Details

Autor(en) / Beteiligte

• Chernet, Tesfaye
• Travi, Yves
• Valles, Vincent

Titel

Mechanism of degradation of the quality of natural water in the lakes region of the ethiopian rift valley

Ist Teil von

• Water research (Oxford), 2001-08, Vol.35 (12), p.2819-2832

Ort / Verlag

Oxford: Elsevier Ltd

Erscheinungsjahr

2001

Quelle

ScienceDirect

Beschreibungen/Notizen

• The natural waters of the Lakes Region in the Main Ethiopian Rift (MER) show serious problems of chemical quality. The high content of fluoride reaches 300 mg l −1 and affects the health of the population who live in this area. Furthermore, the alkaline and sodic characteristics (8<pH<10 and 0.9×10 −4<Na<0.35 M l −1) of these waters destroy the soil for agricultural use. This geochemical study is conducted using analytical data issued from literature (UNDP, 1973; Chernet, 1982) and several field sampling and laboratory analyses completed during the last 4 yr. Chemical analyses of 320 samples taken throughout the region have been analysed using the computer software AQUA for geostatistic, statistic, chemical equilibria and simulation of evaporative concentration process. The results show that the waters issuing from volcanic rocks are characterised by a positive alkalinity residual of calcite. When they concentrate due to the effect of climate, the precipitation of calcite causes a decrease in the chemical activity of calcium. This results in an increase in solubility of fluoride, previously controlled by equilibrium with CaF 2, and the element concentrates without being significantly affected by the precipitation of fluorite. As water concentrates, the low concentration of dissolved calcium emphasises the alkaline characteristics. As a consequence, the pH reaches very high values (9–10) which make the waters unsuitable for agriculture. The adverse elements, namely fluoride, sodium, and alkalinity accumulate in the lower zones of the basins. The acquisition of high fluoride content and the alkaline-sodic characteristics depends primarily on the unbalanced initial stage between the carbonate alkalinity and calcium [(HCO 3)>2(Ca+Mg)], which results from the weathering and dissolution of the volcanic rocks. The predictive qualities of the model AQUA were tested in the context of this region. A simulation of the concentration of the waters by evaporation has shown chemical variations relatively similar to those obtained with field data which include the minor chemical elements such as the fluoride or the dissolved silica. For field data, enrichment is more variable and may represent localised conditions of mineralization. This model is then used to study a method of defluoridation by supplying these waters with calcium in the form of gypsum. This method also allows the reduction of the alkalinizing and sodifying characteristics of the waters without reaching the fluoride standard concentration accepted for drinking waters. For drinking purpose, waters of the Ethiopian rift should undergo another method of defluoridation. Les eaux de la région centrale du rift éthiopien posent de sérieux problèmes de qualité chimique. Les fortes teneurs en fluorures atteignent 300 mg l −1 et affectent la santé des populations vivant sur ce territoire. Par ailleurs, le caractère alcalin et sodique des eaux (8<pH<10) provoque une détérioration des propriétés physiques des sols irrigués pouvant aller jusqu’à leur stérilisation. L’étude géochimique a été conduite à partir de données analytiques issues de la littérature mais aussi de plusieurs campagnes de prélèvement réalisées dans le cadre de ce travail. Les analyses chimiques de 320 échantillons d’eau prélevés sur toute la zone ont été traitées avec le logiciel AQUA en termes de géostatistique, statistique, étude des équilibres chimiques et simulation de concentration sous l’effet de l’évaporation. Les résultats montrent que les eaux, issues de l’altération de roches essentiellement éruptives, sont caractérisées par une alcalinité résiduelle calcite positive. Lors de leur concentration sous l’effet du climat, la précipitation de la calcite conduit à une diminution de l’activité chimique du calcium, ce qui induit une forte solubilité du fluorure préalablement controlé par l’équilibre avec CaF 2. Cet élément se concentre sans être significativement affecté par la précipitation de fluorine. Lors de leur concentration, le caractère alcalin des eaux s’affirme du fait de la faible teneur en calcium dissous. Le pH atteint alors des valeurs élevées (9 à 10) incompatibles avec un usage agricole. Les éléments néfastes, notamment le fluorure, le sodium et l’alcalinité s’accumulent dans les zones basses du paysage. C’est le déséquilibre initial entre l’alcalinité carbonatée et le calcium, résultat de l’altération des roches volcaniques, qui est responsable à la fois de l’acquisition des fortes teneurs en fluorures et du caractère alcalin-sodique. Les qualités prédictives du modèle AQUA ont pu être testées dans le contexte de cette région. Une simulation de la concentration des eaux par évaporation montre une évolution similaire à celle observée sur le terrain, y compris pour des espèces chimiques mineures telles que le fluorure ou la silice dissoute. Elle montre aussi l’influence de la signature initiale des eaux, superficielle ou thermale, qui se traduit par une dispersion parfois importante des points sur les graphes. Le modèle a été utilisé pour étudier la méthode de défluoruration par apport de calcium sous forme de gypse. Cet apport permet aussi de réduire le caractère alcalinisant et sodisant des eaux, mais la teneur en fluorure reste toutefois supérieure à la norme de potabilité. Pour la potabilité de l’eau de cette région du rift éthiopien, une autre méthode de défluoruration plus performante devra impérativement être recherchée.