CHAPITRE 7 : INFLUENCE DU PH SUR LA CAPACITE EPURATOIRE DE
7.3. Les paramètres bactériologiques
7.3. Les paramètres bactériologiques
Les coliformes fécaux ont été notre cible des germes pathogènes visés au cours de cette expérience. Leur détermination été faite sur l’échantillon prélevé à l’entrée et à la sortie du bassin anaérobie. De plus après le temps de séjour fixé à vingt-un jours, nous les avions déterminés sur les prélèvements de chaque bassin. Les résultats obtenus après l’analyse bactériologique des différents échantillons sont consignés dans les tableaux 10 et 11.
Tableau 10 : les paramètres bactériologique déterminés au niveau du BA
Paramètres Entrée BA Sortie BA Abattement
L’analyse de ces tableaux montre que le bassin anaérobie a éliminé une partie des coliformes fécaux contenus dans l’effluent brute. La forte présence des coliformes fécaux indiquait une contamination fécale résistante. Cependant, en suivant l’évolution de l’épuration de l’effluent dans les bassins d’expérimentation, et malgré le temps de séjour suivi de la présence des jacinthes d’eau, une augmentation notable du développement des coliformes fécaux a été observée dans les bassins à pH 5, pH 6 et pH 8 au lieu d’une régression. Cette augmentation est due au fait que le milieu salin est aussi favorable au développement des coliformes fécaux (Kpondjo 2011).
7.4. Vérification de l’effluent aux normes de rejet
Après le temps de séjour, nous avions comparé les caractéristiques de l’effluent traité aux normes de rejet des eaux usées au Bénin afin de confirmer ou d’infirmer si cet effluent respecte les normes de rejet des eaux usées pourrait donc être rejeté ou non sans risque pour l’homme et l’environnement. Les résultats sont consignés dans le tableau 12.
Mémoire de fin de formation pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception
présenté et soutenu par Albant SAGBO 79
Tableau 12 : les résultats des différentes analyses sur les échantillons du 21ième jour dans chaque bassin d’expérimentation
Après une analyse de ce tableau, nous constatons que tous les bassins respectent les normes de rejet en matière d’élimination de la DCO, en ce qui concerne la DBO5 seul le bassin à pH 9 ne respecte pas la norme de rejet. La concentration en MES fixée par la norme de rejet est respectée seulement par le bassin à pH 8. L’azote organique contenu les bassins à pH 7 et à pH 8 a été complètement transformé en azote minérale voir gazeuse durant le temps de séjour. L’élimination de l’azote varie en fonction des bassins et la concentration d’azote organique dans tous les bassins respectent la norme de rejet des eaux usées. L’orthophosphate est retrouvé en majorité dans les eaux ainsi la concentration du phosphore contenu dans l’orthophosphate a été déterminée. En comparant les concentrations de phosphore déterminées dans chaque bassin par rapport à la norme nous voyons que seuls les bassins à pH 6, à pH 7 et à pH 8 respectent la norme de rejet. Aucun effluent des cinq bassins d’expérimentation après le temps de séjour ne respecte la norme de rejet par
Paramètres Bassin à pH 5
Bassin à pH 6
Bassin à pH 7
Bassin à pH 8
Bassin à pH 9
Normes de rejet
% minimum de réduction
MES (mg/L) 55 47,5 39,5 30 130 ≤ 35 mg/l 90%
DCO
(mg O2/L) 42,480 35,200 28,625 47,213 94,426 ≤ 125 mg/L 75%
DBO5
(mg O2/L) 21 18 12 25 54 ≤ 25 mg/L 70% à 90%
NTK (mg/L) 2,28 1,2 0 0 8,2 ≤ 15 mg/L 70% à 80%
Pt (mg/L) 2,05 0,3 1,29 0,23 3,67 ≤ 2 mg/L 70%
Coliformes
fécaux 46.103 19600 1800 20.103 2500 -
Mémoire de fin de formation pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception
présenté et soutenu par Albant SAGBO 80
rapport aux coliformes fécaux. On peut donc conclure de façon générale que le bassin à pH 8 a été excellent en matière d’élimination des différentes pollutions.
