Partie III: Résultats et discussions
III.3. Influence
II.2.2. Matériels
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)
Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 30
Partie III: Résultats et discussions
Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 31
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 4ième 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 1er jour au 2ième jour.
A partir du 2ième 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 1er jour au 2ième 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
1. Agence de l’Eau Rhin Meuse (2007) : Les procédés d’épuration des petites collectivités du bassin Rhin-Meuse-Eléments de comparaison techniques et économiques, 12p.
2. Agence de l’Eau Loire-Bretagne (2008) : Recommandations pour l’exploitation des filtres plantés de roseaux à écoulement vertical, 54p.
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.
4. Akowanou Onésime (2012) :Phytoépuration des eaux usées domestiques : Evaluation des paramètres de performances par combinaison de trois macrophytes flottants, Mémoire d’ingénieur, Université d’Abomey-Calavi, 133p.
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 d’Abomey-Calavi, 83p.
7. Boutin Catherine, Boucher Marc, Stéphane et Prost-Boucle Stéphanie:
Dimensionnement des filtres plantés de roseaux pour des sites à forte variation de charge : exemple des campings, 4p.
8. Centre d’Expertise en Analyse Environnementale du Québec (CEAEQ) : Détermination de la conductivité dans les effluents; Méthode électro-métrique. MA.
115 – Cond. 1.0, Ministère de l’Environnement du Québec, (2002), 11 p.
9. Cemagref, (1997) : Filière d’épuration adaptée aux petites collectivités Fonctionnement des filtres plantés de roseaux en Charente, 57p.
10. Djihouessi Belfrid : Caractérisation des eaux usées domestiques et dimensionnement d’une station d’épuration par lagunage : cas de l’arrondissement d’Abomey-Calavi, quartier Tokpa-Zoungo, Mémoire d’ingénieur, Université d’Abomey-Calavi, 127p.
11. Dovi (2011) : Caractérisation des eaux usées des résidences universitaires d’Abomey-Calavi et proposition d’un réseau de collecte ; Mémoire d’ingénieur ; Université d’Abomey-Calavi, 77p.
12. Djiwa Jérôme (2013) : Caractérisation des eaux usées de la fosse septique du bâtiment
Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 38 F canadien et évaluation de la performance épuratoire du filtre planté de Typha Domingensis; Mémoire de fin de cycle (licence) ; Université d’Abomey-Calavi, 57p.
13. Grison Charlotte (1999) : Epuration des eaux usées domestiques par les filtres plantés de macrophytes, 79p.
14. Koné Martine D.(2011) : Infiltration-Percolation sur sable et sur fibres de coco, filtres plantés et épuration d’eaux usées domestiques à dominance agroalimentaire sous climat tropical sec : cas des eaux résiduaires urbaines de Ouagadougou, Burkina Faso ; thèse de doctorat ; Université Claude Bernard Lyon 1, 232p.
15. L. Bensmina-Miméché , M. Débabéché,N.S (2013) : Capacité de filtres plantés de macrophytes pourl’épuration des eaux usées dans le climat Semi-aride, 33-37p.
16. MMEE (2007) : Stratégie nationale d’assainissement des eaux usées en milieu urbain, 34p.
17. PNE-Bénin (2010) : L’eau, l’assainissement, la vie et le développement humain durable, 103p.
18. Prigent Stéphane (2012) : Optimisation du traitement de l’azote et du phosphore des eaux usées domestiques adapté aux filtres plantés de roseaux, thèse de doctorat, Université de Nantes Angers Le Mans, 229p.
19. Rejsek F. (2002) :Analyse des eaux : aspects réglementaires et techniques.
Scéren (CRDPAQUITAINE). Coll. Biologie technique. Sciences et techniques de l’environnement. 360p.
20. Rodier J., Legube B. &Merlet N. (2009) :Analyse de l’eau. Ed :Dunod, Paris, 1526p.
21. Wetlands International (2003): The use of constructed wetlands for wastewater treatment, 30p.
22. Yahiattene Sofiane et El Tiadj (2010) : Réflexion sur la caractérisation physico-chimique des effluents liquides rejetés dans la grande sebkhad’Oran,10p.
Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 39
ANNEXES
Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 40
Photo 10:Aspect de Typha avant l’application de la charge polluante (Auteur)
Photo 11:Aspect de Typha après le traitement (Auteur) Photo 9:Echantillons prélevés (Auteur)
Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 41 Tableau 3:Paramètres physico-chimiques au laboratoire à la sortie du premier filtre
Tableau 4:Paramètres physico-chimiques au laboratoire à la sortie du deuxième filtre
FV2
Paramètres Entrée Sortie %Abattement
MES (mg/L) 100 13 87%
DCO (mgO2/L) 202 134 33%%
NTK (mg/L) 0 0 -
N-NO3- (mg/L) 1 0 -
N-NO2
(mg/L) 0 0 -
NGL (mg/L) 1 0 -
PO4
(mg/L) 19 5 71%
FV1
Paramètres Entrée Sortie %Abattement
MES (mg/L) 400 85 79%
DCO (mgO/L) 2496 624 75%
NTK (mg/L) 410 25 -
N-NO3
-(mg/L) 3 4 -
N-NO2
-(mg/L) 0 0 -
NGL (mg/L) 413 29 93%
PO4
3- (mg/L) 42 3 92%
Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 42 Tableau 5:Paramètres physico-chimiques à l’entrée et à la sortie
FV1
Paramètres Entrée 2ième jour 4ième jour
MES (mg/L) 400 35 85
DCO (mgO2/L) 2496 984 624
NTK (mg/L) 410 302 -
N-NO3 (mg/L) 3 9 4
N-NO2 (mg/L) 0 0 0
NGL (mg/L) 413 - 25
PO4
(mg/L) 42 92 3
Tableau 6:Paramètres physico-chimiques à l’entrée et à la sortie du deuxième filtre FV2
Paramètres Entrée 2ième jour 4ième jour
MES (mg/L) 100 120 13
DCO (mgO2/L) 202 139 134
NTK (mg/L) 0 0 0
N-NO3
(mg/L) 1 0,5 0
N-NO2
(mg/L) 0 0 0
NGL (mg/L) 1 0,5 0
PO43- (mg/L) 19 20 5
Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 43
LISTES DES SIGLES ET ABREVIATIONS ... xi
INTRODUCTION ... 1
Partie I: Cadre institutionnel du stage et Généralités sur les filtres plantés ... 3
I.1. Présentation de la structure d’accueil ... 4
I.1.1. Statut du LSTE ... 4
I.1.2. Localisation du LSTE et organisation du LSTE ... 5
I.2. Généralités sur l’épuration par les filtres plantés de roseaux ... 7
I.2.1. Eaux usées ... 7
I.2.2. Matières polluantes des eaux usées ... 7
I.2.2.1. Matières organiques ... 7
I.2.2.2. Matières minérales (MM) ... 8
I.2.2.3. Matières particulaires ... 8
I.2.2.4. Matières dissoutes ... 8
I.2.3. Matières polluantes recurrentes des eaux usées ... 8
I.2.3.1. Matières carbonées ... 8
I.2.3.2. Matières azotées ... 9
I.2.3.3. Matières phosphorées ... 9
I.2.4. Les filtres plantés de roseaux ... 9
I.2.4.1. Historique ... 9
I.2.4.2. Définition ... 10
I.2.4.3. Présentation du Typha Domingensis : ... 11
I.2.4.3. Dimensionnement des filtres plantés de roseaux ... 11
I.2.4.4. Principe de fonctionnement des filtres plantés de roseaux ... 13
I.2.4.7. Performances épuratoires des filtres plantés de roseaux ... 15
Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 44
Partie II: DEROULEMENT DU STAGE ... 17
II.1. Mise en place et suivi des expérimentations ... 18
II.1.1.Recherche documentaire ... 18
II.1.2. Description de station pilote ... 18
II.1.2.1. Dispositif expérimental ... 18
II.1.2.2. Choix et prélèvement de l’espèce étudiée ... 20
II.1.2.3. Choix de bassins anaérobie et facultatif ... 21
II.1.2.4.Choix du matériau utilisé ... 21
II.1.3. Echantillonnage ... 21
II.1.4. Suivi des paramètres ... 22
II.2. Analyse et méthode d’analyse ... 22
II.2.1. Techniques analytiques utilisées ... 22
II.2.1.1. La température... 22
II.2.1.2. L’oxygène dissous ... 22
II.2.1.3. Le potentiel d’hydrogène (pH) ... 23
II.2.1.4. Le potentiel redox (eH) ... 23
II.2.1.5. Le pouvoir d’oxydo-réduction (rH) ... 23
II.2.1.6. La conductivité ... 24
II.2.1.7. Les matières en suspension (MES) ... 24
II.2.1.8. La demande chimique en oxygène (DCO) ... 24
II.2.1.9. La demande biochimique en oxygène à cinq jours (DBO5) ... 25
II.2.1.10. Azote ... 25
II.2.1.11. Les orthophosphates ... 26
II.2.2. Matériels ... 27
II.2.2.1. Spectrophotomètre ... 27
II.2.2.2. Minéralisateur de NTK ... 27
II.2.2.3. Réacteur de DCO ... 27
II.2.2.4. Armoire thermostatique ... 27
II.2.2.5. OxyTop ... 27
II.2.2.6. Autres matériels utilisés ... 28
II.2.3. Activités effectuées ... 28
II.2.3.1. Réalisation du dispositif expérimental ... 28
II.2.3.2. Prélèvement des échantillons ... 29
Partie III: Résultats et discussions ... 30
Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 45
III.1. Caractérisation des deux effluents étudiés ... 31
III.2. Abattement ... 32
III.2.1. Performance par rapport à la pollution carbonée ... 32
III.2.2. Performance par rapport à la pollution azotée ... 33
III.2.3. Performance par rapport à la pollution phosphorée ... 33
III.3. Influence ... 34
III.3.1. Evolution de la pollution carbonée au cours du temps ... 34
III.3.2. Evolution de la pollution particulaire en fonction du temps ... 35
III.3.3. Evolution de la pollution phosphorée au cours du temps ... 35
CONCLUSION ... 36
Références bibliographiques ... 37
ANNEXES ... 39