Caractéristiques des eaux usées d’Industrie Agro-Alimentaire (IAA)

Les caractéristiques de l’eau varient selon l’utilisation qui en est faite par l’industrie.

Ainsi, l’eau après son usage devient un effluent (eau usée) qui nécessite un traitement avant d’être réintroduite dans le milieu naturel. Ce traitement ne peut etre faite sans connaitre les

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polluants qu’elle comporte. Donc ce chapitre nous a permis de mieux connaitre ce qu’on entend par eau usée, les différents polluants qui sont fonction du type d’industrie et les différentes formes d’eau usée.

2.3.1. Définition des eaux usées

Selon Larousse, on entend par eaux usées, dans le sens le plus large, toutes les eaux à évacuer des zones bâties. Il s’agit des eaux usées provenant des ménages, de l’artisanat et de l’industrie.il s’agit des eaux qui, compte-tenu du danger de pollution qu’elles représentent, ne peuvent être directement rejetées dans la nature sans conséquences notables.

L’eau usée est l’eau qui a été utilisée et doit être traitée avant d’être réintroduite vers d’autres sources d’eaux sans un danger de pollution. Bien traitée, elle peut être réutilisée à d’autres fins dans l’usine. Les eaux usées proviennent de plusieurs sources. L’eau de pluie, ainsi que les différents polluants qui s’écoulent dans les égouts, aboutissent dans les établissements de traitement des eaux usées. Les eaux usées peuvent aussi provenir de sources agricoles et industrielles. Certaines eaux usées sont plus difficiles à traiter à cause des fortes charges polluantes. (DOVONOU 2005)

2.3.2. Les différents types d’eaux usées et leurs origines

On distingue deux types d’eaux usées : les eaux résiduaires urbaines (ERU) et les eaux résiduaires industrielles (ERI). autres activités ménagères comme la vaisselle, la lessive etc. La composition des eaux usées domestiques peut être aussi variable car celle-ci dépend des produits utilisés dans chaque ménage .Ces eaux sont chargées de matières en suspension, de matières organiques et d’azote ou de phosphore etc. (DJIHOUESSI, 2010).

 Les Eaux Pluviales

Elles peuvent elles aussi, constituer la cause de pollutions importantes des cours d'eaux ; notamment pendant les périodes orageuses. Elles sont chargées de la pollution captée dans l’air atmosphérique (combustion du charbon, du gaz et de l’huile produisant du sulfure et de l’oxyde d’azote) occasionnant des pluies acides, mais aussi de la pollution du sol

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superficiel (route, décharge sauvage). (DJIHOUESSI, 2010). En outre, lorsque le système d'assainissement est dit "unitaire", les eaux pluviales sont mêlées aux eaux usées domestiques et il y a de grands risques de contamination du réceptacle. Enfin, dans les zones urbaines, les surfaces construites rendent les sols imperméables et ajoutent le risque d'inondation à celui de la pollution. . Les drains dans tous les milieux reçoivent les eaux superficielles souillées de même que les puisards.

2.3.2.2. Eaux résiduaires industrielles (ERI)

Les eaux usées industrielles subissent de grandes variations, elles dépendent d’une multitude de paramètres de type de l’industrie, de la production, du nettoyage, des différentes étapes du procédé industriel, de l’état des appareils. Par ailleurs, il existe des caractéristiques communes entre les effluents de la même industrie. En termes de volume et de type de polluants, les effluents industriels des brasseries par exemple présentent le plus souvent une charge importante et un risque de dysfonctionnement structurel et fonctionnel des réseaux d’assainissement et des dispositifs de traitement des eaux usées. Ces risques sont d’autant plus grands que les industries sont localisées en amont du réseau d’assainissement.

(OUEDRAOGO, 2004).

2.3.3. La composition des eaux usées

Dans les eaux usées, nous retrouvons généralement deux formes de pollution : la pollution organique par les diverses matières organiques en solution ou en suspension dans l’eau. La pollution toxique par des produits tels que les métaux, les métalloïdes, les composées organochlorées de synthèse etc.… (OUEDRAOGO, 2004)

Ces pollutions sont présentes dans les ERU et ERI { travers trois catégories d’impureté : Les matières en suspensions (MES) ;

Les matières colloïdales(MC) ; Les matières dissoutes(MD).