7.5. L’évolution de la biomasse végétale dans les bassins
En ce qui concerne la biomasse, un remplissage de chaque bassin a été effectué avec un nombre initial de six pieds de jeunes jacinthes d’eau. Les résultats obtenus à la fin du temps de séjour (21 jours) sont consignés dans le tableau 13.
Tableau 13 : l’état de l’évolution de la biomasse végétale après 21 jours
Le rapport entre le nombre de pieds final et le nombre pieds initial dans chaque bassin montre que la biomasse végétale à évoluer de trois à quatre fois durant les vingt-et-un jours de temps de séjour. Ce résultat reste insuffisant c’est pourquoi le rapport entre les masses vient compléter ce résultat. Nous constatons que c’est dans le bassin à pH 8 que le développement des jacinthes d’eau a été important. Mais nous remarquons que le nombre de pieds dans ce bassin est inférieur à celui du bassin à pH 7 ; cela pourrait s’expliquer par le fait que les jacinthes d’eau insérées dans ce bassin ont couvert la totalité de la surface du bassin et n’ont plus trouvé d’espace pour leur multiplication. Le calcul du taux de croissance au sein de chaque bassin est fait à l’aide de de la formule (19b):
Taux de croissance =
Mémoire de fin de formation pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception
présenté et soutenu par Albant SAGBO 81
Nous constatons, que le taux de croissance des jacinthes d’eau a été croissant dans les bassins à pH 5 et pH 6 soient respectivement 0,063 et 0,068.
Par contre, au niveau du bassin à pH 7, une légère décroissance de ce taux a été observée soit 0,066. Au niveau du bassin à pH 8, ce taux a connu une augmentation pour atteindre la valeur de 0,076. Il s’ensuit alors une décroissance totale de ce taux pour atteindre 0,029 dans le bassin à pH 9. Les valeurs obtenues pour ces taux de croissance au niveau de chaque bassin viennent confirmer qu’il y a eu multiplication des jacinthes d’eau introduites dans un bassin par rapport à un autre. De plus, l’évolution de ces taux de croissance montre que les bassins à pH 5, pH 6, pH 7 et pH 8 ont été favorables à la croissance de la jacinthe d’eau durant le temps de séjour. De tous ces bassins, c’est le bassin à pH 8 qui a offert les conditions les plus favorables au développement des jacinthes d’eau. Les jacinthes d’eau obtenues dans les bassins à pH 5, pH 6, pH 7 et pH 8 sont d’une grande taille et matures. Les photos 35 à 41 montrent l’état des bassins au vingt-unième jour.
Mémoire de fin de formation pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception
présenté et soutenu par Albant SAGBO 82
Figure 34 : Le jour d’insertion des jacinthes d’eau Figure 35 : Etat du bassin à pH 9 le 7 ième jour
Figure 36 : Etat du bassin à pH 5 le 21ième jour Figure 378 : Etat du bassin à pH 6 le 21ième jour
Mémoire de fin de formation pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception
présenté et soutenu par Albant SAGBO 83
Figure 38 : Etat du bassin à pH 7 le 21ième jour
Figure 39 : Etat du bassin à pH 8 le 21ième jour Figure 40 : Etat du bassin à pH 9 le 21ième jour
Mémoire de fin de formation pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception
présenté et soutenu par Albant SAGBO 84
7.6. La conclusion partielle
La station pilote composée du bassin anaérobie et les cinq bassins d’expérimentation à pH variable ont été efficaces en matière d’élimination des différentes formes de pollutions. Le bassin anaérobie placé en tête du système était installé dans le but de réduire la charge organique de l’effluent avant sa mise en contact avec l’espèce flottante étudiée tel que recommandé par plusieurs auteurs (Koné, 2002 ; Effebi, 2009). Ses rendements étaient de 66,07% sur la DCO, 58% sur la DBO5, 53,04% sur les MES, 24,83% sur le NTK et 36,09%
sur le P-PO43-.
