de l’eau traitée( pH de
5 à certains moments). Pour éviter la distribution d’une eau très corrosive avec des teneurs
élevées en aluminium dissous, le pH devrait être corrigé par une adjonction de chaux ce qui
n’avait pas été prévu au départ.
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5. Le lac Guiers est séparé du fleuve Sénégal par un barrage situé au niveau de Richard Toll.
Lorsque ce barrage est ouvert la turbidité augmente avec le niveau d’eau sans toutefois dépas-
ser 30 ou 40 NTU. Lorsque le barrage est fermé, on observe le phénomène inverse. Les résul-
tats obtenus par la SDE sur différents sites ( Ngnith et Keur Momar Sarr) exploitant l’eau de
ce lac, montrent que 50% de la turbidité sont de nature organique et que la concentration en
matières organiques de l’eau peut dépasser les 15 mg/l (oxydabilité au permanganate ) durant
les premiers mois de l’année. Bien qu’il ne s’agisse pas de résultats obtenus sur le site même
de Ndiakhaye, on pouvait craindre quelques problèmes du type, présence d’ammoniaque,
algues, fermentation des boues dans les décanteurs, etc….Des concentrations d’ammoniaque
comprises entre 0,1 et 0,7 mg/l ont effectivement été observées durant l’hivernage de 2007.
A noter l’extraordinaire densité de la végéta-tion aquatique en bordure du lac. Si ces plantes sont susceptibles de fixer certains polluants dans leurs rhizomes (pesticides, métaux lourds,…) plusieurs études d’organismes séné-
galais ou internationaux montrent qu’elles favo-risent la présence de microorganismes respon-sables de maladies diarrhéiques.
Station de Ndiakhaye :vue de la trouée qui con-
duit à la prise d’eau à travers la zone de plantes aquatiques en bordure du lac.
III. LES STATIONS DE TRAITEMENT
1. Schéma de principe
Le même schéma de principe et d’équipement a été volontairement adopté pour la construction de
ces stations. Cela offre plusieurs avantages : 1. acquisition d’une plus grande expérience par les entreprises locales, en particulier celles de
génie civil et de montage d’équipements ;
2. retour d’expérience des premières stations pour le dimensionnement et les conditions
d’opération des suivantes ;
3. plus de facilité dans la mise en route des installations et la formation des opérateurs et ;
4. encouragement pour qu’il y ait des échanges permanents entre les différents opérateurs et
pourquoi pas une mutualisation des achats.
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La séquence est simple : (i) pompage d’eau brute avec une pompe immergée ou, en l’absence
d’électricité, avec une éolienne, (ii) injection de sulfate d’alumine directement dans la tuyauterie où est sensée se réaliser la phase d’agitation rapide de la floculation(iii) décanteur statique vertical, (iv) pompage de l’eau décantée (pompe ou éolienne) à une pression suffisante pour que( v) l’eau traverse un filtre bicouche ( filtre sous-pression) et parvienne en haut du château d’eau ; (vi) la désinfection se fait par injection d’une solution d’hypochlorite de calcium dans la canalisation d’eau filtrée. Le temps de contact nécessaire pour une bonne désinfection correspond au temps de
séjour de l’eau dans le réservoir.
La pression statique de l’eau du château d’eau permets le rétrolavage des filtres avec de l’eau traitée tandis qu’une vanne de fond permets la vidange régulière des boues du décanteur.
Les doses de sulfate d’alumine sont régulièrement déterminées selon la méthode de Jar Test « au seau ». Les doses d’hypochlorite de calcium devraient être déterminées par des mesures de « de-
mande en chlore » mais dans la pratique elles sont décidées de façon un peu empirique en faisant la mesure de chlore résiduel sur l’eau en sortie de château d’eau.
2. Description détaillée et bases de dimensionnement
Pour ne pas surcharger ce document, le cas des éoliennes ne sera pas traité ici, on se reportera au
« cahier de capitalisation N°5- AlizésN°1 » pour la description des différents types d’éoliennes utilisées dans le cadre des projets Alizés.
2.1 Pompage d’eau brute
Ce pompage se fait au moyen d’une électropompe immergée (exemple de Fanaye Walo : Grund-
fos, modèle SQ 5/15 ; HMT :15 m ; 5,5 m3/h, disponible à Dakar) et arrimée dans le fleuve à quelques petits mètres de la berge. Dans la mesure du possible, elle est placée en amont du village pour éviter les contaminations.
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Toutefois, en raison du faible éloignement de la berge, on ne peut exclure des zones de bai-
gnade/lavage/ abreuvement à proximité du pompage
Comme on l’a vu plus haut, c’est notamment le cas de F.Walo et Thiangaye au bord du défluent
Ngadenka qui est soumis à des mouvements pendulaires. On peut penser qu’il y a régulièrement des épisodes de contamination par le village lui-même ou par les troupeaux qui viennent s’abreuver (cf photos de Thiangaye ci-dessus ).