Les matières en suspensions (MES) et les matières colloïdales(MC) sont responsables de la turbidité. Les matières colloïdales(MC) les matières dissoutes(MD) sont responsables de la couleur. Les matières dissoutes(MD) sont responsables de la salinité et de diverses autres caractéristiques des ERI (DEGREMONT, 2005)

 Les matières en suspension

Elles sont des matières minérales ou organiques qui restent en suspension du fait de la turbulence de l’eau ou de leur densité trop voisine de celle de l’eau. Elles sont sans

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interférences importantes avec l’eau qui les contient. Il s’agit en général de : sable, limons et débris organiques

 Les matières colloïdales

Les matières colloïdales sont les suspensions qui comportent des colloïdes très finement divisées (0,01 { 5 μm) caractérisées par une surface spécifique très importante et une charge électrostatique généralement négative. Ce sont les argiles fines, les kystes de protozoaires, les bactéries, les macromolécules, les globules d’huiles en suspension dans l’eau.

 Les matières dissoutes

Les matières dissoutes comportent des composés minéraux (en général plus ou moins ionisés) ou organiques, macromoléculaires ou non, ainsi que des gaz souvent très solubles dans l’eau.

2.3.4. Les paramètres globaux de pollution

Les caractéristiques physicochimiques permettent de connaitre la qualité de l’eau afin de choisir une filière de traitement adéquat. Les paramètres physicochimiques souvent recherchés sont :

 La température

La température de l'eau est un facteur déterminant de l'état des eaux de surface, car elle est un des principaux régulateurs des processus vitaux qui s'y déroulent. C'est en effet d'elle que dépendent tous les processus métaboliques, la durée, l'évolution et la vitesse de croissance, ainsi que la composition des biocénoses (OFEV, 2009). Si la température dépasse les valeurs limites pour une espèce, celle-ci risque de ne pas survivre si elle n’a pas les possibilités de changer de milieu.

 Le pH

Il permet de déterminer le caractère acide ou basique d'une solution. A titre indicatif, l'échelle de pH varie de 0 à 14, le pH de la neutralité étant de 7.

Le pH d'un effluent urbain traditionnel est légèrement alcalin, c'est-à-dire de l'ordre de 7,5 à 8. Par contre, celui des effluents industriels peut être extrêmement variable (OFEV, 2009). Il n'y a pas d'unité pour le pH

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 La conductivité et la salinité

Il s'agit d'une mesure de la capacité d'une solution à laisser passer un courant électrique. Cette capacité dépend des sels solubles dans l'eau et la température de mesure. Les mesures de conductivité, en laboratoire, sont utilisées pour d'une part, établir le degré de minéralisation (dont on peut déduire l'effet physiologique sur les plantes et les animaux, une estimation pour la corrosion), et, d'autre part, évaluer la concentration en matières minérales dissoutes dans les eaux brutes et usées (OFEV, 2009). L'unité de mesure est : µ Siemens/cm ou mho/cm.

 L’oxygène dissous

Sur la terre comme dans l’eau, l’oxygène est indispensable { la très grande majorité des organismes vivants. Dans l’eau, la solubilité de l’oxygène varie en fonction de la température de l’eau et de la pression atmosphérique. Il est un facteur écologique essentiel. Un apport en matière organique peut provoquer une perte en oxygène dissous.

 Les Matières en Suspension (MES) et la turbidité

La turbidité désigne l'opacification de l'eau causée par la présence de matières solides en suspension. Les matières en suspension (MES) sont des matières fines minérales ou organiques insolubles visibles { l'œil nu qui contribuent { la turbidité de l'eau. Elles proviennent de rejets urbains, industriels et/ou agricoles ainsi que des phénomènes d’érosion des sols (liés notamment aux précipitations). Elles regroupent l’ensemble des substances non dissoutes en suspension dans les eaux de ruissellement. Les MES s'expriment également en mg/l (milligrammes par litre).

 Les nitrates et nitrites

Les concentrations de nitrates d’origine naturelle dans les eaux continentales sont de quelques milligrammes par litre. De nombreuses nappes souterraines et cours d’eau présentent aujourd’hui des concentrations importantes de nitrates.

 Les phosphates

Les phosphates proviennent des phosphates calciques, de la contamination fécale, des engrais ou de l’industrie chimique.