En ce qui concerne les cinq bassins d’expérimentation le bassin à pH 7 a été excellent en matière d’élimination de la pollution carbonée soit 83,68% sur la DCO et 88,56% sur la DBO5 durant les vingt-un jours de temps de séjour. Les MES, la pollution azotée et la pollution phosphorée ont été éliminées en grande partie au niveau du bassin à pH 8 soient 86,11% sur les MES, 94,02% sur l’azoté global, 95,76% sur le P-PO43- durant ce même temps de séjour. C’est dans ce même bassin que les jacinthes d’eau ont connu un développement optimal. De plus, les concentrations des différentes formes de pollution déterminées sur l’échantillon prélevé dans ce bassin au vingt-unième jour respectent les normes de rejet d’eaux usées en République du Bénin. Le pH de l’eau usée contenue dans chaque bassin d’expérimentation est dynamique (diminue en fonction du temps de séjour). C’est pourquoi déjà au septième jour, le pH de l’eau usée contenue dans le bassin à pH 8 est de 6,890. On pourrait veut que la présence de la jacinthe d’eau a une influence sur le pH de l’eau.
Cette hypothèse fut confirmée par (Mench, 1990) qui conclut que les racines compensent l’absorption de cations ou d’anions par l’excrétion respective de charges positives (protons) ou négatives (ions hydroxyles ou bicarbonates), entraînant une acidification ou une alcalinisation du milieu. De plus (Kim and Kim, 2000) ont montré que la surface des racines de jacinthe d'eau a une charge électrostatique négative. Par conséquent, une diminution de pH peut entraîner une neutralisation des charges électrostatiques par libération d'ions H+ d’où l’acidification du milieu.. Ainsi durant le temps de séjour, nous avions constaté que le pH de l’eau usée contenue dans le bassin à pH 8 s’est retrouvé dans l’intervalle 6,5 ≤ pH ≤ 7,5 gamme de pH optimale pour la croissance de la jacinthe d’eau (Robert Allgayer 2006). Ce qui justifie les meilleures performances obtenues au niveau du bassin à pH 8 durant ce temps de séjour.
Une comparaison des performances épuratoires de notre station pilote à jacinthe d’eau aux performances obtenues par différents auteurs ayant travaillés
Mémoire de fin de formation pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception
présenté et soutenu par Albant SAGBO 85
sur le lagunage à jacinthe d’eau a permis de constater, que la station pilote présentait des performances épuratoires supérieures à celles obtenues par :
Ouazzani et al., (1995) sur une station de traitement à jacinthe d’eau (78%
pour la DCO) ;
Jianbo et al., (2007) sur une station de traitement à jacinthe d’eau (64,44% pour la DCO, 21,78% d’azote total, 23,02% de phosphore) ;
Yi et al., (2009) sur une station de traitement à jacinthe d’eau (44% DCO, 63% d’azote, 75% de phosphore) ;
Mémoire de fin de formation pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception
présenté et soutenu par Albant SAGBO 86
Conclusion et perspectives
L’assainissement du cadre de vie des populations au Bénin demeure une problématique récurrente de ces dernières décennies. Le traitement des eaux usées plus spécifiquement, est un secteur embryonnaire, qui ne compte que quelques essais d’épuration des effluents dans certaines zones urbaines et périurbaines. Les caractéristiques techniques et économiques des systèmes d’épuration des eaux usées domestiques sont aujourd’hui suffisamment connues pour comparer les solutions existantes. Il en ressort que les techniques d'épuration extensives notamment les systèmes de lagunages sont beaucoup plus adaptées aux contextes socio-économiques des PED. Pour une mieux éclairer les techniciens et les décideurs dans la mise place de ces technologies il urge de développer, de faire des études plus approfondies sur les paramètres de fonctionnements de ces systèmes.
