Troisième partie : Résultats et Discussions
7.4. Charge des eaux et survie des lentilles dans les bassins à macrophytes
L’effet de la qualité des affluents sur le système a été étudié au cours de 03 périodes expérimentales où différents type d’affluents ont été utilisés. Il s’agit des eaux usées moyennement chargée, les eaux usées fortement chargées et les boues de vidange.
Les valeurs obtenues constituent la moyenne de 8 échantillons pour la DBO5, la DCO et les coliformes fécaux des affluents et des effluents de chaque bassin, sauf pour la deuxième
Chapitre 7 : Caractérisation des boues de vidanges et eaux usées et proposition d’une filière d’épuration
phase expérimentale où les expériences ont été arrêtées avant la fin de la période expérimentale.
Les caractéristiques des affluents utilisés pendant les différentes périodes expérimentales sont présentées dans le Tableau 7.4.
Les pH moyens (entre 7,4 et 7,7) et les températures moyennes (entre 27,8 et 28,9) à l’entrée du système pour chaque période expérimentale sont favorables pour le traitement biologique des eaux (Tableau 7.5).
Après avoir subi le prétraitement des deux premiers bassins, les caractéristiques des affluents du système à macrophytes et celui à algues sont présentées dans le Tableau 7.6
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Figure 7. 1: Plan de la station expérimentale d’Abomey-Calavi
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Figure 7. 2: Vue d’ensemble de la station expérimentale d’Abomey-Calavi
Tableau 7. 4: Qualité des affluents du système pour les différentes phases expérimentales
Désignations Unités
Eaux usées moyennement chargées
de l’UAC : Phase 1
Eaux usées fortement chargées
de l’UAC : Phase 3
Boues de vidange de Cotonou :
Phase 2
Température °C 28,4 ± 1,4 27,8 ± 3,1 28,9 ± 1,4
pH U pH 7,4 ± 0,4 7,4 ± 0,8 7,7 ± 0,2
Conductivité μS/cm 2 548 ± 452 3
487 ± 519 13
006 ± 6228
Oxygène dissous mg/L 1,3 ± 1,0 0,8 ± 0,7 0,3 ± 0,1
TDS mg/L 1322 ± 220 1962 ± 248 615
9 ± 1957
DCO mg d'O2/L 696 ± 107 1097 ± 161 410
3 ± 555
DBO5 mg d'O2/L 298 ± 25 432 ± 67 141
7 ± 253 Coliforme fécaux 106/100ML 2,50 ± 2,60 48,0 ± 36,0 97,0 ± 52,2 Valeur = moyenne ± écart type
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Les taux d’abattement à la sortie de ces deux bassins pour chaque période expérimentale sont représentés sur la Figure 7.3.
Les taux d’abattements de la DCO et de la DBO5 étaient supérieurs à 70% pour toutes les phases. Les taux d’abattement des coliformes fécaux dépassaient 99,7% (Figure 7.3)
Tableau 7. 5: Qualité de l’effluent à la sortie des 2 premiers bassins (anaérobie et facultatif) pour les différentes phases expérimentales
Désignations Unités
Eaux usées moyennement chargées
de l’UAC : Phase 1
Eaux usées fortement chargées de l’UAC :
Phase 3
Boues de vidange de Cotonou : Phase
2
Température °C 29,2 ± 1,6 28,4 ± 2,3 28,8 ± 1,2
pH U pH 7,6 ± 0,6 7,8 ± 1,6 7,9 ± 0,4
Conductivité μS/cm 761 ± 132 1 158 ± 163 2 694 ± 1378
Oxygène dissous mg/L 2,0 ± 1,3 1,8 ± 1,6 1,6 ± 1,0
TDS mg/L 463 ± 77 726 ± 92 1989 ± 656
DCO mg d'O2/L 166 ± 25 305 ± 145 826 ± 308
DBO5 mg d'O2/L 82 ± 7 122 ± 19 418 ± 75
Coliforme fécaux 103/100ML 5,60 ± 4,33 44,9 ± 40,8 291 ± 157 Valeur = moyenne ± écart type
L’abattement de la DCO était maximal lors de la deuxième phase. Il était de l’ordre de 80%.