 La Demande Biochimique en Oxygène (DBO5) et la Demande Chimique en Oxygène (DCO)

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La demande biochimique en oxygène est la quantité d'oxygène consommée dans des conditions d'essai spécifiques (incubation pendant 5 jours, à 20° dans l'obscurité) par les micro-organismes présents dans l'eau, pour assurer la dégradation de la matière organique par voie biologique. A titre indicatif un habitant produit en moyenne une charge de pollution équivalente à 60 grammes de DBO5 pour une journée.

La DBO5 s'exprime en mg O2/l (milligrammes d'oxygène par litre).

La demande chimique en oxygène (DCO) est la consommation en oxygène par les oxydants chimiques forts pour oxyder les substances organiques et minérales de l'eau. Il s'agit d'un des paramètres spécifiques que l'on utilise pour déterminer la concentration des polluants principaux. C'est une mesure globale des matières organiques et de certains sels minéraux oxydables, à la différence de la DBO5, qui ne prend en compte que les matières organiques biodégradables. La DCO constitue donc un paramètre important. Cette analyse rapide sert essentiellement à la surveillance des eaux usées et des rejets industriels. Pour l'analyse d'un prélèvement donné, sa valeur est toujours supérieure à celle de la DBO5, car elle mesure une plus grande quantité d'oxygène.

La DCO s'exprime également en mg O2/l (milligrammes d'oxygène par litre).

 LE RAPPORT DCO/DBO5

Ce rapport évalue la biodégradabilité d'une eau usée, c'est à dire la faculté de transformation de la matière organique en matière minérale, admissible par le milieu naturel.

Pour les effluents d'industries agroalimentaires, il est inférieur, de l'ordre de 1,5 à 2, ce qui traduit une meilleure biodégradabilité. Enfin, lorsqu'il est supérieur à 3 cela traduit l'apport d'un effluent industriel plus ou moins difficilement biodégradable.

2.4. Traitement des effluents d’Industries Agro-Alimentaires (IAA)

Les accroissements démographiques, économiques et urbains sont { l’origine de différentes sources de pollution environnementale (pollution atmosphérique, pollution des eaux de surfaces et profondes, pollution du sol…), et ce, en particulier dans les pays en voie de développement. Parmi ces sources de pollution, la production d’eaux usées souvent rejetées dans le milieu récepteur (mer, rivières, sols) sans traitement préalable, provoque une dégradation de la qualité physico-chimique et biologique de ce milieu et génère de nombreuses maladies hydriques (OMS, 1989; Prost, 1991). Le traitement des eaux usées consiste fondamentalement à éliminer différents éléments présents, afin d'obtenir une eau

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épurée conforme aux normes de rejet. Il existe plusieurs filières de traitement des eaux usées.

Chaque filière comporte plusieurs étapes les unes aussi importantes que les autres ; mais il faut noter que le choix des étapes qui constitueraient une filière dépend des caractéristiques de l’eau usée { traiter.

Classiquement, nous distinguons les étapes suivantes:

2.4.1. Les prétraitements Dégrillage

Premier poste de traitement, situé { l’arrivée des eaux dans la station, le dégrillage a pour but de retenir les déchets solides et volumineux charriés par l’eau usée. Il assure de ce fait la protection des installations en aval contre l’arrivé de gros objets (bois, papier etc), (FABY et ELELI, 1993).

Au cours du dégrillage, les eaux usées passent au travers d'une grille dont les barreaux, plus ou moins espacés, retiennent les matières les plus volumineuses. Ces éléments sont ensuite éliminés avec les déchets solides. (DJIHEOUSSI, 2010).

Le dessablage

Le dessablage est une opération qui permet de séparer par sédimentation l’eau usée des particules plus ou moins fines susceptibles d’endommager les installations en aval (envasement des conduites, des bassins). D’une façon générale, le sable récupéré au poste de dessablage est un produit très homogène composé principalement d’une fraction minérale (sable, limon, argile) associé à des éléments organiques grossiers. Son piégeage au niveau du dessableur, basé sur le principe de la décantation (vitesse de sédimentation) permet de retenir les particules plus ou moins lourdes en fonction de la vitesse ascensionnelle de fonctionnement de l’ouvrage.