Si une crépine de 2mm et un clapet anti-retour
protègent utilement la pompe, l’opérateur doit plonger dans l’eau pour en assurer la mainte-nance, en particulier pour nettoyer régulièrement la crépine. La construction d’un petit ponton résoudrait ce problème.
Dans le cas des usines alimentées par éolienne, c’est le système représenté ci-contre qui sert de
crépine et de clapet anti-retour.
2.2 Préparation et injection des réactifs
Le sulfate d’alumine et l’hypochlorite de calcium utilisés sont disponibles à Saint-Louis et Ri-chard Toll (sacs de 50kg pour le premier et seaux de 45 kg pour le se-cond). Les solutions à injecter sont préparées et stockées dans des cuves en PEHD de 500 litres chacune. Si le recours à des cuves d’un tel vo-
lume peut poser quelques problèmes (difficulté de remplissage, encom-brement) il présente un gros avantage : celui de ne pas avoir à préparer chaque jour les solutions de réactifs. Il faut toutefois assurer régulière-ment un brassage des cuves pour disposer d’une solution homogène.
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Ce brassage est manuel sur les petites installations et électromécanique dans le cas des stations de
Bokhol et Thiangaye. Deux types de matériel d’injection ont été utilisés : dosatrons en l’absence d’énergie éléctrique et pompes doseuses dans le cas contraire.
C’est le passage de l’eau à traiter dans le corps du dosatron qui entraîne le mouvement du piston
pour aspirer et refouler. Pour l’injection de coagulant , il est nécessaire de protéger le système en installant une préfiltration à 200microns sur l’arrivée d’eau brute (préfiltres ARKAL DUAL, empi-lement de disques rainurés en polypropylène à nettoyer régulièrement).
Certaines stations ont été équipées de 2 préfiltres en parallèle pour permettre un nettoyage sans arrêter l’installation. Dans la
pratique ce n’est pas justifié car cette opération de nettoyage ne dure que quelques minutes. Ces préfiltres ont parfois été mon-tés en amont de pompes doseuses comme à Bokhol (photos ci-contre) alors que ce n’était pas vraiment nécessaire .
- Kharé : 2 préfiltres en parallèle et cuves de réactifs / dosatron )
- Bokhol : bac de réactif avec de gauche à droite :
agitateur électromécanique, pompe doseuse et
préfiltre)
L’injection des réactifs se fait directement dans les canalisations cor-
respondantes. Il faut signaler le fait que le débit d’un dosatron est plus facile à régler par un opérateur que celui d’une pompe doseuse.
2.3 Coagulation/floculation/décantation (cas de Ndiawdoune, Fanaye walo , Khare, Ndiakhaye)
Sur la station de Ndiawdoune, la phase d’agitation rapide de
la floculation se fait dans la canalisation de descente sans que l’on puisse voir l’eau brute. Dans les 3 installations qui ont suivi, il a été décidé d’avoir recours à un « effet cas-cade » obtenu par la mise en place, juste à l’entrée des dé-canteurs, d’une boîte cylindrique en inox DE315 de 40cm
de haut et prolongée par une canalisation de 3m de DE160. Autres avantages de cette cascade : une bonne oxygénation de l’eau et la prise de conscience par l’opérateur de la pos-sible dégradation de qualité de l’eau (apparition de couleur, mousses, odeurs,…).
Pour des raisons de facilité de construction par des entre-
prises locales, c’est une géométrie cylindrique qui a été retenue pour c es décanteurs statiques à flux vertical. Il s’agit de cylindres en béton armé de 3,50m de haut et 2,4 m de diamètre interne (cf schéma de la page suivante) dont la partie basse (1m) est inclinée à 45° pour favoriser
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la concentration des boues. L’eau coagulée est introduite à 0,5m du fond au moyen d’une canne d’injection (DN90) ce qui revient à dire qu’ elle est au contact du lit de boues avant d’entamer un remontée à une vitesse ascensionnelle de 0 ,33 m/h. Des essais ont montré que l’on pouvait faire fonctionner ces décanteurs avec des vitesses supérieures (0,5 m/h) ce qui reste toutefois à démon-
trer pour les turbidités de l’ordre de 1 000NTU. Les stations de Fanaye Walo et de Kharé ont deux décanteurs en parallèle alors que Ndiakhaye n’en a qu’un seul.
Une canalisation DN63 permets l’évacuation des boues et une
vidange totale du décanteur est possible mais la vanne se trouve au fond d’un regard de faible dimension ce qui, dans la pratique ne se révèle pas très fonctionnel ( débouchage de la canalisation, mesure « au seau » du débit d’ évacuation de boues,… ). Il fau-drait au minimum faire un regard beaucoup plus grand ou même placer la vidange au niveau du sol.
Un tuyau de 2’’ joue le rôle de trop plein mais il est placé généra-
lement à 30cm du haut du décanteur ce qui rend inutiles ces 30cm de béton et ne permets pas l’évacuation d’éventuels surnageants
par surverse.
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Si le fait que les décanteurs aient été érigés « hors sol » présente des avantages évidents (coûts,…), la surveillance des opérations (net-
toyage, aspect du lit de boues) impose à l’opérateur de monter sur une échelle pour accéder à une plateforme ce qui, malheureusement, n’est pas très incitatif. La photo ci-joint montre une échelle provisoire avant installation de la définitive en acier galvanisé.
