REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE AKLI MOAND OULHADJE-BOUIRA
Faculté des Sciences et des sciences appliquées Département Génie Civil
Mémoire de fin d’étude
Présenté par : BANOUH Miyassa
DJENANE Sadjia
En vue de l’obtention du diplôme de Master en :
Filière : Génie Hydraulique
Option : Génie Hydrotechnique
Thème :
Caractérisation des sous-produits de l’épuration
pour une éventuelle valorisation
Devant le jury composé de :
MERIDJA BELKACEMI Samir REZIG Amina NOUEL Mohammed KHALDI Ramzi ABED Mourad …………. Président Grade …………. Encadreur
MERIDJA Madani Président BELKACEMI Samir Encadreur REZIG Amina Co promotrice NOUEL Mouhemmed Invité
KHALDI Ramzi Examinateur ABED Mourad Examinateur
exÅxÜv|xÅxÇàá
On remercie avant tout Allah tout puissant, de nous avoir guidés toutes ces années d’études et de nous avoir donné la volonté, la patiente, le courage pour terminer ce travail
On adresse également nos profonds remerciements a nos maitre de stage Monsieur M.NOUEL de nous avoir aidé à s’intégrer au sein de la station d’épuration de Bouira et pour l’accueil chaleureux qu’ils nous ont réservé, son soutien et disponibilité qu’il nous accordé pour faire avancé ce travail.
On adresse nos remerciements à Monsieur S.DAHMANI pour ses encouragements et son soutien moral et ses explications ainsi que pour son aide et ses conseils.
Nous exprimons nos vives gratitudes à nos encadrants Monsieur S.BELKACEMI et Madame A.REZIGUE pour leurs conseils et renseignements, pour avoir accepté de nous encadrer.
Nous remercions par ailleurs l’ensemble des membres du jury de nous avoir fait l’honneur de juger notre travail et d’assister à la soutenance de notre projet
Loin d’avoir cité tout le monde on souhaite que tous ceux, de près ou de loin qui ont contribué à l’aboutissement de notre projet trouvent ici nos reconnaissance pour leur gentillesse, leur disponibilité, leur confiance et leur sourire.
Je dédie ce travail à :
Mes très chers parents, pour lesquels j’exprime ma sincère reconnaissance pour leur soutien moral, et leurs encouragements tout au long de mes études même dans les moments difficiles, ils ont toujours été présents lorsque j’ai eu besoin d’eux, que dieu les protège, je leur serai éternellement reconnaissante,
Mes très chers frères Djamel, Hamid et nadir
Mes très chères sueurs nassaira, Djamila, Hamida et wahiba ainsi que toute ma famille
Mes très chers amis(es)et tous les collègues de la section master II Génie hydrotechnique à tous ceux que j’ai oubliés
Je dédie ce modeste travail à mes chers parents. Ma mère pour m'avoir mis au monde et pour m’avoir accompagné tout le long de ma vie. Je lui dois une fière chandelle. Mon père qui sans lui je ne serais pas arrivé jusqu'ici. J’espère toujours rester fidèle aux valeurs morales que vous m’avez apprises.
A ma sœur Fahima et mon frère Abd El Ghani et toute ma famille.
A tous mes amies et mes collègues plus particulièrement les étudiants du groupe GHT en souvenir de notre sincère et profonde amitié et des moments agréables que nous avons passés ensemble.
