Evaluation de la qualité et traitabilité des ressources en eaux de surface du Ghana

Assessment of the quality and treatability of surface water resources in Ghana

• Auteur / Autrice : Isaac Osei-safo
• Direction : Justine Criquet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie organique, minerale, industrielle - LASIRE
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LAboratoire de Spectroscopie pour les Interactions, la Réactivité et l'Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Physico-chimie de l.Environnement (PCE)

Mots clés

Mots clés libres

Qualité de l'eau

L'eau surface

Traitabilité d'eau

Water quality

Surface water

Water treatment

Résumé

La disponibilité de ressources en eau abondantes n'est pas synonyme d'accès à l'eau potable pour tous et partout. Les pays d'Afrique subsaharienne en sont un exemple frappant. En effet, la quantité d'eau disponible dans ces pays est relativement importante, par exemple le Ghana dispose d'environ 2 000 m3/an/habitant ce qui le place au-dessus du niveau de stress hydrique considéré à 1700 m3/an/habitant. Cependant, le manque d'infrastructures et d'investissements a entraîné une pénurie d'eau potable. En effet, de nombreux Ghanéens, par manque de confiance, consomment de l'eau potable en bouteille et, s'ils ne sont pas raccordés au réseau de distribution, disposent d'un puits individuel. Les moins fortunés achètent de l'eau pour les besoins domestiques et s'abreuvent aux points de vente dans les quartiers (puits construits par des propriétaires privés) ou utilisent des eaux de surface souvent polluées. Aujourd'hui, les défis économiques liés à la chute drastique de la monnaie ghanéenne (qui baissera d'environ 40% par rapport au dollar d'ici 2022) fragilisent encore plus la société publique nationale de production d'eau potable. En effet, le coût de production de l'eau a récemment été multiplié par 4 en raison de l'augmentation du coût des réactifs importés et de l'énergie. Le Ghana produit une grande partie de son eau potable pour la population urbaine à partir d'eaux de surface (49 stations sur 91). Ce type d'eau, complexe à traiter, présente plus de risques de défauts de qualité, notamment en termes de désinfection. La chloration de l'eau apporte un immense bénéfice du point de vue de la sécurité sanitaire de l'eau distribuée, réduisant le nombre d'épidémies d'origine hydrique. Cependant, il est nécessaire de mesurer le risque associé à la formation concomitante de sous-produits. La formation de DBP est surveillée depuis de nombreuses années en Europe et aux États-Unis, mais aussi dans le monde entier. Les législations des différents pays et les recommandations de l'OMS se basent principalement sur deux familles de composés, les trihalométhanes et les acides haloacétiques, en partant du principe que la limitation de ces composés conduirait à une limitation globale de tous les SPD possibles (plus de 700 identifiés à ce jour). Notre récente analyse (février 2023) sur une eau potable d'Accra montre une concentration inquiétante de trihalométhanes (100 µg/L pour la somme des 4 composés habituellement réglementés, ce qui correspond à la ligne directrice de l'UE et dépasse celle des États-Unis qui fixe la limite à 80 µg/L). Le Ghana a intégré les sous-produits de désinfection dans sa législation, mais n'effectue pas de contrôle de qualité de son approvisionnement en eau en raison d'un manque d'expertise dans l'analyse des SPD. Le présent sujet de thèse se concentrera sur l'évaluation de la qualité des principales ressources en eau de surface du Ghana utilisées pour la production d'eau potable. Différents sites seront choisis en fonction de la population couverte, des processus de traitement des ressources en eau et de l'accessibilité. Un effort sera consacré à la caractérisation de la matière organique, principal précurseur de la formation de DBP. Le doctorant travaillera sur l'évaluation de la réactivité de cette matière organique vis-à-vis des réactifs de chloration, ce qui permettra d'évaluer le risque de formation de sous-produits de désinfection dans chaque eau. Des conditions forcées permettront d'évaluer les quantités maximales de DBP pouvant être formées et donc les risques associés à la potabilisation de ces eaux. Des conditions plus réalistes permettront également d'évaluer les sous-produits dits émergents qui ne figurent pas dans les différentes législations mais qui peuvent être plus toxiques (par exemple, les trihalométhanes iodés ont été trouvés à des concentrations élevées dans notre première analyse). D'autres précurseurs de DBP seront également analysés (bromure, iodure et ions ammonium) afin de mieux évaluer la spéciation et de prévoir leur formation.

The availability of abundant water resources is not synonymous with access to safe drinking water for everyone, everywhere. Sub-Saharan African countries are a striking example. Indeed, the quantity of water available in these countries is relatively large, for example Ghana has about 2,000 m3/year/inhabitant which places it above the level of water stress considered at 1,700 m3/year/inhabitant. However, the lack of infrastructure and investments have resulted in a lack of drinking water supply. Indeed, many Ghanaians, due to lack of confidence, consume bottled drinking water and if they are not connected to the distribution network have an individual well. The less fortunate buy water for domestic needs and drink from outlets in the neighborhoods (wells built by private owners) or use surface water that is often polluted. Today, the economic challenges linked to the drastic fall of the Ghanaian currency (which will fall by about 40% against the dollar by 2022) are further weakening the national public drinking water production company. Indeed, the cost of water production has recently increased by a factor of 4 due to increases in the cost of imported reagents and energy. Ghana produces a large part of its drinking water for the urban population from surface water (49 stations out of 91). This type of water, complex to treat, presents more risks of quality defects, especially in terms of disinfection. The chlorination of water brings an immense benefit from the point of view of the sanitary safety of distributed water, reducing the number of epidemics of water origin. However, it is necessary to measure the risk associated with the concomitant formation of byproducts. The formation of DBPs has been monitored for many years in Europe and the USA, but also worldwide. The legislation of the different countries and the recommendations of the WHO are mainly based on two families of compounds, trihalomethanes and haloacetic acids, based on the principle that the limitation of these compounds would lead to a global limitation of all possible DBPs (more than 700 identified to date). Our recent analysis (Feb. 2023) on a drinking water from Accra shows worrying concentration of trihalomethanes (100 µg/L for the sum of the 4 usually regulated compounds which corresponds to the UE guideline and exceeds the US one which sets the limit at 80 µg/L). Ghana has incorporated disinfection byproducts into its legislation, but does not conduct quality control of its water supply due to lack of expertise in the analysis of DBPs. The present thesis topic will focus on the assessment of the quality of Ghana's main surface water resources used for drinking water production. Different sites based on the population covered, water resource treatment processes and accessibility will be chosen. An effort will be devoted to the characterization of organic matter, the main precursor of DBP formation. The PhD candidate will work on the evaluation of the reactivity of this organic matter towards chlorination reagents, which will allow to evaluate the risk of formation of disinfection by-products in each water. Forced conditions will allow us to evaluate the maximum quantities of DBPs that can be formed and therefore the risks associated with the potabilization of these waters. More realistic conditions will also allow to evaluate the so-called emerging by-products which are not in the different legislations but which may be more toxic (e.g. iodinated trihalomethanes has been found at high concentration in our first analysis). Other DBP precursors will also be analyzed (bromide, iodide and ammonium ions) in order to better evaluate speciation and predict their formation.