Comme indiqué sur le schéma de principe, la crépine de pom-page de l’eau décantée est suspendue à un flotteur à environ
20cm de la surface.
Ce système, on ne peut plus simple, permet un fonctionnement
en continu, semi-continu et batch. Toutefois, un fonctionne-ment en batch nécessite de s’assurer que la crépine ne descend pas dans le lit de boues
2.4 Coagulation/floculation/décantation (cas dethiangaye et bokhol)
A. Décanteurs
A l’origine, la construction de décanteurs cylindriques venait d’un souci de standardisation des moules de construction des décanteurs et des réservoirs. Au moment de la conception de ces deux dernières stations le programme Alizé avait décidé de s’appuyer sur des appels d’offre spéci-fiques à chaque installation ce qui rendait inutile ce souci de standardisation. L’économie liée à
la réalisation d’un décanteur cylindrique au lieu d’un décanteur parallélépipédique cesse d’être intéressante lorsqu’il y a deux décanteurs en parallèle : en effet la solution parallélépipédique avec décanteurs jumelés est plus compacte et permet d’économiser une paroi.
Les décanteurs de Thiangaye ( capacité prévue : 70 m3/j )et de Bokhol (capacité prévue : 110
m3 /j) ont donc été conçus avec une section horizontale rectangulaire et une section verticale en tous points semblable à la coupe AA représentée dans le schéma de principe de la page précédente. Avec une vitesse ascensionnelle de dimensionnement de 0,5 m/h , la surface de chacun des 2 décanteurs jumelés de Bockhol est de 10 m² (2mx5m) et celle de Thiangaye de 6m² (2mx3m).
Sur le même principe que celui des décanteurs
cylindriques, l’eau coagulée est introduite dans le fond des décanteurs par l’intermédiaire d’un tuyau percé placé longitudinalement et centré par rapport à la largeur du décanteur. Sur les deux
installations, l’eau coagulée arrive en fait à l’une des extrémités du tuyau et donc du décanteur. Dans le futur, pour obtenir une meilleure réparti-
tion hydraulique, il sera préférable de réaliser cette arrivée au centre (sur la longueur) du décanteur.
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Pour chaque décanteur l’eau décantée est reprise par deux conduites PVC reliées par un té posi-tionné dans un des coins du décanteur. Chaque conduite en PVC diamètre 110 mm est inclinée de 1% et percée légèrement en dessous de l’axe de symétrie horizontale de la conduite d’un certain nombre d’orifices de 1 cm de diamètre. Le nombre d’orifices est calculé pour permettre passage
sous 4 cm de charge de la totalité du débit de la station considérée sur un décanteur (20 orifices par conduite pour Thiangaye et 30 pour Bokhol).
Dans la pratique, au moment du démarrage de l’installation, le constructeur n’avait installé qu’une
seule conduite par décanteur. Là encore, pour une meilleure répartition hydraulique, il a été re-commandé de revenir au projet initial de deux collecteurs par décanteur ce qui ne représente ni un problème de faisabilité ni un problème de coût.
B. Système d’injection de réactifs/ correction de pH
Si les équipements de préparation de réactifs sont similaires à ceux décrits plus haut (voir photo
de Bokhol), l’abaissement significatif du pH, dû à l’addition de fortes doses de sulfate d’alumine pendant la période d’hivernage, a conduit à la décision d’effectuer une correction de pH avec de la chaux sur les stations de Bokhol et Thiangaye. Pour ce faire, un système original d’addition de réactifs a été implémenté.
L’eau brute arrive dans la salle des filtres où elle subit une préfiltration (à priori pas indispensable
puisque l’on utilise une pompe doseuse) avant d’arriver au réacteur de contact avec le coagulant et la chaux. Il s’agit d’un réacteur cubique en béton (dimensions utiles : 1,15 m de haut et 1,04 m de côté) placé sur une plateforme au-dessus des décanteurs
L’eau brute retombe en cascade dans le compartiment
central pour passer dans le compartiment de gauche grâce à une perforation de 4x5 cm. En provenance de la pompe doseuse située dans la pièce des filtres et réactifs, le coagulant est ajouté au niveau de la perforation. La cascade procure une bonne oxygé-
nation de l’eau et, à priori, une bonne agitation du compartiment central pour assurer un mélange efficace
avec l’eau de chaux. Le compartiment de gauche sert de chambre d’équilibre entre les deux décanteurs grâce à deux départs de canalisation situés au même niveau.
L e principe de préparation d’eau de chaux dans un décanteur statique implique la gestion d’un lit de
chaux dans la partie saturateur du système. Dans un premier temps il a été décidé de mettre en suspen-sion la chaux au moyen d’un flux d’eau traitée ce qui serait la solution la plus simple. En cas de pro-blème il faudra avoir recours à une recirculation au moyen d’une petite pompe. Une vanne de fond per-mets la vidange et le nettoyage du décanteur. Chaque jour l’opérateur aura pour tâche d’introduire envi-ron 2kg de chaux dans le saturateur et de régler le débit d’eau en fonction de la dose de chaux souhaitée.