Chapitre I : Génialité sur les eaux usées
Introduction général……….. 1
I.1-Introduction………. 3
I.2-Définition d’une eau usée……...3
I.3-Origine des eaux usées………. 3
I.3.1-Les eaux usées domestiques………. 3
I.3.2-Les eaux pluviales………. 4
I.3.3-Les eaux industrielles……….4
I.4-Systèmes de collecte des eaux usées……… 4
I.4.1-Le système unitaire………... 4
I.4.2-Le système séparatif………. 5
I.4.3-Le système pseudo-séparatif (mixte) ……….. 5
I.5-Paramètres de mesures de la pollution……….. 5
I.5.1-Paramètres physiques………... 5
I.5.1.1-Température ……….. 5
I.5.1.2-Couleur ……….. 5
I.5.1.3-Odeur……….. 6
I.5.1.4-Les matières en suspension (MES) ……….. 6
I.5.1.5-Les matières volatiles en suspension (MVS) ………... 6
I.5.1.6-Les matières minérales sèches (MMS)………. 6
I.5.2-Paramètres chimiques ………. 6
I.5.2.1-Le potentiel d’Hydrogène (pH) ………... 6
I.5.2.2-Turbidité ……… 7
I.5.2.3-Conductivité………... 7
I.5.2.4-Demande chimiques en oxygène (DCO) ………. 7
I.5.2.5-Demande biologique en oxygène(DBO5) ……….… 7
I.5.2.6-Oxygène dissous ……… 7
I.5.2.7-La biodégradabilité ……….. 8
I.5.3-Les micropolluants organiques et non organiques ……….. 8
1.5.3.1-Éléments traces……….. 8
I.5.3.2-Les micropolluants organiques ……… 8
I.5.3.2.1-L’azote ……… 9
I.5.3.2.2-Le phosphore ……….. 9
I.5.4.1-Les bactéries ……….. 9
I.5.4.2-Les virus ………. 9
I.5.4.3-Les protozoaires ……….10
I.5.4.4-Les helminthes ………... 10
I.6-Définition générale de la STEP ……….. 10
I.6.1-Objectif d’une STEP ……….. 11
I.6.2-Epuration des eaux usées ……… 11
I.6.3-Le procédé d’épuration des eaux usées ……….. 11
I.6.3.1-Le prétraitement………... 11
I.6.3.1.1-Le dégrillage ………... 11
I.6.3.1.2-Le dessablage ……….. 12
I.6.3.1.3-Le dégraissage-déshuilage ………. 12
I.6.3.2-Le traitement primaire ………. 13
I.6.3.2.1-Décantation ………. 13
I.6.3.3-Le traitement secondaire (Biologique) ……… 14
I.6.3.3.1-Traitements anaérobies ………. 14
I.6.3.3.2-Traitement aérobie ……… 14
I.6.3.3.2.1-Les procédés aérobies à culture fixes ……… 14
I.6.3.3.2.1.1-Le lit bactérien ou granulaire ………. 14
I.6.3.3.2.1.2-Les disques biologiques (Bio-disques)………. 15
I.6.3.3.2.2-Les procédés aérobies à culture libre……… 16
I.6.3.3.2.2.1-Le lagunage………... 16
I.6.3.3.2.2.2-Les boues activées ……… 16
I.6.3.4-Traitement tertiaire ……….. 17
I.6.3.4.1-Elimination de l’azote et de phosphore ……… 17
I.6.3.4.1.1-Elimination de l’azote ………. 17
I.6.3.4.1.1.1-Nitrification……….. 17
I.6.3.4.1.1.2-Dénitrification………... 18
I.6.3.4.1.2-Déphosphatation……….. 18
I.6.3.5.5-Lagune de finition………... 19
I.7-Conclusion ………... 20
Chapitre II : Génialité sur les boues et les sous-produits II.1-Introduction ………... 21
II.2-Les sous- produits d’eau épurée………... 21
II.2.1-Les sables………. 21
II.2.2-Les graisses……….. 22
II.2.3-Les refus de dégrillage……… 22
II.2.4-Les produits de curage de réseau ……….. 23
II.3-Définition de la boue ………. 23
II.4.1-Les boues primaires……… 23
II.4.2-Les boues physico-chimiques ……… 23
II.4.3-Les boues biologiques ……….23
II.5-Les caractéristiques physico-chimiques des boues ………. 24
II.5.1-Siccité ………... 24
II.5.2-Matière sèche (MS) ……… 24
II.5.3-Matière volatile sèche (MVS) ……… 24
II.6-La composition des boues………. 25