Le déshuilage vise à éliminer la présence des huiles dans les eaux usées, huiles qui peuvent gêner l'efficacité des traitements biologiques qui interviennent ensuite. Le déshuilage s'effectue par flottation. L'injection d'air au fond de l'ouvrage permet la remontée en surface des corps gras. Les graisses sont raclées à la surface, puis stockées avant d'être éliminées (mise en décharge ou incinération). Elles peuvent aussi faire l'objet d'un traitement biologique spécifique au sein de la station d'épuration. De nombreuses stations utilisent des dessableurs- dégraisseurs combinés.

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Figure n°1 : Déshuilage et dessablage

2.4.2. Le traitement primaire

Le traitement "primaire" fait appel à des procédés physiques - chimiques, avec décantation plus ou moins aboutie, éventuellement assortie de procédés physico-chimiques, tels que la coagulation- floculation. Ces traitements éliminent 50 à 60 % des matières en suspension, mais ne suffisent généralement plus pour satisfaire les exigences épuratoires de la réglementation actuelle.

Avec coagulation et floculation dans des décanteurs lamellaires, on peut éliminer jusqu'à 90 % des MES. Les procédés de coagulation et de floculation facilitent l’élimination des matières en suspension et les colloïdes en les rassemblant sous formes de floc dont la séparation est ensuite effectuée par les systèmes de décantation. En effet, il est impossible que les colloïdes ayant une surface spécifique très élevée décantent naturellement. De plus, ces particules exercent entre elles une force de répulsion (charge négative des particules) de nature électronique empêchant leur rapprochement (DEGREMONT, 2005).

La coagulation offre un support positif pour fixer les colloïdes négatifs. Les sels les plus couramment utilisés sont les sels de fer (feCl₃, FeSO₄) ou d’aluminium (Al2(SO4)₃, AlCl₃). La floculation permet ensuite d’agglomérer les particules neutralisées par la coagulation pour former des flocs denses et volumineux pouvant être facilement décantés. Pour obtenir des vitesses de décantation plus rapides, il faudrait assembler un très grand nombre de colloïdes en agrégats (d’au moins 10 à 100 ). A cet effet, des réactifs complémentaires sont utilisés pour améliorer la floculation, les plus répandus étant les polymères organiques de type anionique, cationique ou non ionique. (FABY et ELELI, 1993).

La coagulation floculation permet d'éliminer jusqu'à 90 % des matières en suspension et 75 % de la DBO. Cette technique comporte une première phase d'adjonction d'un réactif, qui provoque l'agglomération des particules en suspension, puis une accélération de leur chute au fond de l'ouvrage. Les amas de solides ainsi obtenus sont appelés ‘’flocs’’

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.

Figure n°2 : Illustration du traitement primaire

2.4.3. Le traitement secondaire ou traitement biologique

Le traitement secondaire est une technique qui exploite et accélère le processus naturel d'élimination des déchets. Il fait appel à une grande variété de micro-organismes, principalement les bactéries. Ces micro-organismes convertissent la matière organique biodégradable contenu dans l’eau résiduaire en gaz carbonique et biomasse additionnelle.

2.4.3.1. Cultures bactériennes aérobies Cultures libres (boues activées)

Ce procédé a été développé par Arden et Lockett en 1914 (DEGREMONT, 2005). Les boues activées constituent la référence des traitements biologiques aérobies en cultures libres. Le principe consiste à développer un floc bactérien dans un bassin (bioréacteur) alimenté en eaux usées et en oxygène (pour la prolifération des bactéries) qui est brassé afin d'éviter la décantation. Les boues sont séparées de l'eau traitée par décantation dans un clarificateur, puis réintroduites dans les bassins de traitement c'est-à-dire, le bassin d'aération pour y maintenir une concentration déterminée de bactéries, car il a été mis en évidence que l'épuration est plus rapide avec des boues déjà utilisées. L'aération est assurée mécaniquement, soit par des aérateurs de surface, soit par insufflation d'air.

Une station d'épuration par boues activées est d'abord caractérisée par sa charge massique exprimée en kgDBO5.kg^-1MVS.j^-1, qui représente la masse de nourriture entrant quotidiennement dans le réacteur par rapport à la masse de boue présent dans le réacteur.

