Le pouvoir d’oxydo-réduction (rH)

Le pouvoir d’oxydo-réduction (rH) représente le pouvoir oxydant ou réducteur d’un système à pH donné. En connaissant la valeur du eH, le rH se détermine à l’aide de la formule suivante :

K pH

L’estimation du pouvoir d’oxydo-réduction permet de connaitre la nature du milieu ainsi : - Si rH< 15 : le milieu est réducteur et on est dans un domaine anaérobie ;

- Si 15 <rH< 23 : le milieu est favorable à l’oxydation des composés organiques et on est dans un domaine anoxique ;

- Si rH> 23 alors le milieu est oxydant et on est dans un domaine aérobie.

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 24 II.2.1.6. La conductivité

La conductivité est la capacité de l’eau à conduire le courant électrique puisque la plupart des matières dissoutes dans l’eau sont sous forme d’ions (CEAEQ, 2002).Sa mesure constitue une bonne appréciation du degré de minéralisation d’une eau où chaque ion agit par sa concentration et sa conductivité spécifique. Elle a été mesurée à l’aide d’un conductimètre Hanna Instrument 98311 selon la norme NF EN 27888 (janvier 1994). Elle est fonction de la température et s’exprime en μS/cm. La précision des valeurs données par l’appareil est de 10⁰ près.

II.2.1.7. Les matières en suspension (MES)

Les matières en suspension (MES) constituent l’ensemble des particules minérales et/ou organiques présentes dans une eau naturelle ou polluée. Elles peuvent être composées de particules de sable, de terre, de sédiment arrachées par l’érosion, de divers débris apportés par les eaux usées ou les eaux pluviales, d’êtres vivants planctoniques(notamment les algues).

Elles correspondent à la concentration en éléments non dissous d’un échantillon. Elles se déterminent selon la norme NFT 90-105-1 à l’aide de la formule :

 

Ve

M MES  M¹ ²

avec

[MES] : Teneur en MES de l'échantillon (mg/L) M₁ : Masse de la membrane avant filtration (mg) M₂ : Masse de la membrane après filtration (mg) Ve : Volume de l'échantillon (mL)

La précision des valeurs données par le matériel de filtration est de 10⁰ près

II.2.1.8. La demande chimique en oxygène (DCO)

La demande chimique en oxygène est la quantité d’oxygène nécessaire pour oxyder toute la matière organique oxydable, biodégradable ou non, contenue dans l’eau. En pratique, c’est la quantité d’oxygène équivalente à la quantité de dichromate de potassium nécessaire pour oxyder (en milieu acide, par chauffage à reflux pendant 2 heures, en présence de catalyseur) les matières oxydables. La DCO reste le paramètre composite le plus fiable pour la mesure de l’oxydabilité et la dégradabilité de la pollution organique des eaux usées. Elle mesure l'oxygène nécessaire pour oxyder tous les composés présents dans l'eau à la différence de la

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 25 DBO5, qui ne prend en compte que les matières organiques biodégradables. Elle est déterminée par la méthode volumétrique suivant la norme NFT 90-101. Elle s’exprime en mg O2/l. La précision des valeurs données par l’appareil est de 10^-2 près

II.2.1.9. La demande biochimique en oxygène à cinq jours (DBO₅)

La demande biochimique en oxygène est la concentration, en masse d’oxygène dissous, consommée pour l’oxydation par voie biochimique des matières organiques contenues dans l’échantillon, dans les conditions de l’essai (Rodier et al., 2009).

La détermination de la DBO5 s’est faite au moyen du système OxyTop. A l’aide de la valeur de DCO obtenue, nous calculons la DBO théorique en utilisant la formule DCO/DBO5 = 2. La valeur de la DBO théorique ainsi obtenue nous permet d’avoir, grâce à l’abaque DBO, le volume d’échantillon nécessaire à introduire dans l’OxyTop On a introduit le volume prélevé dans les bouteilles adaptés à l’oxytop après l’avoir rincé à l’eau distillée, ensuite on y ajouté 3 pastilles d’hydroxyde de potassium (KOH) dans les caoutchoucs destinés pour s’assurer qu’il ne contient pas d’eau, on fixe l’oxytop à la bouteille et on lance l’oxytop en appuyant simultanément sur les deux touches et on s’arrête dès qu’on a la valeur (00). Ce dernier est ensuite mis dans l’armoire thermostatique et agité pendant cinq jours à 20°C. Après cinq jours, les bouteilles sont récupérées pour lire la valeur de notre DBO₅.Elle est déterminée par la méthode manométrique suivant la norme NFT 90-103. La précision des valeurs données par l’appareil est de 10^-2 près

NB : Des valeurs élevées de DBO₅ et de DCO témoignent d’une forte charge organique de l’influent.