II.6.1-Eléments fertilisants ………... 25
II.6.2-Eléments indésirables………. 25
II.6.2.1-Eléments traces minéraux ……….. 25
II.6.2.2-Micropolluants organiques………..… 25
II.6.3-Micro-organismes pathogènes ………..… 26
II.7-Techniques de traitements des boues ………..… 26
II.8-Procédés de réduction de la teneur en eau………... 26
II.8.1-L'épaississement………. 26
II.8.1.1-L’épaississement statique gravitaire………..… 27
II.8.1.2-L’épaississement dynamique………..… 27 II.8.1.2.1-Par flottation………..… 27 II.8.1.2.2-Par égouttage ……… 27 II.8.1.2.3-Par centrifugation ……… 27 II.8.2-Stabilisation………. 27 II.8.2.1-Stabilisation biologique ……….. 28
II.8.2.1.1-Voie aérobie (présence d'oxygène) ………. 27
II.8.2.1.1.1-Le compostage ………... 28
II.8.2.1.2-Voie anaérobie (absence d'oxygène) ……….. 28
II.8.2.2-La stabilisation chimique ………29
II.8.2.2.1-Le chaulage……… 29
II.8.2.2.2-La stabilisation aux nitrites ………. 29
II.8.2.3-Le séchage thermique ………. 29
II.8.2.3.1- Le séchage direct …………...……….. 29
II.8.2.3.2- Le séchage indirect ……….. 29
II.8.3-La déshydratation ……….. 29
II.8.3.1- Séchage par des procédés mécaniques (déshydratation mécaniques) ……... 30
II.8.3.1.1- La déshydratation sur décanteuse centrifuge……… ……... 30
II.8.3.1.1.2-La déshydratation par filtration ………. 30
II.8.3.1.1.2.1-Sur filtre à bande………. 30
II.8.3.1.1.2.2-Sur filtre à plateau…..……… 30
II.8.3.2-Séchage sur lit ……….. 31
II.9-Destination finale des boues ………. 32
II.9.1-Valorisation agricole ……… 32
II.9.2-Incinération ……… 32
II.9.3-Valorisation énergétique ……….. 32
II.10-Conclusion ……… 33
Chapitre III : présentation de la STEP III.1-Introduction ………. 34
III.2-Présentation de l’entreprise d’accueil ………... 34
III.2.1-Localisation……… 34
III.3-Description du procès épuratoire……… 35
III.4- L’objectif d’épuration ……… 37
III.5-Définition de la pollution ………. 37
III.6-Description des étapes individuelles de processus ……… 38
III.6.A.1.3.1-Etape intermédiaire………. 40
III.6.A.2-Traitement secondaire ……….. 40
III.6.A.2.1-Répartiteur ………. 40
III.6.A.2.2-Les bassins biologiques ……….. 42
III.6.A.2.2.1-Bassins anoxies ……… 42
III.6.A.2.2.2-Chenal d’oxydation (Bassin aérobie)………. 42
III.6.A.2.2.3-Le clarificateur ……….. 43
III.6.A.3-Traitement tertiaire ……….. 44
III.6.A.3.1-la désinfection ………. 44
III.6.A.3.2-Station de dosage (activité au chômage) ………. 44
B. Filière boues………... 45
III.B.1-Traitement des boues……… …….. 45
III.B.1.1- Épaississement des boues en excès……….. 45
III.B.1.1.1-Pompage des boues ………..46
III.B.1.2-La stabilisation des boues ………. 46
III.B.1.3-Déshydratation mécanique ………... 46
III.B.1.3.1-Filtre presse à bonde ……….. 46
III.B.1.3.2-Déshydratation des boues en lit de séchage……….. 47
Chapitre IV : Méthodes et matériels IV.1- Introduction ………. 48
IV.2.1- les paramètres physico-chimiques ……….. 48
IV.2.2- Détermination de la pollution azotée et phosphorée……….… 48
IV.2.3-La détermination de la pollution organique ………..… 48
IV.3-Pour les traitements des boues il faut s’effectuer les analyses suivantes……… 48
A-Filière eau ……….. 49
IV.A.1-Mode opératoire de la détermination des paramètres physico-chimiques….. 49
IV.A.1.1-Le PH ………. 49
IV.A.1.1.a- But………... 49