Ce fort taux d’abattement de la DCO observé lors de la deuxième phase (utilisation des boues de vidange) serait lié au fait que ces boues contenaient une grande quantité de charge organique sous forme de matières en suspension (MES) qui s’étaient déposées au fond des deux premiers bassins. C’est pour cette raison qu’une grande production de boues dans ces bassins avait été observée lors de cette phase. Un volume total de boue d’environ 2,8 m3 a été formé dans le premier bassin anaérobie et 1,4 m3 dans le second à la fin de cette période. Il a fallu faire le raclage des boues des deux premiers bassins avant de continuer les expériences.
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Figure 7. 3: Taux d’abattement de la DCO, DBO5, TDS et Coliformes fécaux
Pendant la première période expérimentale, où le système était alimenté par des eaux usées moyennement chargées, il avait été observé le développement d’algues dans le premier bassin (anaérobie) et surtout dans le deuxième bassin (facultatif). Ceci était lié à la faible charge organique (DBO5 moyenne de 298 mg d'O2/L – Tableau 7.4) et la présence d’oxygène dissous dans l’affluent qui favorise leur développement dès le premier bassin. La conductivité électrique, la DCO et la DBO5 moyennes à l’entrée des bassins à algues et à lentilles sont respectivement de 761 μS/cm, 166 mg d'O2/L et 82 mg d'O2/L (Tableau 7.5). Un développement d’algues et des lentilles plus ou moins raisonnable (densité de couverture avoisinant 100%) au niveau du premier bassin à algue et du premier bassin à lentilles d’eau a été remarqué. Les lentilles d’eau étaient saines de couleur bien verte. Dans les deuxièmes bassins d’algues et de lentilles d’eau, il avait été noté un faible développement respectivement des algues et des lentilles d’eau. Au niveau des derniers bassins, on remarquait de rare colonies de lentilles d’eau et plus pratiquement d’algues. Le taux de couverture de la surface de l’eau était faible, bien que les lentilles étaient saines et de couleur verdâtre ; mais la taille des frondes observées était plus petite (taille des feuilles de Spirodela entre 6 et 7cm). Cette observation était due à la faible charge de l’eau à l’entrée de ces bassins (DBO5 inférieure à 30mg d’O2/L), et à, l’épuisement quasi-total des éléments nutritifs dans l’eau avant ces bassins lié à la faiblesse de la charge polluante de l’eau. Ce qui confirme que les lentilles d’eau ne prolifèrent pas dans les eaux oligotrophes.
Des abattements globaux moyens de la DCO, de la DBO5 et des TDS de 91%, 97% et 77%
respectivement avaient été observés à la sortie du système à lentilles d’eau. Les taux d’abattements de la charge organique et des TDS étaient en général meilleurs au niveau des
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TDS DCO DBO5 Coliformes
fécaux
Phase 1 Phase 2 Phase 3
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bassins à lentilles d’eau (Figure 7.4) alors que ces dernières semblaient légèrement moins efficaces que les algues dans la réduction des coliformes fécaux (Tableau 7.6).
Tableau 7. 6: Effluent des systèmes à lentilles d’eau et à algues lors de la phase 1
Désignations Unités Effluents bassins à lentilles d'eau
Effluent des bassins à algues
Température °C 29,2 ± 1,0 29,3 ± 0,9
pH u pH 8,6 ± 0,8 8,7 ± 0,8
Conductivité μS/cm 629 ± 68 705 ± 121
Oxygène dissous mg/L 3,7 ± 0,7 5,2 ± 1,0
TDS Mg/L 310 ± 52 352 ± 59
DCO mg/L d'O2 61 ± 9 152 ± 23
DBO5 mg/L d'O2 10 ± 1 54 ± 5
Coliforme fécaux N/100mL 471 ± 251 116 ± 57
Figure 7. 4: Taux d’abattement global du système à la fin de la Phase 1(Affluent du système : eaux usées faiblement chargée)
Au cours de la deuxième phase de l’expérience, l’alimentation des systèmes par des boues de vidange provenant de Cotonou, entraîna la disparition complète des macrophytes de la surface des eaux des bassins à macrophytes après deux semaines d’alimentation avec ces boues. Ces boues contenaient, comme le montre le Tableau 7.5, une forte charge en matière organique; et malgré le fort taux d’abattement au niveau des deux premiers bassins, la DCO moyenne et la DBO5 moyenne à l’entrée des bassins à lentilles d’eau et des bassins de maturation à algues étaient respectivement de 1989 mg d'O2/L et 826 mg d'O2/L (Tableau 7.5). La disparition complète des lentilles d’eau des bassins à macrophytes avait fait que l’ensemble du système avait travaillé pendant cette période expérimentale comme de
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TDS DCO DBO5 Coliformes
fécaux
Lentilles d'eau Algues
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simples bassins de stabilisation. En effet plusieurs littératures ont rapporté que de la forte charge des eaux pourrait résulter une toxicité de l’ammoniac qui entraînerait la dégénérescence des lentilles d’eau [143, 193, 194]. Au cours de cette phase, malgré les taux globaux d’élimination de la DCO et de la DBO5 de l’ordre de 95% et 94% respectivement (Figure 7.5) et une réduction globale du nombre de coliformes fécaux de 9,7x107 /100ml à 3 766±1696/100ml (soit un abattement de 4,4 unités log), la qualité des effluents demeurait non acceptable pour une réutilisation ou un rejet dans la nature conformément aux prescriptions de l’OMS. Il a fallu donc arrêter cette phase expérimentale avant la fin de la période expérimentale.
