Performances épuratoires des filtres plantés de roseaux

Si ces systèmes d’assainissement sont correctement conçus et bien dimensionnés et que l’influent peut traverser les massifs filtrants, la qualité de l’effluent est bonne. Cela s’explique par une intense activité stimulée par une symbiose entre les microorganismes et le système racinaire développé par des roseaux (Liénard et al., 2004). Un très bon rendement est obtenu sur les MES, en fonction de la granulométrie du milieu (plus la granulométrie est fine, meilleur est l’abattement de MES, mais le risque de colmatage augmente). La flore bactérienne développée au niveau du système racinaire permet la dégradation de la matière

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 16 organique(rendement de 90% sur la DCO, la DBO5 et les MES). La diminution des populations de bactéries fécales se fait grâce au temps de séjour dans le filtre : le temps de séjour de trois jours permet un bon abattement de ces populations bactériennes qui ne trouvent pas dans le filtre les éléments nutritifs pour leur développement.

Pour les combinaisons de FPRV, la dénitrification n’est pas suffisante au regard du risque d’eutrophisation des milieux (le rendement en NTK avoisine 60%). Par contre la combinaison FPRV puis FPRH permet une bonne dénitrification, car l’épuration se poursuit dans un milieu pauvre en oxygène. Mais dans tous les cas, les rendements sur le phosphore atteignent difficilement 60% ce qui n’est pas suffisant pour des zones sensibles à l’eutrophisation.

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 17

Partie II: DEROULEMENT DU STAGE

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 18 Cette partie de notre étude est scindée en deux grandes étapes à savoir :

 Mise en place et suivi des expérimentations

 Analyse et méthode d’analyse

II.1. Mise en place et suivi des expérimentations II.1.1.Recherche documentaire

Une recherche documentaire qui est consacrée à une revue bibliographique sur l’état des études antérieures ayant portées sur la caractérisation des eaux usées domestiques, des documents traitant des caractéristiques physico-chimiques des eaux usées domestiques par les filtres plantés de roseaux. Cette recherche sera effectuée dans les différents centres de documentations de l’EPAC (bibliothèque EPAC), du LSTE, de l’UAC et sur internet.

II.1.2. Description de station pilote graviers lavés de dimensions variées. Les graviers utilisés sont répartis en trois couches. Du haut vers le bas, la première couche de gravier est constituée de graviers fins sur 30cm est la couche filtrante, la deuxième couche constituée de graviers de taille moyenne sur 15cm qualifiée de couche intermédiaire ou de transition et la troisième couche de grossière taille sur 15cm.La hauteur de revanche de 15 cm de hauteur est prévue pour permettre l’accumulation de la matière particulaire en surface du massif filtrant. Il faut aussi noter qu’une lame d’eau de 3 cm a été prise pour assurer non seulement la submersion du massif filtrant mais aussi le temps de contact de l’effluent avec le matériau. Les deux bacs utiliseront typha domingensis comme filtre. Après prélèvement des jeunes macrophytes, elles sont immédiatement introduites dans le bassin d’expérimentation avec un total de 12 pieds(plantation de roseaux).

Les plants ainsi repiqués ont été alimentés à l’eau usée domestique (un volume de 300L d’eau usée domestique) chaque semaine pendant deux mois. Le choix du nombre de pieds et le temps d’adaptation ont été choisis d’après les travaux de certains auteurs (Déguénon et al.

2012 ; E.S. Kengne et al.,2014). Chacun des bacs a une dimension de 110cm de longueur, 90cm de largeur et une hauteur de 100cm.

Le dispositif expérimental est installé à côté du site de lagunage sur CTEPA au CUAC. En

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 19 effet, le premier bac est placé à la sortie du bassin anaérobie et le deuxième bac est placé à la sortie du bassin facultatif. Ces deux pilotes sont alimentés des eaux issues respectivement des bassins anaérobie et facultatif à l’aide de pompes dans un système continu (remplissage progressif des deux pilotes durant le temps de séjour) après le prétraitement effectué au niveau du regard lors de l’expérience.