IV.A.1.1.b- Matériels utilisées ………. 49
IV.A.1.1.c-Méthode d’analyse ……… 51
IV.A.1.2-Conductivité………... 50
IV.A.1.2.a-Matériels utilisés………. 50
IV.A.1.2.b-Méthodes d’analyse ………... 50
IV.A.1.3.a-Méthode d’analyse ……….… 51 IV.A.1.4-La DCO ………..… 52 IV.A.1.4.a-Matériels utilisés ………... 52 IV.A.1.4.b-Méthode d’analyse ………. 52 IV.A.1.4.c-Titrage de l’échantillon………... 54 B- Filière boue……… 55
IV.B.1-Mode opératoire de la détermination du V30, MES, MVS, et IB……… 55
IV.B.1.1-Le V30 IV.B.1.2-Les MES, MVS………..55
IV.B.1.2.a-Méthode par filtration……… 55
IV.B.1.2.b-Méthode par centrifugation………... 56
IV.B.1.3-Indice de boues (IB)………... 57
IV.B.1.4- La siccité ……… 57
Conclusion ………. 59
Chapitre V : Discussion et interprétation des résultats V.1-Introduction……… 60
V.A- Résultats filière eau ………. 60
V.A.1-Résultats et discussion……… 61
V.A.1.1-Mesure de la température………... 61
V.A.1.2Mesure de la conductivité……… 62
V.A.1.3-Mesure de pH………... 63
V.A.1.4-Mesure des MES……….. 64
V.A.1.5-Mesure de la DBO5, DCO et le K………... 66
V.A.1.5.a-La DBO5 ………... 67
V.A.1.5.b-La DCO ……… 68
V.A.1.5.c- Le coef de biodégradabilité ………...… 69
V.B- Résultats filière Boue ……….. 70
V.B.1-Détermination de MS et MVS dans les bassins d’aération :………. 70
V.B.1.a- Le V30 ……….. 71
V.B.1.b- Les MS ……… 71
V.C- Les sous –produits……… 73 V.C.1-Les déchets ménagers ……… ……... 73 V.C.2-Les boues extraites ………. 75
Listes des figures :
Chapitre I :Généralités sur les eaux usées
Figure I.1: Schéma d’un dégrilleur grossier………. 12
Figure I.2 : Schéma d’un dégrilleur fin……… 12
Figure I.3 : Schéma d’un traitement préliminaire d’une station d’épuration……… 13
Figure I.4 : Schéma d’un décanteur………. 14
Figure I.5: Schéma d’un Procédée Lit bactérien………... 15
Figure I.6 : Schéma d’un procédée disque biologique……… 16
Figure I.7: Schéma de principe d’un disque biologique……….. 16
Figure I.8 : Schéma d’un procédée boues activées……….. 17
Figure I.9 : Schéma de fonctionnement d'une station d'épuration……….. 20
Chapitre II : Généralités sur les boues et les sous-produits Figure II.1: les sables………..………. 21
Figure II.2 : les graisses………..………. 22
Figure II.3 : les refus de dégrilleur……… ……... 23
Figure II.4 : épaississement des boues………..……… 26
Figure II.5 : Filtre à bandes……….. 30
Figure II.6 : filtre à plateau………..………. 31
Figure II.7 : lit de séchage……… 31
Chapitre III : Présentation de la STEP Figure III.1 : Schéma de la station par Google earth……… 34
Figure III.2 : Schéma descriptif du procès épuratoire de la STEP de Bouira………….. 36
Figure III.3 : Dégrilleur grossier……… 38
Figure III.4 : Dégrilleur fin……….. 38
Figure III.5 : Laveuse de sable………. 39
Figure III.6 : Dessableur/déshuileur……… 39
Figure III.7 : Canal venturi……….………... 40
Figure III.8 : échantillonneur automatique……….. 41
Figure III.9: Bassin de répartition………. 41
Figure III.10 : bassin d’aération……….. 43
Figure III.11 : clarificateur……… 43
Figure III.13 : Station dosage……….. 44
Figure III.14: Epaississeur……… 45
Figure III.15 : Déshydratation mécanique (Presse à bande)………. 47
Figure III.16 : lit de séchage……… 47
Chapitre IV : Méthode et matériels Figure IV. 1 : ph mètre………. 49