II.2.1.10. Azote

L’azote se retrouve sous formes d’azote total Kjeldhal (NTK), d’azote nitrate et d’azote nitrite dans l’eau.

Le NTK évalue les teneurs totales en azote organique et en ammonium. C’est un paramètre clé de traitement des eaux usées (Rodier et al., 2009). En présence des phosphates, les nitrates favorisent l’eutrophisation. Ce phénomène se manifeste par une prolifération massive de plantes et d’algues, qui réduisent la teneur en oxygène dans l’eau, parfois jusqu’à une teneur létale pour la faune aquatique.

Pour le mesurer, on dispose six matras dans le minéralisateur après les avoir rincé avec de l’eau distillé ; puis on prélève dans chaque matras un volume x en fonction de la turbidité de

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 26 l’eau (plus l’échantillon est trouble plus le volume prélevé est petit) qui varie de 25 à 250ml à l’aide de bécher. On a ajouté 3 billes de verres et 1g de catalyseur de minéralisation 1000 KJELTABS KW ; et on y ajoute 10ml d’acide sulfurique concentré sous la hotte ; ensuite on met les échantillons au chauffage pendant 1h à une température de 180°C et puis au moins 1h à 360°C à l’aide du minéralisateur. Après cela, on les laisse refroidir à la température ambiante, puis on passe à la distillation.

Pour faire la distillation des échantillons, on enlève les échantillons du minéralisateur; ensuite, on ajuste tous les minéralisât avec un peu d’eau distillée à quelques ml pour faciliter l’ajout de soude. On prend un Erlenmeyer de 200ml dans lequel on a ajouté 10ml de solution d’acide borique prélevé à l’aide d’une pipette de 10ml et quatre (4) gouttes d’indicateur mixte qui fait virer la solution en rose et on pose l’erlenmeyer sous le raccord situé au niveau du distillateur

; puis on fait l’ajout de 50ml de soude dans le matras en allumant le distillateur, et on lance la distillation en réglant le distillateur à 5min pour recueillir 200ml distillat dans l’erlenmeyer.

Après les 5min, si on constate que l’échantillon s’est viré au bleu dans l’erlenmeyer, on passe au dosage. Elle est déterminée selon la norme NF EN 25 663.La précision des valeurs données est de 10^-1 près.

II.2.1.11. Les orthophosphates

Le phosphore se retrouve dans les EUD sous forme d’orthophosphates (entre 50 et 80%) (Rejsek, 2002). La détermination du phosphore se fait donc à travers celle des orthophosphates. On détermine le taux de phosphore dans un effluent car il fait partie des principales causes de l’eutrophisation.

Pour mesurer ce paramètre, 25mL de l’échantillon à analyser est prélevé. Ensuite on procède à une dilution de l’échantillon par deux. On ajoute le réactif de PO4

à l’échantillon qu’on agite jusqu’à une obtention homogène de l’échantillon. On le laisse reposer pendant 2 mn et après on fait la lecture au spectrophotomètre. Elle est mesure selon la norme NF EN 25 663.

La précision des valeurs données est de 10^-2.

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 27 Lange des réactifs minutieusement pré-dosés dans des cuves selon la norme NFT 90-015.

II.2.2.2. Minéralisateur de NTK

La détermination de nombreux paramètres essentiels nécessite une préparation préalable des échantillons. Ainsi nous avons utilisé le minéralisateur pour chauffer les échantillons 1h à 180°C puis au moins 1h à 360°C avant de les amener à la distillation puis le fait passer au dosage. L’appareil est doté d’un bloc de chauffage avec couvercle de protection intégré.

II.2.2.3. Réacteur de DCO

C’est un appareil qui intervient dans la détermination de la Demande Chimique en Oxygène.