Figure 7. 5: Taux d’abattement global du système à la fin de la Phase 2 (Affluent du système : boue de vidange)
Ces observations peuvent être associées au fait que le temps de séjour des deux premiers bassins était faible et ne permettait pas une réduction de la charge organique à une valeur supportable par les plantes. Toutefois, il a été rapporté que les boues de vidange de charge organique de 455 à 1035 mg/L de DBO5 traitées par une lagune anaérobiques de temps de séjour 5 jours et à une température supérieure à 20°C, en Jordanie et au Pakistan, ont trouvées leur charge réduite avec un rendement atteignant 70% soit un DBO5 de l’effluent compris entre 136 et 311 mg/L [195]; ce qui permettrait d’achever le traitement par le système à lentille d’eau proposée. En effet, les valeurs de pH enregistrées ne constituent pas une barrière pour la digestion anaérobie. La digestion anaérobie se déroule normalement pour des pH compris entre 6 et 8 [97]; c’est en dessous de 6 que l’activité des bactéries méthanogènes diminue rapidement et peut être complètement stoppée à partir de 5,5 alors que les bactéries acidogénèses continuent à produire des acides gras volatiles jusqu’à des pH voisins de 4,5, [67] [23, 75]. Donc il faudra tenir compte des risques de volatilisation de H2S liés à la forte concentration de sulfate dans les boues lors du traitement anaérobie.
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TDS DCO DBO5 Coliformes
fécaux
Lentilles d'eau Algues
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Tableau 7. 7: Effluent des systèmes à lentilles d’eau et à algues lors de la phase 2 Désignations Unités Effluents bassins à
lentilles d'eau pendant deux semaines, les lentilles d’eau s’étaient régénérées sans introduction de nouvelles plantes dans les bassins à lentilles. Ce qui confirma que les lentilles d’eau survivent dans des conditions difficiles. Elles s’étaient donc étalées au fond des bassins comme endormies jusqu'au retour de conditions favorables comme cela a été rapporté par Bonomo, et al [100]. La charge organique appliquée à l’entrée des bassins à lentilles d’eau était de 305± 145 mg d'O2/L de DCO 166± 25 mg d'O2/L de DBO5 (Tableau 7.5). Une bonne croissance des plantes avec une couverture totale de la surface de l’eau par des lentilles d’eau saines, bien vertes a été observée dans les deux bassins à lentilles d’eau. La taille des feuilles des frondes de Spirodela observée était de l’ordre de 9 mm. Ce qui témoigne de leur bonne croissance. Des taux d’élimination de la DCO de 92% et 79%, de la DBO5 de 94% et 90%
(Figure 7.6) avaient été obtenus respectivement à la sortie du système à lentilles d’eau et du système à algues. Les effluents des deux systèmes obtenus au cours de cette phase respectaient les prescriptions de l’OMS pour la réutilisation en agriculture (Tableau 7.8).