Figure 2 : conductimètre……….. 50
Figure 3 : incubateur + OxiTop + flacon……….. 51
Figure IV.4 : Eau distillée………. 53
Figure IV.5 : Phtalate ………. 53
Figure IV.6 : Dichromate de potassium et Sulfate d’argent……… 53
Figure IV.7: réacteur DCO ……….. 54
Figure IV.8: réfrigérants ……….. 54
Figure IV.9 : acide sulfurique……….. 54
Figure IV.10 : décantation après 30 min………. 55
Figure IV.11: pompe à vide……….. 56
Figure IV.12 : les filtres……… 56
Figure IV.13 : la balance……….. 56
Figure IV.14 : l’étuve ……….. 56
Figure IV.15: four……… 56
Figure IV.16 : dessiccateur ………. 56
Figure IV.17: centrifugeuse……… 57
Figure IV.18 : séchage des capsules dans l’étuve………. 57
Figure IV.19 : le laboratoire de la STEP de Bouira……….. 59
Chapitre V : interprétation Figure V.1 : Evolution de la température de l’eau brute et de l’eau épurée………. 61
Figure V.8 : Evolution des déchets ménager……… 74
Figure V.9:Histogramme du débit entrant et quantité des boues extraites……… 76
Liste des tableaux Chapitre III : Présentation de la STEP Tableau III.1 : L’objectif d’épuration……… 37
Tableau III.2 : Les caractéristiques de conception…………..……… 37
Tableau III.3 : Caractéristiques dégrilleur grossier……….… 38
Tableau III. 4 : Caractéristiques d’un dégrilleur fin……… 38
Tableau III.5: Caractéristiques dessableur/déshuileur……… 40
Tableau III.6 : Caractéristiques canal venturi……….. 40
Tableau III.7 : Caractéristiques du répartiteur………..………. 41
Tableau III.8 : Caractéristiques bassin anoxie………..……… 42
Tableau III.9 : Caractéristiques bassins biologiques……… 43
Tableau III.10: Caractéristiques clarificateur ………. 43
Tableau III.11 : Caractéristiques bassins désinfection………..……….. 44
Tableau III.12: Caractéristiques épaississeur……….. 45
Tableau III.13: Caractéristiques de stabilisateur………. 46
Tableau III.14 : Caractéristiques Déshydratation mécanique……….. 47
Tableau III.15 : Caractéristiques lit de séchage……….. 47
Chapitre IV : Méthode et matériel Tableau IV.1 : les facteurs et les plages de DBO5... 52
Tableau IV.2 : les valeurs des quatre échantillons………...52
Chapitre V : interprétation Tableau V.1 : les valeurs de température, conductivité et le pH d’eau brute et épuré 60 Tableau V.2 : les valeurs de MES d’eau brute et épuré………...64
Tableau V.3 : les valeurs de DBO5, DCO et K de l’eau brute et épuré……….. 66
Tableau V.4 : les valeurs de V30, MS, MVS et IB de ligne1 et ligne 2……… 70
Tableau V.5 : les valeurs des moyennes et des moyennes totales de V30, MS, MVS, IB et le pourcentage total des MVS………. ………...71
Tableau V.6 : les concentrations des métaux lourds existants dans une boue de la station
d’épuration………72
Tableau V.7 : Déchets ménagers………. 73
Tableau V. 8 : La quantité de la boue extraite et débit entrant en 2016 ……… 75
Tableau V. 9 : Les sommes et les moyennes des boues et débits entrants………. 76
Les annexes : Listes des figures : Chapitre IV : Méthode et matériels Filière eau: Figure IV.1 : le turbidimètre……… 86
Figure IV.2 : spectrophotomètre……….. 86
Filière boue : Figure IV.3 : microscope………. 88
Liste des tableaux : Chapitre III : Présentation de la STEP Tableau III.1 : Caractéristiques des accessoires de dessableur/déshuileur/laveuse de sable……… ……... 83