Il permet de chauffer le mélange avant le dosage à une température constante de 180°C pendant deux heures

.

II.2.2.4. Armoire thermostatique

L’armoire thermostatique sert à maintenir la température constante pour un grand nombre d’applications. Elle assure une régulation précise de la température intérieure au moyen d’une sonde de température intégrée.

Dans le cadre de nos travaux, nous avons utilisé l’armoire thermostatique TS 606/2-i, équipée de prises internes pour alimenter les agitateurs et d’un visuel à affichage numérique qui indique la température intérieure mesurée. Pour la détermination de la DBO5

II.2.2.5. OxyTop

Pour la mesure de la DBO5 nous avons utilisé le Système OxyTop. L'OxyTop est un système électronique à manomètre intégré (tête) qui se visse directement sur le flacon à DBO. La lecture de la valeur de la DBO₅ se fait après cinq jours sur un écran à affichage numérique.

Les postes (flacons + tête) sont associés à un agitateur à induction, le tout devant être placé à 20°C dans une enceinte DBO ou armoire DBO.

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 28 II.2.2.6. Autres matériels utilisés

Toujours dans le cadre de nos expériences, nous avons également eu à utiliser les matériels suivants :

Le pourcentage de l’abattement est obtenu par la formule suivante :

   

- Ci : concentration initiale de X dans les eaux usées à l'entrée - Cf : concentration finale de X dans les eaux usées à la sortie

II.2.3. Activités effectuées

II.2.3.1. Réalisation du dispositif expérimental

Le principe suivi est celui décrit précédemment lors de la description de la station pilote. La réalisation du dispositif a été débutée par le nettoyage du site. Deux socles en bétons armés ont été mis en place pour pouvoir servir comme support sur lequel sont disposés les tanks. Ces derniers sont ensuite remplis des graviers lavés qui constituent le massif filtrant. Les plantes prélevées sont piquées sur le massif filtrant et alimenté à l’eau usée domestique. La photo ci-dessous montre le dispositif expérimental.

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 29 II.2.3.2. Prélèvement des échantillons

Cette activité a nécessité l’utilisation de 24 bouteilles en plastique de capacité de 1,5 L pour recueillir les effluents brutes et traités. Elle a commencé dans la période de 19/10/2014 au 23/10/2014. Ces échantillons sont analysés selon les techniques analytiques décrites plus haut dans la partie analyse et méthode d’analyse. Les paramètres sur lesquels les analyses ont été portées, ont été suivis journalièrement en fonction du temps de séjour pour pouvoir déterminer leur abattement.

Les données obtenues ont été traitées à l’aide le tableur Excel

Photo 8:Dispositif expérimental (Auteur)

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Partie III: Résultats et discussions

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III.1. Caractérisation des deux effluents étudiés

Les tableaux 1 et 2 présentent les résultats de la caractérisation des effluents à l’entrée des deux bassins à filtres plantés de roseaux.

Tableau 1: Paramètres physico-chimiques in situ à l’entrée des filtres

Paramètres Valeurs obtenues sur BA Valeurs obtenues sur BF

Température (°C) 25,6 26,7

Oxygène Dissous (mg/L) 0,6 1,4

pH 7,3 6,2

rH 13,8 13,9

Conductivité (µS/cm) 5420 741

La valeur de la température supérieure à 20°C obtenue dans les deux bassins est favorable au développement des microorganismes responsables de la réduction de la matière polluante (Rejesk, 2002).Ainsi les valeurs du pH proche 7,5 confirment la présence de l’activité microbienne. Quant aux valeurs de rH (inférieures 15), elles montrent que les milieux sont réducteur. Ce qui confirme la provenance d’un des effluents qui est le bassin anaérobie. De plus, les valeurs de l’oxygène dissous montrent que l’effluent du premier bassin est plus chargé que celui du second bassin car ayant des valeurs respectivement de 0,6 et 1,42.

Les très fortes valeurs rencontrées pour la conductivité indiquent la présence d’un taux élevé du sel dans les milieux. Mais, la concentration de sel dans le bassin anaérobie est très forte car la valeur de sa conductivité est largement supérieure à celle du bassin facultatif.