Comme il n’est pas question de demander aux opérateurs de réaliser des déterminations précises de l’équilibre calco-carbonique de l’eau, il a été décidé d’ajouter des doses de chaux correspondantes au tiers de la dose de coagulant (30 à 100 mg/l de sulfate d’alumine suivant la période) ce qui a donné des
résultats probants dans plusieurs séries d’ essais de Jar tests réalisés durant l’hivernage. Sachant que la solubilité de la chaux entre 20 et 30°C est de 1,4 à 1,5 g/l, on peut aisément calculer le débit d’eau de
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chaux requis. Des essais avec des débits d’alimentation de 60 et 120 l/h ont donné des résultats encoura-geants.
Sur les deux stations, la vanne de réglage de l’alimentation en eau du saturateur est placée pratiquement
au niveau du sol ce qui rend peu pratique et long le réglage du débit (2 personnes nécessaires). Il a été fortement recommandé de modifier l’installation pour que cette vanne soit située à proximité du satura-teur et que lui soit adjointe un rotamètre. Dans les prochaines installations il est également conseillé d’installer une vanne de fond qui faciliterait le nettoyage de la partie centrale du système.
Au moment de la rédaction de ce document il faut reconnaître que l’on manque encore de recul sur le fonctionnement de ce système de correction du pH.
C. Filtration
Dans les stations équipées de décanteurs cylindriques, la reprise de l’ eau décantée se fait dans le
décanteur proprement dit grâce à une crépine suspendue à un flotteur (voir plus haut) alors qu’avec les décanteurs parallélépidiques elle se fait dans une bâche séparée (environ 3m3) alimentée sur le
principe des vases communicants, équipée d’une sonde de niveau et accessible par le haut de la station. Un sur-presseur, placé dans la salle des filtres, envoie l’eau dé-cantée sur les filtres à une pression telle que l’eau puisse traverser les filtres et arriver en haut du château d’eau à
un débit correspondant au débit de l’usine. Deux exemples de pompes : à Fanaye Walo, pompe de type Aquajet 151/100M de 5,5 m3/h, HMT de 15m (disponible à Dakar) ; à Bokhol, pompe Grundfos de 10 m3/h , HMT de 80m (disponible à Dakar) avec un château d’eau distant de plus d’un kilomètre.
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Les filtres sous-pression utilisés sont du type Netafilm (disponibles à Saint-Louis, garantie de la
coque métallique 6ans). Dans la gamme qui nous intéresse, plusieurs diamètres sont disponibles de 20’’ (0,36 m²) à 36’’(0,66 m²). En considérant une vitesse de filtration de 5m/h, Fanaye Walo et Kharé ont été équipés de 2 filtres de 20’’ et Ndiakhaye de 3 filtres tandis qu’avec une vitesse de
7m/h Bokhol et Thiangaye ont respectivement 3 et 2 filtres de 36’’.
Le matériau filtrant correspond à un bi-couche sable/ anthracite : à titre d’exemple le filtre de Fanaye Walo est composé de 2 sacs de gravier de 25kg (1,0/2,0), 4 sacs de sable fin (0,5mm) de
25kg, et 1 sac de 37 kg d’anthracite (1,4 à 2 mm). L’anthracite doit être commandée en Europe. Ces chiffres sont à multiplier par 2 pour les filtres de 36’’.
Kharé (2 filtres de 20’’) Bokhol (3 filtres de 36’’)
Le rétrolavage se fait avec de l’eau traitée en provenance du
château d’eau dans lequel une chicane a été mise en place pour assurer la disponibilité permanente d’eau pour l’opération.
Au démarrage du rétrolavage, une vanne papillon doit être
manœuvrée avec précaution pour éviter la désorganisation des différents matériaux filtrants.
A droite : remplissage d’un filtre à Bokhol
Comme la fréquence de rétrolavage dépend de la qualité de l’eau décantée, elle doit être détermi-
née sur place (courbe de percée de filtre) et l’efficacité de la filtration contrôlée par des mesures régulières de turbidité. Dans la pratique, il a été recommandé d’effectuer un rétrolavage au mini-mum toutes les 40 heures. Il est vraisemblable que la qualité de l’eau décantée soit un peu dégra-dée pour des turbidités d’eau brute de 1000 NTU, ce qui doit entraîner une augmentation de la fréquence de rétrolavage.
Pour leur prix, leur efficacité et leur facilité d’emploi ; ces filtres se sont révélés correspondre à un
bon choix. Seul regret : on ne peut pas voir ce qui se passe à l’intérieur pendant la phase de fonc-tionnement.
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D. Désinfection au chlore
Voir plus haut le paragraphe « Préparation et injection de Réactifs »
E. stockage d’eau traitée
Si l’on excepte le cas de Bokhol, il a été nécessaire de construire un château d’eau sur chacun des
sites avec les volumes suivants : Fanaye Walo (40 m3), Kharé (40 m3),Ndiakhaye (40m3), Thian-gaye (80m3).