Pour un lagunage à macrophytes flottants utilisant la jacinthe d’eau les facteurs tels que l’éclairement lumineux et le pH qui affectent les performances du système et, de ce fait, ont été abordés dans ce document. Ce travail a ainsi été mené sur le Centre Technologique et Pratique pour L’Eau potable et l’Assainissement de l’Université d’Abomey-Calavi et a eu pour objectif d’évaluer les performances épuratoires de la jacinthe d’eau et la croissance de la biomasse végétale suite aux variations de l’éclairement lumineux et du pH.
Au terme de notre étude sur notre station pilote, nous avions constaté que:
Les caractéristiques des eaux usées de la fosse septique du bâtiment F Canadien expérimentées sur le Campus Universitaire d’Abomey-Calavi ont très peu évoluées dans le temps.
Le bassin anaérobie assure l’élimination considérable des matières en suspension, de la demande chimique en oxygène et de la demande biochimique en oxygène pendant 5 jours.
La jacinthe d’eau a besoin d’un éclairement lumineux assez important pour son développement afin de participer au phénomène de photosynthèse. De plus la jacinthe d’eau exposée à un éclairement lumineux supérieur 135200 Lux pendant cinq jours d’affilés entraîne sa dégénérescence.
La jacinthe d’eau n’est pas en mesure de réduire la conductivité du milieu dans lequel elle se trouve.
La jacinthe d’eau connait un développement optimal entre les pH de 6,5 à 7,5 et a la capacité de ramener le pH de l’eau usée dans cet intervalle.
Mémoire de fin de formation pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception
présenté et soutenu par Albant SAGBO 87
La jacinthe d’eau ne tolère pas les pH trop acides ni trop basiques car ils entrainent sa dégénérescence. Elle a la capacité d’acidifier le milieu dans lequel elle se trouve en fonction du temps de séjour.
L’élimination de la matière organique est principalement due à la sédimentation des matières en suspensions et à leur fixation par le système racinaire de la jacinthe d’eau.
L’élimination des différents types de pollutions sont fonction de l’éclairement lumineux du pH de l’eau usée et aussi du temps de séjour.
Nous proposons pour des études futures des thèmes comme ce qui suit :
Planter des arbres autour des stations de traitement des eaux usées par lagunage à macrophytes afin de diminuer l’intensité lumineuse pour permettre le développement des macrophytes.
Sensibiliser les usagers sur leurs caractères d’incivisme face aux ouvrages d’assainissement et appliquer des sanctions en vigueur en cas de non respect de la loi.
Un entretien périodique et un suivi rigoureux des stations de traitement des eaux usées par macrophytes.
Expérimentation à grande échelle de l’effet de l’ensoleillement et du pH sur la capacité épuratoire de la jacinthe d’eau et la production de la biomasse.
L’effet de l’ensoleillement et du pH dans un système de traitement à lagunage par les microphythes afin de faire une étude comparative.
Etude du comportement de la jacinthe d’eau suite aux variations de la température et du pH dans les eaux usées domestiques de zones de différents standings.
Etude Approfondie sur la photolyse, la photocatalyse et la photoépuration et enfin sur la photorémédiation.
Etude approfondie de la composition de la jacinthe d’eau avant et après chaque expérimentation.
Mémoire de fin de formation pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception
présenté et soutenu par Albant SAGBO 88
Références bibliographiques
Andreozzi, R.; Caprio, V.; Insola, A. & Martota, R. (1999). Advanced oxidation proceses (AOP) for water purification and recovery. Catalysis Today 53, 51-59. ISSN 0920-586.
AGENDIA, P. L. (1995). Treatment of sewage using aquatic plants: Case of the Biyem Assi domestic sewage (Yaounde). Doctorat d'Etat Thesis / University of Yaounde; Yaoundé. 154 p.
AGENDIA P.,1996. Preliminary survey of nutrient content of some macrophytes in Cameroon. Cam. J. Biol. Biochem. Sc. 6 (4): 67-70.
AINA M.P., DJIHOUESSI B., VISSIN E.W., KPONDJO N.M., GBEDO V. &
SOHOUNHLOUE K.C.D. (2012) Characterization of the domestic wastewaters and dimensionality of a pilot treatment station by lagooning at Abomey Calavi city-Benin. ISCA Journal of Engineering Sciences, 1, 1-8.
