Page 16 : Recommandations pour la qualité de l'eau potable au Canada : document technique - protozoaires entériques : Giardia et Cryptosporidium
Afin d'illustrer l'utilisation de l'évaluation quantitative du risque microbien (ÉQRM) appliquée à une installation municipale de traitement de l'eau, plusieurs essais relatifs à divers scénarios ont été analysés au moyen de données fictives et du modèle d'ÉQRM de Santé Canada (voir l'annexe D).
Dans la présente étude de cas, le système municipal de traitement de l'eau est approvisionné par une usine de traitement des eaux de surface qui prélève l'eau brute dans un grand cours d'eau. Les eaux du bassin versant entourant le cours d'eau sont en grande partie à l'état sauvage, leur turbidité est généralement faible (de 3 à 5 UTN), elles sont très colorées (35 unités de couleur vraie) et leur teneur en oxygène dissous est élevée (6,5 mg/L). Seules quelques petites collectivités se trouvent en amont de la ville, et les rejets d'eaux usées sont minimaux. Un grand nombre d'oiseaux aquatiques (bernaches du Canada, goélands et mouettes, et oiseaux de rivage) peuvent se trouver sur le cours d'eau durant la migration, et certains de ces oiseaux passent l'hiver dans les zones qui ne gèlent pas complètement. Quelques affluents principaux drainent les zones agricoles, ce qui peut contribuer à l'apport en nutriments et en pathogènes provenant des déchets d'origine animale dans le cours d'eau. Par conséquent, cette source d'eau particulière est considérée comme étant une eau de surface modérément touchée. Les données de surveillance des divers pathogènes dans l'eau brute ont été recueillies durant plusieurs années, et les concentrations moyennes qui en résultent sont présentées au tableau F1.
| Pathogène | Cryptosporidium (no/100 L) |
Giardia (no/100 L) |
Rotavirus (no/100 L) |
E. coli (Tableau 1 note de bas de page ufc/100 mL) |
Campylobacter (Tableau 1 note de bas de page ufc/100 mL) |
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Notes de bas de page du Tableau 1
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| Moyenne | 8,0 | 34,1 | 56,0 | 55,0 | 10,0 |
| Écart-type | 12,0 | 72,2 | 62,0 | 55,0 | 10,0 |
L'usine de purification de l'eau utilise un procédé conventionnel de traitement de l'eau qui comprend les étapes suivantes : tamisage grossier, coagulation, floculation, sédimentation, filtration sur lit double, désinfection au chlore, ajustement du pH et traitement à la chloramine. La municipalité compte 100 000 habitants, et la consommation quotidienne moyenne par habitant d'eau du robinet non bouillie est de 1,0 litre. On présume qu'il n'y a aucun autre traitement ou aucune autre désinfection de l'eau du robinet avant la consommation.
On estime que l'efficacité du procédé d'élimination physique est de l'ordre de 6,5 log pour le Cryptosporidium, de 6,0 log pour le Giardia, de 5,6 log pour les virus et de 2,7 log pour les bactéries, selon les résultats d'études de provocation à l'échelle pilote et à pleine échelle qui ont été menées au moyen de substituts dans des usines de traitement (voir le tableau F2). Il est important de mentionner que, même si ces taux d'élimination de l'ordre du log sont plus élevés que ceux de la plupart des usines de traitement des eaux de surface, ils ont été validés à l'échelle pilote et à pleine échelle pour ce procédé municipal de traitement lorsque tout fonctionne dans les conditions optimales.
En ce qui concerne la désinfection primaire, une concentration résiduelle typique de chlore libre de 0,50 mg/L est utilisée après un temps de contact de 60 minutes (pH = 6,0; température = 10 ºC). Le temps de contact est fondé sur le temps de séjour moyen, plutôt que sur la valeur T10, car cette évaluation vise à estimer la réduction moyenne « réelle » attribuable au procédé de traitement.