Tableau 2:Paramètres globaux à l’entrée des filtres

Paramètres Valeurs obtenues dans BA Valeurs obtenues dans BF Valeurs usuelles ERU

MES (mg/L) 400 100 100-400

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 32 En dehors des valeurs de la DCO et de NTK au niveau du bassin anaérobie, les valeurs des paramètres obtenues après l’analyse des effluents bruts nous permettent d’affirmer que nous sommes en présence d’une EUD. Et que l’effluent du bassin anaérobie est fortement chargé.

Les faibles concentrations en nitrate obtenues pour les deux effluents, témoignent d’une absence de nitrification ou d’oxydation. L’azote serait donc majoritairement mesurable sous forme minérale dans les milieux. Cette hypothèse est confirmée par la concentration de l’azote Kjeldhal (410 mg/L) dans le cas du bassin anaérobie.

III.2. Abattement

Cette partie présente la performance épuratoire de chaque bassin.

III.2.1. Performance par rapport à la pollution carbonée

La figure 5 ci-dessous montre le rendement épuratoire des deux bassins par rapport à la DCO et aux MES.

Le rendement de la DCO et des MES pour les deux bassins sont respectivement de 75%, 33%

et 79%, 87%. L’analyse de cet histogramme montre que le premier bassin est plus performant que le second bassin en matière d’abattement de la DCO. Ce qui est le contraire concernant les MES. Ces résultats sont conformes à ceux obtenus par Miméché en 2013 (76% pour phragmites Australis et 72% pour Typha Latifolia) par rapport à la DCO. Ce rendement important obtenu dans le second bassin concernant les MES pourrait s’expliquer par le fait que le massif implanté par un macrophyte permet une bonne élimination des matières en suspension et matières organiques dégradé par l’activité bactérienne au niveau des racines (Vymazal, 2005).

Figure 5:Pourcentage de DCO et de MES

DCO MES

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 33 III.2.2. Performance par rapport à la pollution azotée

La figure ci-dessous6 montre le rendement épuratoire des deux bassins par rapport à NGL L’abattement de NGL sur le premier filtre à écoulement vertical(FV1) a atteint une valeur 91%. Par contre il n’a pas été évalué car ce dernier ne contient d’azote kjeldahl. La diminution de la valeur du NGL enregistrée serait due à leur utilisation par les macrophytes comme le phosphore. Cette valeur respecte les normes de rejet, donc l’effluent traité peut être rejeté dans le milieu récepteur sans risque d’eutrophisation. Le rendement de NGL sur le deuxième filtre à écoulement vertical (FV2) n’existe pas à cause de non présence de NTK dans l’effluent.

Figure 6:Pourcentage d’élimination de NGL

III.2.3. Performance par rapport à la pollution phosphorée

L’abattement du phosphate a atteint des valeurs au niveau du premier et second bassin respectivement de 92% et 71%. La diminution de la valeur du phosphate enregistrée serait due à leur utilisation par les macrophytes car García et al 2005 avaient affirmé que les plantes pouvaient les utilisés pour leur croissance. Et qu’ils peuvent les emmagasinés dans leurs racines et rhizomes, les tiges et les feuilles (Kucuk et al.,2003) .

Figure 7:Pourcentage de réduction du phosphore

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 34

III.3. Influence

L’influence de la charge polluante a été observée de deux différentes manières. Dans un premier temps, elle a été observée par comparaison entre la charge polluante d’entrée et de la sortie. Et puis après, par l’aspect physique de la plante.

III.3.1. Evolution de la pollution carbonée au cours du temps

Les résultats issus des analyses sont présentés dans les tableaux 5 et 6 en annexe. Il en résulte les courbes qui suivent :

Figure 8:Evolution d’élimination de la concentration en DCO

L’évolution d’élimination de DCO sur les deux filtres a été progressive. Boutin et al. (2010) affirme que lorsqu’une station est en sous charge, la qualité du rejet est excellente. Ce que confirme la plus faible valeur obtenue au niveau du deuxième filtre à écoulement vertical(FV2) en termes de concentration à la fin du traitement par rapport au premier filtre à écoulement vertical(FV1). Il ressort donc que les filtres plantés de roseaux supportent une charge organique bien déterminée qui au-delà de cette dernière, le traitement ne serait plus efficace.