Tableau III.2: Caractéristiques bassins biologiques……….. ………83
Tableau III.3: Caractéristiques fosse toutes eaux……… 84
Tableau III.4: Caractéristiques station de dosage……… 84
Tableau III.5: Caractéristiques fosse boues flottantes……….… 85
Introduction générale
L'eau, indispensable à la vie, est une ressource très recherchée. Dès lors, les collectivités locales sont contraintes de prendre cette ressource en compte dans leur plan d'aménagement et d'améliorer les installations d'épuration existantes.
La dégradation des ressources en eau, sous l’effet des rejets d’eaux polluées, peuvent non seulement détériorer gravement l’environnement mais aussi entrainer des risques de pénurie, d’où la nécessité de traiter ces eaux usées avant de les rejeter dans le milieu récepteur.
Cette pollution est provoquée par le rejet d’eau salie par nos activités domestiques, et par diverses activités industrielles et agricoles, nécessaires pour nous fournir les aliments et biens dont nous avons besoin.
Les rejets des eaux usées augmentent du fait de l'industrialisation et l'élévation de niveau de vie de la population, les capacités d'autoépuration sont jugées dépassées ce qui a poussé les chercheurs à développer plusieurs techniques pour épurer ces effluents.
Selon la nature et l’importance de la pollution, différents procédés peuvent être mise-en œuvre pour l’épuration des eaux résiduaires en fonction des caractéristiques de celles-ci et du degré d’épuration souhaité.
L’installation des systèmes d’épuration en aval des réseaux d’assainissement constitue une des solutions pour ne pas dire la seule capable de préserver les ressources en eau. Outre la dépollution des effluents, ces installations permettent la mobilisation d’un volume important d’eau apte à être réutilisé dans plusieurs domaines ainsi que la production d’une grande quantité de sous produits dont les boues d’épuration qui englobent la majeure partie.
L’objectif de notre travail consiste à étudier la caractérisation des sous produits de l’épuration pour une éventuelle valorisation.
Ce travail se compose de deux volets.
Le deuxième volet est la partie expérimentale subdivisée en trois chapitres, dont le premier chapitre parle sur la présentation de la STEP de Bouira, Le deuxième chapitre représente les déférentes méthodes et matériels,
I.1-Introduction :
L’eau est vitale : nous l’utilisons quotidiennement pour boire, cuisiner, nous laver, nettoyer, lessiver, pour l’évacuation des sanitaires …..
Chaque fois que nous ouvrons le robinet, nous utilisons de l’eau, qui arrive saine et repartira souiller par les canalisations.
Elle sera rejetée dans le réseau d’égouttage pour ensuite arriver à la station d’épuration. Dans cette eau, nous y retrouvons une multitude de déchets polluants : les feuilles, branches,
plastiques, reste de cuisine, savons, lessives. Si cette pollution domestique arrive directement dans nos cours d’eau, nous concourons a la destruction de leur flore et de leur faune, voila pourquoi, il est indispensable d’épurer ces eaux usées.