Premier exemple : Efficacité du processus de traitement existant
La réduction logarithmique globale des procédés actuels de traitement est présentée au tableau F2.
| Procédé | Cryptosporidium | Giardia | Rotavirus | E. coli | Campylobacter |
|---|---|---|---|---|---|
| Coagulation/sédimentation (log10) | 1,3 | 1,3 | 1,9 | 1,5 | 1,5 |
| Filtration (log10) | 5,2 | 4,7 | 3,7 | 1,2 | 1,2 |
| Inactivation au chlore (log10) | 0,0 | 1,3 | > 8,0 | > 8,0 | > 8,0 |
| Total (log10) | 6,5 | 7,3 | > 13,6 | > 10,7 | > 10,7 |
Au moyen du modèle d'ÉQRM et des réductions logarithmiques indiquées au tableau F2, le fardeau sanitaire moyen que représente la cryptosporidiose a été estimé à 1,92 × 10-10 AVCI/personne par année, et celui que représente la giardiase a été estimé à 4,51 × 10-11 AVCI/personne par année; la distribution des estimations est présentée à la figure F1. Les taux de morbidité dans cette plage de valeurs ne seraient pas raisonnablement détectés et sont bien inférieurs au niveau de risque de référence de 10-6 AVCI/personne par année.
Description de la figure de l'exemple F1
Un graphique qui montre la distribution du fardeau sanitaire annuel estimé qui est associé à la consommation d'eau potable produite au moyen des procédés actuels de traitement. La distribution du fardeau estimé est montrée pour chaque pathogène, à savoir le Cryptosporidium, le Giardia, les rotavirus, le Campylobacter et E. coli O157:H7. L'axe des x du graphique correspond au risque annuel de maladie exprimé en AVCI/personne par année. Il est présenté sur une échelle logarithmique, et les valeurs sur l'axe des x se situent entre 10-15 et 1. L'axe des y du graphique correspond à la fonction de distribution de probabilités normalisée. Il est présenté sur une échelle linéaire, et les valeurs sur l'axe des y se situent entre 0 et 1. Le niveau de risque de référence de 10-6 AVCI/personne par année est illustré sur le graphique par une ligne pointillée verticale. La distribution du fardeau sanitaire annuel estimé pour chaque pathogène est normale. La courbe de distribution va d'environ un peu moins de 10-11 à 10-9 pour le Cryptosporidium; un peu moins de 10-12 à 10-9 pour le Giardia; 10-15 à 10-13 pour les rotavirus; un peu plus de 10-11 à un peu moins de 10-8 pour le Campylobacter; et un peu moins de 10-11 à 10-9 pour E. coli O157:H7. Le pic de chaque distribution de probabilités est normalisé à 1.
Deuxième exemple : Effet de chaque procédé de traitement sur le risque associé aux pathogènes
Au moyen des mêmes données sur les sources et les traitements, on a étudié l'effet de chaque procédé sur le risque sanitaire associé aux pathogènes de référence. Les figures F2, F3 et F4 montrent le nombre moyen de maladies et les AVCI pour l'eau brute non traitée; l'élimination physique par coagulation, sédimentation et filtration seulement; et l'élimination physique par coagulation, sédimentation et filtration et l'inactivation par désinfection au chlore, respectivement.
Description de la figure de l'exemple F2
Un graphique en barres qui montre le fardeau sanitaire annuel estimé associé à la consommation d'eau d'un cours d'eau non traitée. Le fardeau sanitaire est montré pour chacun des cinq pathogènes (Cryptosporidium, Giardia, les rotavirus, Campylobacter et E. coli O157:H7), et le fardeau sanitaire total de l'ensemble de ces pathogènes est montré aussi. Sur l'axe des x du graphique sont indiqués les noms des cinq pathogènes et « pathogènes totaux ». L'axe des y du graphique correspond au risque annuel de maladie exprimé en AVCI/personne par année. Il est présenté sur une échelle logarithmique, et les valeurs sur l'axe des y se situent entre 10-15 et 10. Le niveau de risque de référence de 10-6 AVCI/personne par année est illustré sur le graphique par une ligne pointillée horizontale. Les barres verticales montent jusqu'à environ 10-3 pour le Cryptosporidium; à 10-3 pour le Giardia; à 10-1 pour les rotavirus; à 10-1 pour le Campylobacter; à 1 pour E. coli O157:H7; et à un peu plus de 1 AVCI/personne par année pour l'ensemble de ces pathogènes.