Ces réservoirs sont équipés d’une poire de niveau, d’une poire coupe circuit et d’un reniflard. Une
sonde de niveau avec connexion au local technique autorise un fonctionnement entièrement auto-matique de la station de Thiangaye ce qui n’a pas été possible à BoKhol en raison de l’éloignement du château d’eau. Dans cette dernière, un fonctionnement automatique serait pos-sible avec l’installation d’une horloge. Une crépine est montée sur la canalisation de sortie.
Deux grands types de construction :
Les châteaux d’eau sont en principe dimensionnés sur un horizon de demande en eau de 20 ans.
F. Installation électrique
Quelques modifications sont à recommander par rapport à la situation actuelle :
Certaines installations électriques comme à Bokhol et Thiangaye ne sont pas équipées de
protection différentielle qui permet d’assurer la protection des personnes. Il faut qu’il y ait
une protection de 500mA à l’entrée de la station.
Pour la commande électrique de l’installation (voyant, commutateur, capteur, relais), il est
fortement recommandé d’utiliser un transformateur de sécurité 230V/12V surtout si
l’installation n’est pas équipée de protection différentielle et que l’on utilise des capteurs
de niveau immergés.
Lorsqu’il n’y pas de transmission de données de niveau entre le réservoir et la salle tech-
nique (par exemple à Bokhol), l’installation d’un interrupteur horaire pour le pilotage de la
station serait très utile. Il permettrait de programmer les heures de marche et d’arrêt et
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ainsi éviter l’intervention immédiate d’un opérateur pour arrêter et mettre en route la sta-
tion. Il est toutefois important de rappeler qu’il est préférable d’avoir un fonctionnement
régulier sur une longue période de temps plutôt que d’avoir un fonctionnement trop haché.
Il est conseillé de laisser 15 à 20 % d’espace libre
lors de la création d’un coffret électrique. Cet es-
pace libre peut s’avérer utile dans le cas d’une
évolution ou d’une modification de l’installation.
Dans le cas de Bokhol et Thiangaye (photo) il se-
ra difficile de modifier l’ installation (ajout d’un
transformateur, d’un dispositif différenciel, d’un
relais, etc..)
La numérotation des fils ainsi que le report des
ces numéros sur le schéma peut être utile lors
d’un dépannage électrique.
3. Commentaires généraux
Grâce au retour d’expérience, il y a eu une évolution certaine entre la première et la dernière des stations construites, toutefois les concepteurs ont toujours eu à cœur de standardiser au maximum les équipements pour augmenter la compétence des entreprises locales et utiliser des matériels disponibles localement.
Implantation au sol : dans les premières stations la distance entre les différents équipements, dé-
canteurs cylindriques, salle technique (réactifs et filtres) et château d’eau est relativement grande, ce qui entraîne la mise en place d’un réseau important de canalisations avec un certain nombre d’inconvénients : en-
combrement, mauvaise réparti-tion des débits entre les deux décanteurs, trop de coudes, ..).
Ce problème est amplifié lorsque deux éoliennes s’ajoutent à l’ensemble. Beaucoup plus com-
pactes, les stations de Bokhol et de Thiangaye ne présentent pas ce type de problème.
Par souci d’économie, la surface au sol des salles techniques est réduite au minimum ce qui, dans certains cas, complique la tâche de l’opérateur et offre peu de possibilités pour installer une table
destinée à prendre des notes et à réaliser certaines mesures de contrôle (demande en chlore,…). Si l’on veut que les opérateurs remplissent des cahiers de suivi et fassent quelques expérimentations, il vaudrait mieux qu’ils n’aient pas à le faire « sur leurs genoux ».
Echelles et plateformes : le suivi visuel de ce qui se passe dans les décanteurs impose de monter
sur des échelles verticales et de se maintenir sur une étroite plateforme horizontale, ce qui n’est pas très « incitatif ». Sur les décanteurs cylindriques, il semble difficile d’imaginer une solution alter-
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native. Le cas de Bockol et de Thiangaye est différent. L’existence du système d’injection de coa-gulant et surtout de chaux sur le dessus des décanteurs va impliquer de monter fréquemment, avec les mains prises par un sac ou un seau. Il est donc recommandé de remplacer l’échelle d’accès au système par un véritable escalier installé le long du mur (voir photo ci-dessus, flêche rouge).
IV. OPERATION ET MAINTENANCE LEGERE
1. Continu, semi-continu, batch ?
Bien qu’un simple automatisme permettrait de les faire fonctionner en continu, les installations
avec décanteurs cylindriques ont été dimensionnées pour fonctionner en semi-continu: le débit est
donné par la vanne de réglage associée au pompage d’eau brute. La capacité nominale journalière
de production est donc obtenue en faisant fonctionner la station, à débit constant, pendant une
dizaine d’heures. L’installation est arrêtée une quinzaine d’heures, à priori nocturnes, avant de
redémarrer le jour suivant. La capacité nominale journalière de production de chaque station cor-
respond à la demande en eau à l’horizon 6 ans (durée de vie du matériel tournant installé dans la
station).