DEGREMONT (2005) nous donne une classification des procédés à boues activées suivant la valeur de la charge massique mais aussi de la charge volumique avec les temps de séjour correspondant :

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Tableau n°1 : Classification des procédés à boues activées. (DEGREMONT, 2005)

Type Charge massique

Les systèmes à forte charge réduisent considérablement les coûts d'investissement au détriment de la facilité d'exploitation et de la qualité de l'effluent rejeté dans le milieu récepteur. Actuellement, la recherche de rendements élevés et la nécessité d'éliminer l'azote et le phosphore renouvellent l'intérêt des traitements à faible charge.

Cultures fixées

La plupart des micro-organismes sont capables de coloniser la surface d'un support quand ils sont en phase de croissance. La fixation se fait par l'intermédiaire d'exopolymères produits par les bactéries. On parle alors de cultures bactériennes fixées. Plusieurs procédés d'épuration des eaux usées sont mises en œuvre { base de cette technique.

 Lits bactériens ou lits à ruissellement

L'épuration sur lit bactérien est le plus ancien procédé biologique. Des micro-organismes épurateurs sont cultivés sur un substrat neutre (de la pierre concassée, du pouzzolane, du mâchefer ou du plastique) et y forment un film épais. On fait passer l'effluent, ayant subit un traitement primaire ou ayant été au moins bien tamisé, sur le substrat. Les micro-organismes fixés éliminent les matières organiques par absorption des constituants solubles et en suspension. Au fur et à mesure que les micro-organismes croissent, l'épaisseur du film augmente et l'on observe un film à deux couches: aérobies puis anaérobies. Dans cette dernière, les mécanismes endogènes et les gaz produits conduisent à des détachements locaux du biofilm qui dégage des plages disponibles pour une nouvelle colonisation. Ce phénomène de détachement du biofilm ou «autocurage» est essentiellement fonction des charges organique et hydraulique appliquées sur le substrat. La difficulté consiste donc à trouver la bonne vitesse du flux d'eau, qui ne doit pas être ni trop rapide (pour permettre la dégradation bactérienne), ni trop lent (pour une bonne évacuation des MES en excès) (BAUMONT, 2006).

La clarification se fait dans un décanteur secondaire où les matières en suspension qui se détachent du matériau support (boue en excès) sont récupérées; on obtient ainsi un effluent clarifié. La recirculation de boue est inutile.

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Les lits bactériens présentent par rapport aux boues activées l'avantage d'une surveillance plus réduite et d'une économie notable d'énergie (pas d'insufflation d'air). Mais les inconvénients sont nombreux: rendement inférieur, coût de construction élevé, boues en général non stabilisées.

2.4.3.2. Cultures bactériennes anaérobies

La digestion anaérobie a été découverte, il y a plus de trois siècles. Selon Ka logo (1999) c'est en 1630 que des scientifiques ont pour la première fois constaté qu'un gaz inflammable pouvait se dégager d'une matière organique en décomposition. Lorsqu'une concentration élevée de matières organiques est maintenue en anaérobiose, il se produit naturellement une fermentation anaérobie qui n'est rien d'autre qu'une dégradation de la matière organique soluble ou particulaire par des populations bactériennes anaérobies.

Le principe de la digestion anaérobie est décrit comme la conversion par des populations bactériennes anaérobies de la matière organique en biomasse et en biogaz, composée essentiellement de méthane (CH4) et de gaz carbonique (C02). On l'observe dans des biotopes variés, naturels ou artificiels, tels que les marais, les sédiments de lac, ou encore les digesteurs de station d'épuration.

Les systèmes de traitement anaérobie sont réputés plus économiques que les systèmes aérobies .du fait de l'économie d'énergie, de la faible production de boue et la possibilité de réutiliser le biogaz produit, qui est converti parfois en énergie électrique ou mécanique.

Dans le cadre général de notre étude, nous nous intéresserons à un système d’épuration des eaux usées qui prend de plus en plus d’ampleur dans les pays tropicaux : il s’agit du Lagunage. En effet notre pays se retrouvant parmi ces pays tropicaux alors nous proposonsun système de lagunage qui est plus facile d’utilisation et moins couteux par

Dans le cadre général de notre étude, nous nous intéresserons à un système d’épuration des eaux usées qui prend de plus en plus d’ampleur dans les pays tropicaux : il s’agit du Lagunage. En effet notre pays se retrouvant parmi ces pays tropicaux alors nous proposonsun système de lagunage qui est plus facile d’utilisation et moins couteux par