La figure F2 montre que la consommation d'eau brute (c. à d. l'eau du cours d'eau non traitée) pourrait entraîner un risque élevé de maladies gastro intestinales et un fardeau sanitaire bien supérieur au niveau de risque de référence de 10-6 AVCI/personne par année, indiqué par la ligne pointillée sur le graphique. En comparaison, la figure F3 montre que l'ajout d'un procédé physique pour l'élimination de pathogènes (dans ce cas, la coagulation, la floculation, la sédimentation et la filtration) réduit considérablement le fardeau sanitaire que représentent Cryptosporidium et Giardia. Cependant, le risque associé aux pathogènes viraux et bactériens demeure supérieur à celui que représente le risque de référence. L'ajout d'un procédé de désinfection au chlore libre à l'élimination physique (coagulation, sédimentation et filtration) réduit encore plus le risque que représentent E. coli, Campylobacter et les rotavirus à un niveau de risque négligeable, tel qu'indiqué à la figure F4.
Description de la figure de l'exemple F3
Un graphique en barres qui montre le fardeau sanitaire exprimé en AVCI/personne par année associé à la consommation d'eau d'un cours d'eau qui a subi une filtration classique sans désinfection. Le fardeau sanitaire est montré pour chacun des cinq pathogènes (Cryptosporidium, Giardia, les rotavirus, Campylobacter, E. coli O157:H7), et le fardeau sanitaire total de l'ensemble de ces pathogènes est montré aussi. Sur l'axe des x du graphique sont indiqués les noms des cinq pathogènes et « pathogènes totaux ». L'axe des y du graphique correspond au risque annuel de maladie exprimé en AVCI/personne par année. Il est présenté sur une échelle logarithmique, et les valeurs sur l'axe des y se situent entre 10-15 et 1. Le niveau de risque de référence de 10-6 AVCI/personne par année est illustré sur le graphique par une ligne pointillée horizontale. Les barres verticales montent jusqu'à environ 10-10 pour le Cryptosporidium; 10-9 pour le Giardia; 10-6 pour les rotavirus; 10-2 pour le Campylobacter; 10-2 pour E. coli O157:H7; et un peu moins de 10-1 AVCI/personne par année pour l'ensemble de ces pathogènes.
Description de la figure de l'exemple F4
Un graphique en barres qui montre le fardeau sanitaire exprimé en AVCI/personne par année associé à la consommation d'eau d'un cours d'eau qui a subi une filtration classique avec désinfection. Le fardeau sanitaire est montré pour chacun des cinq pathogènes (Cryptosporidium, Giardia, les rotavirus, Campylobacter, E. coli O157:H7), et le fardeau sanitaire total de l'ensemble de ces pathogènes est montré aussi. Sur l'axe des x du graphique sont indiqués les noms des cinq pathogènes et « pathogènes totaux ». L'axe des y du graphique correspond au risque annuel de maladie exprimé en AVCI/personne par année. Il est présenté sur une échelle logarithmique, et les valeurs sur l'axe des y se situent entre 10-15 et 1. Le niveau de risque de référence de 10-6 AVCI/personne par année est illustré sur le graphique par une ligne pointillée horizontale. Les barres verticales montent environ jusqu'à 10-10 pour le Cryptosporidium; un peu moins de 10-10 pour le Giardia; 10-14 pour les rotavirus; 10-10 pour le Campylobacter; un peu moins de 10-10 pour E. coli O157:H7; et presque 10-9 AVCI/personne par année pour l'ensemble de ces pathogènes.
Troisième exemple : Effet du chlore et de l'ajout des UV sur les valeurs de « CT » et sur le risque que représente Giardia
En utilisant Giardia comme illustration, nous avons comparé le risque microbiologique pour diverses valeurs de « CT » en ce qui concerne la désinfection effectuée à l'usine de traitement. La figure F5 montre le fardeau sanitaire (en AVCI par année pour la population entière) en fonction des valeurs de « CT » en mg/min./L.