I.2-Définition d’une eau usée :
La pollution de l’eau s’entend comme, une modification défavorable ou nocive des propriétés physico-chimiques et biologiques, produite directement ou indirectement par les activités humaines, les rendant impropres à l’utilisation normale établit.
Les eaux usées sont toutes les eaux des activités domestiques, agricoles et industrielles chargées en substances toxiques qui parviennent dans les canalisations d’assainissement. Les eaux usées englobent également les eaux de pluies et leur charge polluante, elles engendrent au milieu récepteur toutes sortes de pollution et de nuisance [1,2].
I.3-Origine des eaux usées :
Suivant l’origine et la qualité des substances polluantes, on distingue trois catégories d’eaux usées :
I.3.1-Les eaux usées domestiques :
Elles parviennent des différents usages domestiques de l’eau, elles sont constituées essentiellement d’excréments humains .Des eaux ménagères de vaisselle chargées de détergents, de graisses appelées eaux grises et de toilette chargées de matières organiques
I.3.2-Les eaux pluviales :
Les eaux de pluie ruissellent dans les rues ou sont accumulées polluants atmosphériques, poussières, détritus, suies de combustion et hydrocarbures rejetés par les véhicules.
Les eaux de pluie collectées normalement à la fois avec les eaux usées puis déversées dans la canalisation d’assainissement et acheminées vers une station d’épuration, sont souvent drainées directement dans les rivières entrainant ainsi une pollution intense du milieu aquatique [3].
I.3.3-Les eaux industrielles :
Elles sont très différentes des eaux usées domestiques. Leurs caractéristiques varient d’une industrie à l’autre. En plus de matière organiques, azotées ou phosphorées, elles peuvent également contenir des produits toxiques, des solvants, des métaux lourds, des micropolluants organiques, des hydrocarbures. Certaines d’entre elles doivent faire l’objet d’un prétraitement de la part des industriels avant d’être rejetées dans les réseaux de collecte.
Elles sont mêlées aux eaux domestiques que lorsqu’elles ne présentent plus de danger pour les réseaux de collecte et ne perturbe pas le fonctionnement des usines de dépollution [3, 4,5].
I.4-Systèmes de collecte des eaux usées :
Les principaux systèmes de collecte utilisés en assainissement sont : *Le système unitaire.
*Le système séparatif.
*Le système pseudo-séparatif.
I.4.1-Le système unitaire :
Ce réseau collecte l’ensemble des eaux noires, claires et grises d’une ville ou d’une région. Les avantages de ce système sont la conception simple dont il est constitué d’un seul collecteur avec un seul branchement, ainsi que pas de risque d’inversion de ce dernier. Les inconvénients sont lors d’un orage, les eaux usées sont diluées par les eaux pluviales avec l’apport de sable important à la station d’épuration [6].
I.4.2-Le système séparatif :
Ce système consiste à spécialiser chaque réseau selon la nature des effluents, le réseau d’évacuation des eaux domestique et parfois industrielles (selon le plus caractéristique) est séparé du réseau d’évacuation des eaux de pluie qui sont rejetées le plus souvent directement dans le milieu récepteur (mer, fleuve ou lac).
Ce système à l’avantage de permettre l’assurance d’un régime permanent dans les STEP et la diminution du diamètre moyen du réseau de collecte des eaux usées, l’inconvénient réside dans le cout élevé d’investissement [6].
I.4.3-Le système pseudo-séparatif (mixte) :
Un système dit pseudo-séparatif pour lequel une partie des eaux pluviales est évacuée avec les eaux usées, il s’agit notamment des eaux des terrasses et des cours. Les eaux de ruissellement sont évacuées directement dans la nature par des caniveaux et des fosses.
