Le fluorure est un contaminant des eaux souterraines naturellement présent dans les roches et les sols (généralement des sédiments d'origine volcanique). À des niveaux supérieurs à 1,5 mg/L, il peut nuire à la santé humaine. Comme les effets sur la santé résultent d'une consommation prolongée, l'élimination du fluorure est principalement pertinente pour la phase de relèvement et les situations d'urgence prolongées.

Le fluorure peut être éliminé des eaux souterraines par adsorption sur des matériaux filtrants à base de phosphate de calcium ou d'oxyde d'aluminium, par des processus de traitement par précipitation et coagulation, ou par osmose inverse. En ajoutant des produits chimiques tels que des sels de calcium et d'aluminium, des précipités se forment qui lient le fluorure et peuvent être éliminés par des étapes de sédimentation et de filtration conventionnelles. La technique Nalgonda utilise du sulfate d'aluminium et de l'hydroxyde de calcium (chaux) comme coagulants. D'autres techniques incluent l'électrocoagulation et la technique de Nakuru, cette dernière étant un mélange de processus de précipitation et d'adsorption. Pour l'adsorption et l'échange d'ions, l'eau contaminée au fluor passe à travers une couche de matériau poreux ( « lit de contact ») qui élimine le fluorure de l'eau par échange d'ions ou adsorption sur le matériau du lit de contact. Les matériaux de lit de contact appropriés comprennent l'alumine activée ou les matériaux à base de phosphate de calcium tels que l'hydroxyapatite synthétique et le charbon d’os. Un avantage important des techniques d'adsorption est que de nombreux matériaux filtrants peuvent être régénérés.

Considérations sur la conception

Les techniques nécessitant l'ajout quotidien de produits chimiques pour la coagulation et la précipitation du fluorure (par exemple, la technique Nalgonda) ne sont pas si pratiques au niveau des ménages, car l'opération quotidienne (dosage chimique, agitation, décantation, élimination des boues) prend du temps et est sujette aux erreurs. Les méthodes d'adsorption/échange d'ions sont donc préférées pour les systèmes domestiques, où la quantité d'eau filtrée est généralement comprise entre 20 et 40 L/jour. Les filtres sont généralement composés de deux chambres, l'une remplie d'adsorbant ou de résine échangeuse d'ions et l'autre pour stocker l'eau propre. Lorsque l'eau est contaminée par des bactéries, des éléments filtrants en céramique sont utilisés avant ou après le traitement au fluorure. Pour la filtration au niveau domestique, il est important de calculer le temps prévu de saturation du matériau filtrant en fonction de sa capacité d'absorption, de la concentration en fluorure de l'eau brute, et de la quantité d'eau filtrée par jour. A proximité du point de saturation, le fluorure dans l'eau traitée doit être analysé par le filtre répartiteur et le matériau doit être remplacé ou régénéré si nécessaire. La régénération devra être organisée hors site et effectuée par du personnel formé (manipulation des acides et des bases). La capacité d'Élimination du fluorure diminue à chaque cycle de régénération. La plupart des techniques peuvent éliminer plus de 90 % du fluorure, bien qu'un pH/alcalinité plus élevé puisse rendre certaines techniques moins efficaces (par exemple, l'alumine activée et la coagulation/précipitation sont moins efficaces à des niveaux plus élevés).

Matériaux

Les Filtres d'élimination du fluorure peuvent être construits localement à l'aide de seaux. Le charbon d’os ainsi que l'hydroxyapatite synthétique peuvent également être produits localement, mais nécessitent une formation et des investissements dans les installations de production. L'alumine activée peut ne pas être disponible localement.

Applicabilité

Le fluorure est un élément essentiel à la formation de l'émail des dents et des os, mais la consommation d'eau potable à forte concentration sur une longue période peut entraîner une grave dégradation des dents et des os. La valeur guide fixée par l'Organisation mondiale de la santé pour le fluorure dans l'eau potable est de 1,5 mg/L. Des cartes des risques sont disponibles (par exemple, Groundwater Assessment Platform) montrant les régions avec une forte probabilité de teneur élevée en fluorure dans les eaux souterraines. Selon le nombre de membres de la famille et la capacité du système domestique utilisé, il peut être nécessaire de séparer l'eau traitée utilisée pour boire et cuisiner, et l'eau non traitée utilisée pour le lavage des mains, le bain et la lessive, et il faut veiller à ne pas mélanger les récipients. Comme les effets sur la santé sont dus à la consommation à long terme, la technologie est plus adaptée à la phase de relèvement et aux situations d'urgence prolongées survenant dans les zones à haut risque de teneur élevée en fluorure. Lorsque la Coagulation est utilisée pour d'autres raisons, la concentration de fluorure peut également être réduite.

Fonctionnement et entretien

Le fonctionnement des systèmes domestiques de Filtres d'élimination du fluorure est généralement simple pour les utilisateurs. Le temps de contact nécessaire entre l'eau et le lit filtrant, qui diffère selon le matériau filtrant, doit être respecté pour assurer une élimination efficace du fluorure. Le contrôle régulier de la qualité de l'eau, le remplacement et/ou la régénération du matériel doivent être organisés par le distributeur/vendeur des filtres et nécessitent la coopération de l'utilisateur. Lorsque la capacité d'absorption des filtres domestiques est atteinte, le fluorure est éliminé en faisant passer une solution basique sur le lit filtrant, suivie d'une solution acide pour la réactivation. Les produits chimiques doivent être stockés et manipulés avec soin par du personnel bien formé dans un centre de service. Le média filtrant peut ensuite être réutilisé pour une élimination supplémentaire du fluorure.

Santé et sécurité

Les technologies d'élimination du fluorure n'éliminent pas la contamination microbiologique et une post-filtration ou une post-désinfection peut être nécessaire. L'eau traitée doit toujours être stockée dans des filtres ou des récipients de stockage d'eau sûrs. Les boues, les solutions de régénération ou les médias filtrants saturés présentent des risques pour la santé et l'environnement et doivent être éliminés en toute sécurité (par exemple, enfouissement loin des sources d'eau potable). Les opérateurs impliqués dans la production ou la régénération des médias filtrants doivent être formés aux mesures de sécurité personnelle, telles que l'utilisation correcte des équipements de protection.

Coûts

Les coûts des filtres simples fabriqués localement peuvent varier entre 20 et 40 USD lorsque les installations de production sont en place. La production de charbon d’os demande beaucoup de main-d'œuvre et d'infrastructures, et ces coûts doivent être pris en compte. Pour les produits commerciaux nécessitant une importation et un transport, les coûts peuvent augmenter jusqu'à 50 à 100 USD par filtre. Cependant, la régénération du matériau réduit les coûts permanents. Dans certains pays touchés (par exemple, l'Éthiopie et le Kenya), les petits prestataires ont adopté des modèles commerciaux basés sur les prêts ou la prestation de services.

Considérations sociales et environnementales

Le charbon d’os peut ne pas être acceptable dans certaines régions pour des raisons religieuses ou culturelles. Le besoin de traitement de l'eau peut ne pas être évident pour les utilisateurs, et des campagnes d'information et des interventions de changement de comportement (voir X.16) peuvent être nécessaires. Les boues, les solutions de régénération ou les médias filtrants saturés présentent des risques pour l'environnement et doivent être éliminés en toute sécurité loin des sources d'eau potable ou des terres utilisées dans l'agriculture.