Méthode utilisée pour déterminer le volume d’eau usée à mettre dans les tanks :

 Dimensions des tanks : L= 110cm, l= 90cm et H= 100cm Le volume d’eau usée dans les tanks est déterminé par la formule suivante Veu = Vv + Ves

Avec

Veu : Volume d’eau usée

Vv : Volume de vide du massif occupé l’eau usée Ves : Volume d’eau submersible

Ne sachant pas la porosité efficace de chaque couche du massif filtrant, le volume VV a été déterminé en se servant d’un bidon de 25L. Le massif filtrant d’eau usée jusqu’à sa hauteur. Un Vv= 245L a été obtenu soit 10 bidons de 25L.

Photo 2: Remplissage du bac Photo 3: Aspect du filtre non planté

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 20 II.1.2.2. Choix et prélèvement de l’espèce étudiée

Le typha domingensis fait partie des espèces les plus utilisées dans le traitement des EUD car il a un taux de croissance rapide (Wetlands international, 2003). C’est aussi une espèce fixée que l’on retrouve facilement dans nos écosystèmes naturels au Bénin. Le choix de cette espèce et de son introduction dans les bassins, a été fait pour assurer une continuité aux différentes études effectuées sur le site de CTPEA.

Les macrophytes utilisés ont été prélevé à Togoudo dans la zone marécageuse en face de l’Ecobank où il évolue depuis plusieurs années ; dans les conditions naturelles. En effet, nous avons extrait les plants avec les racines au bord de la zone marécageuse. Les macrophytes après leur prélèvement, ont été immédiatement à notre arrivée sur le site d’expérimentation, introduits dans les bassins. Pour pouvoir permettre aux plantes de s’adapter à ce nouveau milieu, les EUD leur ont été apportées et renouvelées chaque semaine durant un temps de deux mois. La photo ci-dessous montre les macrophytes prélevés.

Photo 4: Pieds de Typha D. lavés Photo 5:Pieds de typha prélevés

Ves= Avec

L : Longueur des tanks l : largeur des tanks

h : Lame d’eau sur le massif filtrant

Ves= cm³ soit 2 bidons de 25L

Veu= 245 + 30 = 275L soit 11 bidons de 25L, en tenant compte de l’évapotranspiration, Veu=300L soit 12 bidons de 25L

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 21

II.1.2.3. Choix de bassins anaérobie et facultatif

Nous avons choisi d’alimenter les pilotes avec les eaux issues de bassins anaérobie et facultatif pour des raisons suivantes :

 La disponibilité des eaux usées en permanence dans les bassins

 La proximité des bassins des pilotes d’expérimentation

 Les bassins anaérobie et facultatif permettent la variation de la charge polluante des eaux usées dans le cadre de notre étude

II.1.2.4.Choix du matériau utilisé

Les matériaux utilisés dans le cadre de notre étude sont des graviers. Ces graviers proviennent de Togoudo à Abomey-Calavi. Ils sont ensuite tamisés par des tamis afin d’avoir un matériau qui répond aux caractéristiques granulométriques correspondant à l’usage auquel il est destiné. Le pilote expérimental est constitué de plusieurs couches : La couche filtrante est du gravier de 2 à 8 mm de diamètre, La couche de transition est du gravier de 10 à 30mm de diamètre et la couche drainante du gravier de 30 à 50mm pour assurer le drainage. Ce matériau a été choisi afin de permettre à l’eau de s’écouler plus facilement des pores et d’éviter un colmatage précoce des filtres plantés.

II.1.3. Echantillonnage

Pour la caractérisation des effluents bruts, un prélèvement d’environ un litre et demi (1,5) s’est fait dans les bassins anaérobie et facultatif grâce à un préleveur automatique portable Sigma SD900 de la gamme HACH afin d’obtenir un échantillon représentatif à l’entrée des bacs. Et trois prélèvements par jour à la sortie des bacs sont faits pendant le temps de séjour.

Les échantillons destinés aux analyses des paramètres globaux sont conservés dans des

Photo 6:Pieds de Typha Domengensis. 1mois après

Photo 7:Photo des pieds de Typha Domengensis. après 1mois demi

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 22 flacons en plastique qui sont remplis à ras bord pour éviter de piéger l’air afin de ne pas altérer l’équilibre chimique. Les analyses sont faites de façon journalière et portent sur les paramètres de suivi de performance.