Dans la pratique, les consommations en eau des premières années sont bien en-deçà de celles de l’horizon 6 ans : à titre d’exemple la consommation d’eau de Fanaye Walo a été d’environ 6 m3 /j durant sa première année de fonctionnement, alors que la capacité de production est d’environ 3 m3 /h. Cela conduit l’opérateur à ne faire fonctionner l’installation que tous les 2 ou 3 jours et l’incite à opérer par bâchée : pour profiter d’un temps de contact dans le décanteur de 24h ou plus et ainsi obtenir une eau décantée de meilleure qualité. Ce fonctionnement en batch ne sera toute-
fois plus possible lorsque la consommation augmentera de façon significative.
Les installations de Thiangaye et de Bokhol ont été prévues pour fonctionner en automatique en
continu ou semi-continu. Dans la mesure où le pompage de l’eau décantée ne se fait pas directe-ment dans le décanteur elles ne peuvent pas fonctionner en batch. La capacité nominale de pro-duction est obtenue avec une durée d’opération d’une douzaine d’heures par 24 heures.
Si, pendant les premiers mois de l’hivernage, la dégradation de qualité de l’eau décantée ne peut
être maîtrisée par une adaptation du taux de traitement, l’opérateur a le choix entre deux solutions : (i) augmenter la fréquence de rétrolavage des filtres en contrôlant la turbidité de l’eau filtrée et (ou) (ii) diminuer la vitesse de décantation et compenser cette baisse en augmentant la durée jour-nalière de fonctionnement. Dans la pratique c’est la première solution qui est préférée.
2. Missions des opérateurs :
Les opérateurs ont à accomplir un certain nombre de tâches plus ou moins régulières qui vont du
nettoyage de la station à des petites expérimentations de chimie, on peut relever les suivantes :
A. Mise en route « journalière »
Relever les valeurs de tous les niveaux d’eau et compteurs.
Contrôler l’homogénéité des solutions de réactifs et si nécessaire agiter les cuves.
Ouverture progressive du débit de pompage pour éviter des remontées du lit de boues.
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Mettre en route le pompage d’eau décantée après avoir vérifié que le niveau d’eau était
suffisant dans les installations de reprise (décanteur ou bâche de reprise)
Mesurer la turbidité de l’eau brute et, en cas de variation importante de turbidité par rap-
port à la veille faire un jar-test pour modifier le taux de traitement
Mesurer la turbidité de l’eau filtrée et si nécessaire démarrer des rétrolavages filtre/filtre.
Mesurer la teneur en chlore libre résiduel à l’entrée et à la sortie du réservoir et si néces-
saire adapter le taux de traitement pour obtenir une teneur ≥ 0,5 mg/l. Après un arrêt pro-
longé de la station (≥ 24h), il est possible (probable) que la teneur en chlore de l’eau de
distribution (aval du réservoir) soit insuffisante , ne pas hésiter alors à utiliser des taux de
chloration nettement plus élevés jusqu’à obtenir des concentrations ≥ 0,5 mg/l en sortie.
Dans les usines équipées d’un système de correction de pH : adapter le débit d’eau traitée
admise dans le saturateur pour obtenir un dosage de chaux correspondant au tiers de la
dose de coagulant.
B. Opérations à réaliser de façon régulière durant toute la phase de fonctionnement
Contrôler régulièrement les différents paramètres de qualité, chlore résiduel et turbidité,
aux différents points de prélèvement et si nécessaire changer les taux de traitement.
Vérifier l’état des décanteurs : (i) absence d’odeurs, de mousses, d’irisations en surface :
en cas de dégradation importante de qualité, arrêter l’installation
et essayer d’expliquer et résoudre le problème au niveau de la
prise d’eau.
- (ii) état et niveau du lit de boues. Le recours à un disque de Sec-
chi a été recommandé mais la formation sur son utilisation a été
insuffisante pour qu’il soit réellement utilisé.
Les boues doivent être régulièrement soutirées pour main-
tenir le lit de boues dans le fond du décanteur et pour éviter la
formation d’une importante zone anaérobie qui pourrait entraîner
la libération d’ammoniaque (problème important relevé sur le décanteur de Ndiakhaye).
Un protocole d’évacuation de boues a été fourni. Il est basé sur l’évacuation mensuelle de
25% du volume total du décanteur. Cette opération peut se faire en une ou plusieurs fois (
exemple : 25%/4 si on le fait une fois par semaine). Pendant le premier mois d’hivernage
la quantité de particules de l’eau brute du fleuve Sénégal et du Ngalenka est de 20 à 50
fois plus élevée ce qui peut nécessiter d’adopter une fréquence plus importante.
Filtres : suivre attentivement l’évolution de la turbidité de l’eau filtrée et essayer de pré-
voir quand lancer un rétrolavage (turbidité proche de 5 NTU) en prenant en compte le ni-
veau de turbidité de l’eau décantée et sa possible dégradation. Dans la pratique la recom-
mandation est de ne pas dépasser 40 heures de fonctionnement.