Figure 7. 6: Taux d’abattement global du système à la fin de la Phase 3 (Affluent du système : eaux usées fortement chargées)
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Tableau 7. 8: Effluent des systèmes à lentilles d’eau et à algues lors de la phase 3
Désignations Unités Effluents bassins à lentilles d'eau
Effluent des bassins à algues Température °C 29,4 ± 1,2 29,8 ± 1,0
pH U pH 8,1 ± 0,5 8,7 ± 0,8
Conductivité μS/cm 683 ± 68 777 ± 103 Oxygène dissous mg/L 3,6 ± 1,5 4,6 ± 2,3
TDS mg/L 364 ± 46 412 ± 52
DCO mg/L d'O2 92 ± 14 235 ± 34
DBO5 mg/L d'O2 25 ± 4 43 ± 7
Coliforme fécaux N/100ML 954 ± 786 339 ± 189
7.5. CONCLUSION
Un système de lagunage simple et de lagunage à macrophyte a été conçu pour le traitement et le recyclage des eaux usées domestiques. Le dimensionnement et l’étude de la performance des différents bassins ont été faits en prenant le cas des eaux usées générées par les résidences universitaires du campus d’Abomey-Calavi. La caractérisation de ces eaux a montré qu’elles sont biodégradables (DCO/DBO5 = 2,34) et donc bien adaptées au processus de lagunage proposé.
Toutefois l’analyse des boues de vidange de Cotonou montrait une forte charge organique, un taux élevé de matière en suspension et d’élément nutritif. De l’analyse de l’effet de la charge organique sur le système il a résulté que l’alimentation des boues de vidange fraîches non mélangées avec de l’eau usée entraînait la mort des plantes et donnait des effluents de qualité non acceptable au rejet ou à la réutilisation en agriculture malgré les forts taux d’élimination des polluants enregistrés. Il serait donc nécessaire d’introduire un prétraitement des boues avant leur introduction dans le système conçu.
Le traitement des eaux usées fortement chargées (DCO de 1097± 161 mg d’O2/L) avait donné de meilleurs résultats en matière de performance et de croissance des lentilles d’eau et de la qualité de l’effluent. Par conséquent, le système est mieux adapté pour le traitement de ce type d’eau usée. Il faut aussi noter une meilleure élimination de la charge organique et des TDS, comparée au système à algues, liée à la présence des lentilles dans les bassins à lentilles lors des phases 1 et 3, où les systèmes étaient alimentés respectivement par des eaux usées moyennement et fortement chargées. Il ressort de ces résultats que la charge
Chapitre 7 : Caractérisation des boues de vidanges et eaux usées et proposition d’une filière d’épuration
organique favorable pour une bonne production de biomasse de lentilles d’eau se retrouve entre 141 et 450 mg d’O2/L de DCO soit une charge surfacique de DCO de 335 kg d’O2/ha.j et 1055 kg d’O2/ha.j.
Chapitre 8 : Etude de la cinétique de croissance des lentilles d’eau dans les eaux usées domestique sous différentes teneurs en sel dissout
CHAPITRE 8 : ETUDE DE LA PERFORMANCE EPURATOIRE ET DE LA CROISSANCE DES LENTILLES D’EAU DANS LES EAUX USEES DOMESTIQUES SOUS DIFFERENTES TENEURS EN SEL DISSOUS
8.1. INTRODUCTION
La lentille d’eau, dans les conditions adéquates (de température, d’éléments nutritifs, et d’intensité de lumière), peut multiplier sa biomasse par deux (2) tous les 2 à 4 jours [44, 101, 102, 109]. Toutefois, les résultats de certaines études suggéraient que la distribution des lentilles d’eau est influencée par de nombreux facteurs tels que la disponibilité des éléments nutritifs [118], le pH [71], l’intensité de la lumière [109], la température [68, 69, 100, 109], le taux d’oxygène dissous [126], et la salinité [70]. Mais, apparemment aucune observation n’a été enregistrée sur les eaux usées à différentes salinités, et par conséquent l’on ne peut pas juger de la limite de tolérance naturelle des lentilles d’eau en ce qui concerne le taux de salinité.
L’objectif de cette partie de notre recherche est donc d’étudier l’effet du taux de salinité des eaux usées sur la croissance des lentilles d’eau (Spirodela) quand un tel système est utilisé pour l’épuration des eaux usées domestiques. Aussi, l’effet de la croissance de la plante sur la performance épuratoire de certains polluants sera étudié.
Le matériel et la méthode expérimentale utilisés pour obtenir les différentes gammes de conductivité et atteindre les objectifs visés dans ce chapitre sont décrits au paragraphe 5.1.3 du chapitre 5. La technique de mesure de la croissance des plantes et des paramètres de qualité est exposée au point 5.2 du chapitre 5.