La cible minimale (indiquée par la première ligne pointillée verticale) correspond à une cible de désinfection représentant un taux d'élimination de Giardia de l'ordre de 0,5 log, tel que l'exige la conformité à la réglementation de nombreux pays. La valeur de « CT » actuelle indiquée correspond au taux de désinfection actuellement atteint dans l'usine de traitement, même si ce taux varie quelque peu selon les conditions d'exploitation et les températures saisonnières. Cependant, le graphique montre une réduction du risque sanitaire que représente Giardia en fonction de l'augmentation des valeurs de « CT ».
Description de la figure de l'exemple F5
Un graphique qui montre le fardeau sanitaire associé au Giardia, exprimé en AVCI par personne par année en fonction des valeurs de « CT » exprimées en milligrammes par minute par litre. L'axe des x du graphique correspond aux valeurs de « CT » exprimées en milligrammes par minute par litre. L'axe des x est présenté sur une échelle linéaire, et les valeurs sur l'axe des x se situent entre 0 et 70. L'axe des y du graphique correspond aux AVCI par personne par année. L'axe des y est présenté sur une échelle linéaire, les valeurs sur l'axe des y se situent entre 1 x 10-10 et 8 x 10-10, et le point d'intersection avec l'axe des x est zéro. On voit deux lignes pointillées verticales sur le graphique. La première ligne indique la valeur de « CT » minimale requise pour une réduction de Giardia de l'ordre de 0,5 log. Cette ligne correspond à 13 milligrammes par minute par litre. La seconde ligne pointillée verticale indique la valeur de « CT » actuelle utilisée dans l'exemple. Cette ligne correspond à 30 milligrammes par minute par litre. On voit deux courbes sur le graphique. La première courbe montre le fardeau sanitaire associé au Giardia en fonction de l'augmentation des valeurs de « CT » lorsque l'eau est filtrée et chlorée. Cette courbe a la forme d'une courbe de décroissance exponentielle. Elle commence au fardeau sanitaire associé au Giardia de 8 x 10-10 AVCI par personne par année à 1 milligramme par minute par litre et décroît jusqu'à environ 0 AVCI par personne par année à 60 milligrammes par minute par litre. La courbe croise les deux lignes pointillées verticales à environ 2,5 x 10-10 (à 13 milligrammes par minute par litre) et à environ 0,5 x 10-10 (à 30 milligrammes par minute par litre). La seconde courbe montre le fardeau sanitaire associé au Giardia en fonction de l'augmentation des valeurs de « CT » lorsque l'eau est filtrée, chlorée et traitée aux rayons ultraviolets. Cette courbe est horizontale et elle croise les deux lignes pointillées verticales à environ 0.
Il est important de mentionner que même si le risque microbien peut diminuer lorsque la valeur de « CT » augmente, les SPD peuvent aussi augmenter à des concentrations supérieures à celles qui sont recommandées dans les Recommandations pour la qualité de l'eau potable au Canada. L'ajout de la désinfection aux UV à une dose de fluence de 40 mJ/cm2 entraîne une réduction du risque que représentent les pathogènes à un niveau trop faible pour qu'il puisse être montré sur le graphique et montre la protection accrue qu'offre une stratégie axée sur l'utilisation de désinfectants multiples comme la désinfection au chlore libre et aux UV.
Conclusion
Cette étude de cas montre que le risque microbiologique associé à la consommation d'eau provenant de cette usine de traitement est négligeable. De manière globale, elle indique que les protozoaires pathogènes Cryptosporidium et Giardia représentent les principaux pathogènes liés au risque sanitaire, et que la filtration est le procédé le plus important lorsqu'il s'agit de réduire ce risque. Cependant, sans désinfection primaire au chlore libre, les pathogènes bactériens (tels que représentés par les pathogènes de référence Campylobacter et E. coli O157:H7) représenteraient un important risque associé aux pathogènes dans le présent scénario, en raison des taux d'occurrence élevés dans la source d'eau et des conséquences graves pour la santé qui sont associées à l'infection. Par conséquent, il est évident que tant l'élimination que l'inactivation sont essentielles à la réduction des risques microbiologiques globaux associés à ce système d'approvisionnement en eau potable.
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