AKOWANOU O. A. V. 2012 Phytoépuration des eaux usées domestiques : évaluation des paramètres de performance dans le traitement des eaux usées par trois macrophytes flottantes identifiées. Mémoire d’Ingénieur de Conception en Sciences et Techniques de l’Eau à l’Ecole Polytechnique d’Abomey Calavi / Département de Génie-Civil / Université d’Abomey-Calavi. 119p.
ANONYME. 2003. Atelier de restitution du programme : « Gestion durable des déchets et de l'assainissement Urbain ». Comment aller plus loin dans le cas du Cameroun? Rapport. 2 – 4 novembre 2003. Yaoundé. 120 p.
ARNOLD, W.A., K. McNEILL. 2007. Transformation of Pharmaceuticals in the Environment:Photolysis and Other Processes. M. Petrovic and D. Barcelo (eds).
A Analysis, Fate and Removal of Pharmaceuticals in the Water Cycle. Elsevier Science, Amsterdam, The Netherlands. pp. 361-383.
ARNOLD, W. A., K McNEILL, 2007. Abiotic Degradation of Pharmaceuticals:
Photolysis and Other Processes, to appear in Analysis, Fate and Removal of Pharmaceuticals in the Water Cycle, Eds. M. Petrovic and D. Barcelo, 2007.
AZOV Y. & GOLDMAN J.C. (1982). Free ammonia inhibition of algal photosynthe-sis in intensive cultures. Appl. and Envi-ron. Microbiol. 3 (4) : 735-739.
Mémoire de fin de formation pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception
présenté et soutenu par Albant SAGBO 89
BABU R. M., SAJEENA A., SEETHARAMAN K., (2003). Bioassay of the potentiality of Alternaria alternata (Fr.) Keissler as a bioherbicide to control water hyacinth and other aquatic weeds. Crop. Prot. 22, p. 1005–1013.
BAYA D. G. S. T. Etude de l’autofloculation dans un chenal algal à haut rendement. Thèse de Doctorat en Sciences. Unité Assainissement et Environnement. Université de Liège. 252 p.
BEHAC and al., 1983 dans Guide pratique pour la mise en place de systèmes sociauxalternatifs d’assainissement condominium en milieu urbain et périurbain 175 p.
BENDADA A. 2005. Etude expérimentale et modélisation de l'élimination des cations métalliques de l'acide phosphorique issu du procédé humide. Application aux cas de l'aluminium, le fer et le cuivre. Thèse de Doctorat en Sciences en génie des procédés. Université de Constantine.121 p.
BRISSO J. & CHAZARENC F. (2009) Maximizing pollutant removal in constructed wetlands: Should we pay more attention to macrophytes species selection? Science of the total environment, 40, 3923-30.
BRIX H., 1991. The use of microphytes in wastewater treatment: biological features. In: Biological approach to sewage treatment process: Current status and perspectives. P. Madoni (ed.), Perugia, pp. 321-328.
BROUILLET, J. L., PICOT, B., SAMBUCO, J. P., GAILLARD, L., SOTOREAS, G., VALARIE, I. 2008. Ecotechniques d’assainissement des eaux usées domestiques : Evolution et perspectives. XIII ième Congrès Mondial de l’Eau. Rapport. 1 - 4 septembre 2008 (Montpellier). 17 p.
BOUTIN C., LIENARD A. & ESSER D., 1997. Development of a new generation of reed-bed filters in France: first results. Wat. Sci. Techn., 35 (5) : 315-322.
BOUARAB et al., 2002. Croissance en autotrophie et en mixotrophie de la microbialgue Micractinium pusillum Fres. Isolée d’un lagunage naturel : influence de la lumière et de la température.
BOUZAIDA.I, FERRONATO.C, CHOVELON.J.M, RAMMAH.M.E,
HERRMANN.J.M, HETEROGENEOUS 2004. Photocatalytic degradation of
Mémoire de fin de formation pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception
présenté et soutenu par Albant SAGBO 90
the anthraquinonic dye, Acid Blue 25 (AB25): a kinetic approach, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 168 (2004) 23-30.