Il a été constaté également qu’à partir du 2ième jour du traitement les plantes sur le premier filtre à écoulement vertical (FV1) ont commencé par changer d’état en jaunissant et se sont fanées le 4^ième jour du traitement tandis que les plantes sur le deuxième filtre à écoulement vertical (FV2) continuaient sa croissance. Il ressort donc que typha domingensis ne supporte pas de forte charge polluante parce que ça ralentit leur croissance et finalement les fane. Les photos 10 et 11 en annexe montrent clairement le phénomène.

0

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 35 III.3.2. Evolution de la pollution particulaire en fonction du temps

Les courbes ci-dessous ont été tracées à partir des valeurs dans les tableaux 5 et 6.

Figure 9 :Evolution d’élimination de MES

Les MES sont majoritairement retenues à la surface du premier filtre du 1^er jour au 2^ième jour.

A partir du 2^ième jour, il a été constaté une légère augmentation de ces derniers. Cette augmentation prononcée au niveau du premier filtre à écoulement vertical (FV1), pourrait être due par les débris des macrophytes fanés. Par contre au niveau du deuxième filtre les MES ont connu une légère augmentation puis une diminution jusqu’à la fin.

III.3.3. Evolution de la pollution phosphorée au cours du temps

Les résultats issus des analyses sont présentés dans les tableaux 5 et 6 en annexe. Il en résulte les courbes qui suivent

Figure 10:Evolution d’élimination du phosphore sur les deux filtres

Le phosphore sur chaque filtre a augmenté de valeur du 1^er jour au 2^ième jour et a commencé par diminuer progressivement jusqu’au dernier jour.Cette augmentation pourraits’expliquer par le relargage de phosphore emmagasiné dans les racines des plantes.

0

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 36

CONCLUSION

Ce travail mené sur le Centre Technologique pour l’Eau Potable et Assainissement de l’Université d’Abomey-Calavi avait pour objet d’évaluer l’influence de la charge polluante des eaux usées domestiques sur la performance des filtres plantés de roseaux cas de Typha Domingensis

Au terme des travaux, il a été constaté que :

 Le premier filtre à écoulement vertical (FV1) qui a reçu une forte charge a été efficace, en matière d’élimination de la DCO que le deuxième filtre à écoulement vertical(FV2).Et que le deuxième filtre à écoulement vertical (FV2) l’a été dans le cas de MES, le deuxième filtre à écoulement vertical(FV2) a été performant par rapport au premier filtre à écoulement vertical (FV1). Mais ces valeurs des paramètres physico-chimiques ne respectent pas les normes de rejet en termes de concentration. En termes de concentration seul le FV2 a donné une bonne performance épuratrice. Ceci est dû à la faible concentration de l’effluent brut.

 Au niveau du premier filtre à écoulement vertical (FV1), les plantes sont mortes au bout de deux jours. Ceci a été causé par la forte concentration de l’effluent brut.

Toutefois, en tenant compte des différents résultats obtenus et difficultés rencontrées, il serait important de poursuivre les recherches sur :

 Identification de la charge polluante maximale à tolérer par le typha domingensis.

 Évaluation du comportement des filtres plantés vis-à-vis de la charge polluante des eaux usées dans un système continu.

 Détermination de la performance de la combinaison du lagunage à macrophytes avec le filtre planté de roseaux (typha domingensis) dans le traitement des eaux usées à forte charge polluante.

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 37

Références bibliographiques

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3. Aina Martin Pépin et Déguénon Justine, Adounkpè Julien, Mama Daouda, Dominique Sohounhloué (2012): Winery wastewater treatment monitored using planted wetland common reed bed, 3898-3907p.

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5. Alain Liénardet al., (2004) : Filtres plantés de roseaux à flux vertical et lagunage naturel en traitement des eaux usées domestiques en France :Comparaison des performances et contraintes d’exploitation en termes de pérennité et fiabilité,87-99p 6. Azonnakpo Olivier V. (2007) : Problématique de l’eau et de l’assainissement en

milieu scolaire en République du Bénin : cas de Porto-Novo,DEES, Université

milieu scolaire en République du Bénin : cas de Porto-Novo,DEES, Université

Dans le document Evaluation de l’influence de la charge polluante des eaux usées domestiques sur la performance des filtres plantés cas du typha domingensis (Page 34-0)