Si l’opérateur a l’impression qu’il a mal contrôlé la vitesse de rétrolavage, ouvrir le regard
situé sur le dessus du filtre pour s’assurer que les deux couches de matériau filtrant (an-
thracite et sable) ne sont pas complètement mélangées.
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Chloration : il est capital d’avoir conscience que la désinfection est une étape essentielle
et ce d’autant plus que la limite de turbidité a été fixée à un niveau relativement haut ( 5
NTU).
Il faut donc contrôler plusieurs fois par jour la concentration en chlore de l’eau en amont et en aval du réservoir et maintenir les 0,5 mg/l en chlore libre. En cas de difficulté contrôler l’homogénéité de la solution d’hypochlorite de calcium de la cuve de réactif et le bon fonctionne-ment des dosatrons ou pompes doseuses. Si le problème persiste, ne pas hésiter à faire une de-mande en chlore (protocole fourni), voire une cinétique de disparition du chlore. Garder présent à l’esprit qu’ 1 mg/l d’ammoniaque consomme environ 10 mg/l de chlore.
La présence occasionnelle d’ammoniaque relevée sur le Ngalenka et le lac Guiers explique vrai-
semblablement le fait que les contrôles effectués par SEMIS durant le premier semestre 2008 ont révélé là plusieurs reprises la quasi absence de chlore résiduel dans l’eau traitée. Il est également important de contrôler la teneur en chlore de plusieurs points du réseau (une fois par semaine).
Correction de pH pour les installations qui ont cette possibilité : en cas de changement de
dose de coagulant , adapter le débit d’eau traitée envoyée dans le saturateur de chaux et vé-
rifier régulièrement le bon fonctionnement de ce dernier si possible en mesurant le pH de
l’eau coagulée. A l’arrêt de la station, vidanger et nettoyer le saturateur.
C. Maintenance légère
Prise d’eau : nettoyer la crépine de la pompe. La fréquence est déterminée au cas par cas.
La recommandation est 2 fois par mois.
Préfiltres : nettoyer une fois par jour les préfiltres en démontant l’appareil pour sortir la
cartouche filtrante
La photo de droite correspond à un nettoyage fait à Ndiakhaye. L’analyse des particules retenues a
montré la présence de Lymneas (vers responsables de maladies hépatiques chez les animaux), de Globosus et de Forskalii (mollusques porteurs du parasite responsable de la bilharziose) analyses faites par le Laboratoire « Espoir pour la Santé ».
Dosatrons : malgré la présence de préfiltres ces appareils finissent par se boucher ce qui
conduit à baisser leur débit et fausse les dosages des réactifs. il faut donc les démonter et les net-
toyer par rinçage à l’eau.
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Nettoyage du filtre
Nettoyage de la partie dosage
Ne pas oublier de graisser les filetages et serrer les différents éléments à la main
La fréquence de nettoyage est à déterminer au cas par cas.
Pompes doseuses : ne pas oublier de les mettre en marche et de les arrêter si ce n’est pas
fait de façon automatique. Elles doivent être nettoyées à l’eau claire une fois par mois.
Bacs de réactifs et crépines d’aspiration : vérifier qu’il n’y pas de quantités importantes
de précipités dans le fond des bacs. Si c’est le cas les vider et les rincer à l’eau. Nettoyer
régulièrement les crépines d’aspiration.
Pompe de reprise : nettoyer la crépine d’aspiration ainsi que l’environnement de la
pompe dont il faudra écouter le rythme. Vérifier le débit de la pompe au niveau du château
d’eau au cas ( le clapet anti-retour peut présenter des problèmes).
Décanteurs : nettoyer une fois par an en essayant de conserver une partie du lit de boues.
Filtres : en cas de problème de baisse importante de l’efficacité d’un filtre, changer le
matériau filtrant.
Château d’eau : vider et nettoyer une fois par an. Au démarrage, la dose de chlore pourra
être augmentée jusqu’à remplissage au niveau voulu.
3. Formation des opérateurs / cahiers de suivi
Chacune des usines décrites est exploitée par 2 opérateurs qui, pour la plupart, sont opérateurs de station mais aussi maraîchers ce qui est susceptible de poser des problèmes à certaines saisons
surtout lorsqu’il s’agira de produire des débits plus importants qu’aujourd’hui une double activité, l’agriculture et l’opération de la station d’eau potable. Certains des opérateurs ont des difficultés avec le maniement du français ce qui a souvent nécessité le recours à une traduction en wolof ou pulaar.
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La formation a été assurée en plusieurs temps :
Formation détaillée et spécifique lors de la mise en route de l’installation
Organisation d’un atelier de formation pour tous les opérateurs du programme Alizés les
15,16 et 17 février 2008. Au programme : (i) les principes du traitement des eaux : sur-
veillance de la ressource, différents procédés, exploitation et contrôle du réseau. (ii)les
opérations de maintenance des différents équipements et (iii) les cahiers de suivi. Des
travaux pratiques (jar-test et demande en chlore) et des visites d’usine ont été également
organisés.