CEBRON A. (2004) Nitrification, bactéries nitrifiantes et émissions de N2O.
Thèse de doctorat, Université Paris VI-Pierre et Marie Curie, 264p.
Center T.D., Hill M. P., Cordi H. & Julien M. H. (2002) Water hyacinth in biological control of invasive plants in the Ester United States. p 41 – 64 USDA Forest Service, Morgantown, wv (US).
CHARBONNEL Y. 1989. Manuel de Lagunage à Macrophytes en régions tropicales. ACCT, Paris, 37p.
COETSIER C. 2009. Approche intégrée de la gestion environnementale des produits pharmaceutiques dans des rejets de stations d’épuration urbaines et leur milieu récepteur : occurrence, impact et traitements tertiaires d’élimination. Thèse de Doctorat en Génie des Procédés. Université MONTPELLIER II.293 p.
COLIN, S. 2007. Modélisation des phénomènes d’abattement des micro-organismes pathogènes dans un bassin de maturation sous climat sahélien. Mém.
Master. ENGEES Ŕ 2iE Groupe EIER Ŕ ETSHER / Burkina-Faso. 110 p.
CRITES R. & TCHOBANOGLOUS G., 1998. Small and decentralized wastewater management systems. Chapter 9: Wetlands and aquatic treatment systems. WCB/McGraw-Hill, USA, pp. 563-642.
DAGNO, K., LAHLALI, R., FRIEL, D., BAJJI, M., JUAKLI, H. 2007.
Synthèse bibliographique : problématique de la jacinthe d’eau, Eichhornia crassipes, dans les zones tropicales et subtropicales du monde, notamment son éradication par la lutte biologique au moyen des phytopathogènes.
Biotechnol. Agron. Soc. Environ, 11 (4) : 299 - 311.
DAUTA A., BOUTERFAS R., BELKOURA M 1990. The effects of irradiance and photoperiod on the growth rate of three freshwater green algae isolated from a eutrophic lake.
DeBUSK, T. A. and REDDY, K. R. (1987). "Bod Removal in Floating Aquatic Macrophyte-Based Wastewater Treatment Systems." Water Sci Technol 19(12):
273-279.
Mémoire de fin de formation pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception
présenté et soutenu par Albant SAGBO 91
DELGADO M., BIGERIEGO M., WALTER I. and GUARDIOLA, E. (1994)
"Optimization of conditions for growth of Water Hyacinth in biological treatment." Rev Int Contam Ambient 10(2), 63-68.
DENNY P., 1996. Implementation of constructed wetlands in developing countries. In: Proceedings of 5th International Conference on Wetland Systems for Water Pollution Control, Vienna. Keynote address 4, pp: 1-10.
DE LA NOUE J. ? DE PAUW N., 1988. The potential of microalgal biotechnology : A review of production and uses of microalgae. Biotech. Adv., 6, 725-770
DIARRA K., Sarr-DIARRA M., NIANG S. & NIANG A. (2006) Contrôle écologique de l'état de fonctionnement de deux stations d'épuration extensive des eaux usées à Cator et Diokoul (Rufisque, Sénégal). Bilan de la situation après six années de fonctionnement sans gestion technique. Journal des sciences pour l'ingénieur, 6, 39-46.
EFFEBI, K. R. 2009. Lagunage anaérobie : modélisation combinant la décantation primaire et la dégradation anaérobie. Thèse de Doctorat en Sciences. Unité Assainissement et Environnement / Département Sciences et Gestion de l’Environnement / Université de Liège Campus d’ARLON. 165p.
EFFEBI, K. R. 2009. Lagunage anaérobie : modélisation combinant la décantation primaire et la dégradation anaérobie. Thèse de Doctorat en Sciences. Unité Assainissement et Environnement / Département Sciences et Gestion de l’Environnement / Université de Liège Campus d’ARLON. 165p.