II.1.4. Suivi des paramètres

Les paramètres de suivi de performance que sont : l’oxygène dissous, la température, le pH, le potentiel redox, et la conductivité sont mesurés trois fois dans une journée (matin à 8h, à 12h et soir à 18h). Quant aux paramètres MES, DCO, NTK et Pt sont mesurés sur l’effluent brut, puis trois fois dans une journée sur l’effluent traité durant les quatre jours de temps de séjour et ceci dans les mêmes conditions que précédemment. Ces paramètres sont déterminés au Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau.

II.2. Analyse et méthode d’analyse

Les paramètres physico-chimiques utilisés pour l’évaluation de la performance des filtres plantés de roseaux sont : la température, le potentiel d’hydrogène, le potentiel redox, la conductivité, la turbidité, l’oxygène dissous, MES, DCO, NTK, NO2

-, NO3

-, Pt. Leur rôle dans l’évaluation des performances du traitement des filtres plantés des roseaux, ainsi que les méthodes d’analyses utilisées sont présentés ci-dessous.

II.2.1. Techniques analytiques utilisées II.2.1.1. La température

La température de l’eau, est un facteur écologique qui entraîne d’importantes répercutions écologiques. Elle agit sur la solubilité des gaz dans l’eau, la dissociation des sels dissous, de même que sur les réactions chimiques et biochimiques, le développement et la croissance des organismes vivant dans l’eau et particulièrement les microorganismes responsables de la réduction de la pollution.

Elle s’exprime en °C et a été mesurée en même temps que l’oxygène dissous.

II.2.1.2. L’oxygène dissous

L’oxygène dissous représente la fraction dissoute de l’oxygène se retrouvant dans l’eau. Il est caractéristique du type de milieu. Sa concentration est très faible et le plus souvent proche de zéro dans les eaux résiduaires brutes, compte tenu des concentrations élevées en composés réducteurs (oxydables) et de l’activité des microorganismes présents. La présence d’oxygène dissous conditionne les réactions de dégradation aérobie de la matière organique et favorise l’élimination de la pollution azotée par un procédé de nitrification-dénitrification (Rejsek, 2002). L’oxygène dissous a été mesuré selon la méthode électrochimique normalisée (NF T

Rédigé et soutenu par Innocent O. AHOUANMADJO Page | 23 90-106) avec l’oxymètre Oxi 730 WTW qui est muni d’une sonde à oxygène CellOx 325.L’étalonnage de la sonde est fait à l’aide d’un bécher de calibration dans l’air

.

L’oxygène dissous s’exprime en mg O₂/L.

II.2.1.3. Le potentiel d’hydrogène (pH)

Le pH de l’eau mesure la concentration des protons H⁺ contenus dans l’eau. Il résume la stabilité de l’équilibre établi entre les différentes formes de l’acide carbonique et il est lié au système tampon développé par les carbonates et les bicarbonates. Le pH a été mesuré par la méthode potentiométrique selon la norme NFT 90-008 avec le pH-mètre pH 3110 SET 3 WTW qui est étalonné avec des solutions de pH 4,01 et 7,00. La précision des valeurs données par l’appareil est de 10^-2 près.

II.2.1.4. Le potentiel redox (eH)

Le potentiel redox (eH) qui définit le pouvoir oxydant ou réducteur du système. Il quantifie les réactions d’oxydation et de réduction qui correspondent au transfert d’électrons entre les composés chimiques présents dans l’eau (Rejsek, 2002). La valeur du potentiel redox des influents renseigne sur leur septicité:

- Si eH> +150 mV alors l’influent est frais et non septique ; - Si eH< +150 mV, il y a risque de fermentation de l’influent ; - Si eH< +50 mV, il y a possibilité de production de sulfures.

Il s’exprime en milli volt (mV) et il a été mesuré selon la norme NFT 90-008 avec le pH-mètre pH 3110 SET 3 (WTW).La précision des valeurs données par l’appareil est de 10^-1 près.

II.2.1.5. 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

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

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 26-0)