Un format type de cahier de suivi a été généré à partir d’une étude des risques sanitaires par la méthode HACCP ( Hazard Analysis Critical Control Point). Cette étude, faite de façon assez ex-haustive, a le mérite d’avoir fait le tour des problèmes potentiels mais a conduit à générer des
cahiers de suivi constitués de plusieurs pages de tableaux.
Malgré plusieurs sessions de formation, il faut se rendre à l’évidence : dans la pratique, les cahiers de suivi ne sont pas remplis à l’exception sans doute des volumes d’eau produits chaque jour. (la
station de Ndiawdoune du programme Alizé1 a toutefois un cahier de suivi simple mais correcte-ment rempli.)
L’explication est relativement simple : (i) le grand nombre de paramètres listés ne faisait pas suf-
fisamment ressortir les paramètres critiques, (ii) les tableaux distribués sont en français alors que bon nombre des opérateurs ont des difficultés pour manier cette langue et (iii) ces cahiers ont été générés de façon unilatérale (up-down).
La mise à jour journalière de ces cahiers de suivi est essentielle pour « l’auto-formation » des
opérateurs qui peuvent ainsi mieux connaître leur ressource, l’efficacité des stations de traitement et les coûts associés.
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V. COUTS D’INVESTISSEMENT
VI. POINTS FORTS ET POINTS FAIBLES DU PROGRAMME ALIZES
2/STATIONS
1. Points forts
Le principal point fort de cet ensemble de stations tient à la standardisation des principes de cons-
truction et de fonctionnement. Cela a permis de développer la compétence des entreprises locales et d’organiser un atelier de formation collectif des opérateurs avec échange d’expérience et tenta-tive d’impulser entre eux une collaboration durable pouvant aller à une mutualisation des achats.
Les matériaux et équipements sont pratiquement tous disponibles localement ou à Dakar.
La standardisation des stations n’a pas empêché de mettre à profit le retour d’expérience des pre-
mières stations pour faire évoluer le système de production. Il y a eu une évolution certaine entre la première et la dernière des stations construites.
Les stations équipées de décanteurs cylindriques ont l’avantage de pouvoir fonctionner en batch
(pompage d’eau décantée directement dans le décanteur) ou en semi- continu (nombre d’heures de fonctionnement journalier en fonction de la demande). Le fonctionnement par bâchée peut être intéressant la (ou les) première année si la demande en eau est nettement inférieure à celle de di-
mensionnement. Cela peut également être utile pour produire des petites quantités d’eau en cas de mauvais fonctionnement de l’installation (ex. : problème de filtration ou grand pic ponctuel de turbidité,….). Par contre Bokhol et Thiangaye ne peuvent pas fonctionner par bâchée.
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Bien que toutes ces stations puissent fonctionner en continu, dés aujourd’hui pour Thiangaye et
Bokhol, après adjonction d’un simple automatisme pour les autres, le dimensionnement a été fait sur la base d’un fonctionnement d’une dizaine d’heures /24h. En fonctionnant plus longtemps, cela ouvre la possibilité de produire plus ou au contraire de baisser la vitesse de décantation en cas de
très forts pics de turbidité dans l’eau brute.
Présidents et opérateurs se sont aussi révélés être très motivés.
2. Points faibles
En matière de qualité d’eau brute, les études de faisabilité se sont appuyées sur les données exis-
tantes mais celles-ci étaient insuffisantes pour définir les quelques paramètres critiques qui allaient entraîner des difficultés d’opération (ex. : désinfection et NH4+, pH,..)
Pour différentes raisons déjà vues, les cahiers de suivi ne sont pas remplis correctement, ce qui a
plusieurs conséquences néfastes : (i) manque de retour d’information sur l’efficacité des différents éléments de la chaîne de traitement durant les 2 ou 3 premiers mois critiques de l’hivernage. (ii) sans « historique », les opérateurs ne vont pas pouvoir progresser par « auto-apprentissage ».
Par suite du retard dans la réalisation du programme, il n’a pas été possible de continuer le suivi
externe du bon fonctionnement des installations. Ceci est regrettable à plusieurs titres: (i) les der-niers contrôles réalisés durant le premier trimestre 2008, donc hors hivernage, on montré que l’on distribuait régulièrement de l’eau sans chlore. (ii) on n’a aucun retour d’information détaillée sur le fonctionnement des deux dernières stations en particulier durant l’hivernage 2009. (iii) si le
système de correction de pH installé se révélait innovant et « séduisant » il n’a jamais été testé de façon convenable.
La construction dans la même région d’une série de stations standardisées devrait permettre un
certain degré de mutualisation des moyens. Il serait particulièrement intéressant que l’un des opé-rateurs (bien choisi) reçoive une formation particulière afin d’assurer une mission d’assistance technique (contrôle et résolution des problèmes) auprès des autres stations. Il faudrait que son sa-laire soit suffisamment élevé pour qu’il ne soit trop tenté de partir et qu’une partie de ce salaire soit financé par les autres services d’eau.
ANNEXE : Schéma du système de correction de pH et addition de coagulant