I.5-Paramètres de mesures de la pollution :
L’estimation de la pollution est un problème complexe et délicat, qui fait appel à des dosages et des tests de différents paramètres, servant à caractériser de manière globale et pertinente le niveau de la pollution présente dans les effluents, parmi ces paramètres on cite les plus importants :
I.5.1-Paramètres physiques : I.5.1.1-Température :
La température régit de la qualité d’oxygène dissous dans l’eau : quand la température augmente l’oxygène dissous diminue, elle influe également sur la décomposition de la matière organique, le développement des parasites responsables de certaines maladies et la
prolifération d’algues bleues qui libèrent des toxiques [7].
I.5.1.2-Couleur :
I.5.1.3-Odeur :
L’eau d’égout fraiche a une odeur fade qui n’est pas désagréable. Par contre en état de fermentation elle dégage une odeur nauséabonde.
I.5.1.4-Les matières en suspension (MES) :
Elles sont en majeure partie de nature biodégradable, la plus grande part des micro-organismes pathogènes contenus dans les eaux usées est transportée par les MES, elles donnent également à l'eau une apparence trouble, un mauvais goût et une mauvaise odeur, cependant elles peuvent avoir un intérêt pour l'irrigation des cultures.
Les MES s’expriment par la relation suivante : MES=MMS+MVS [10].
I.5.1.5-Les matières volatiles en suspension (MVS) :
Elles sont recueillies soit par filtration, soit par centrifugation, séchées à 105°c, puis pesées, ce qui fournit la teneur en MES (g /l), elles ensuite chauffées à 500-600°c, les matières volatiles disparaissent, et la perte de poids est attribuée aux MVS (g ou mg/l) [11].
I.5.1.6-Les matières minérales sèches (MMS) :
Elles représentent la différence entre les matières en suspension (MES) et les matières volatiles en suspension (MVS) et correspondent à la présence de sel, et de silice [12].
I.5.2-Paramètres chimiques :
I.5.2.1-Le potentiel d’Hydrogène (pH) :
Le pH mesure la concentration en ions H+ de l'eau. Il traduit ainsi la balance entre acide et
base sur une échelle de 0 à 14, 7 étant le pH de neutralité.
Ce paramètre caractérise un grand nombre d'équilibre physico-chimique et dépend de facteurs multiples, dont l'origine de l'eau.
Le pH exprime le potentiel en hydrogène, indique la concentration en ion H+, il joue un rôle
important dans :
- Les propriétés physique-chimiques (l’acidité et l’alcalinité). -L’efficacité de certains procédés (coagulation-floculation). - Le processus biologiques.
Le pH doit être impérativement mesuré sur le terrain à l'aide d'un pH-mètre ou par colorimétrie [13, 14,15].
I.5.2.2-Turbidité :
Elle caractérise le degré de non transparence de l'eau, elle traduit la présence des MES [7].
I.5.2.3-Conductivité :
La conductivité est la propriété que possède une eau à favoriser le passage d’un courant
électrique. Elle fournit une indication précise sur la teneur en sels dissous (salinité de l’eau). La conductivité s’exprime en micro Siemens par centimètre. La mesure de la conductivité
permet d’évaluer la minéralisation globale de l’eau [3].
I.5.2.4-Demande chimiques en oxygène (DCO) :
C'est la mesure de la quantité d'oxygène nécessaire qui correspond à la quantité des matières oxydables par oxygène renfermé dans un effluent.
Elles représentent la plus part des composés organiques (détergents, matières fécales).
Elle est mesurée par la consommation d'oxygène par une solution de dichromate de potassium en milieu sulfurique en présence de sulfate d'argent et de sulfate de mercure à chaud pendent 2h [16, 17, 18,19].
I.5.2.5-Demande biologique en oxygène(DBO5) :
Exprime la quantité d'oxygène nécessaire à la destruction ou à la dégradation des matières organiques par les micro-organismes du milieu, mesurée par la consommation d'oxygène à 20°C à l'obscurité pendent 5 jours d'incubation d'un échantillon préalablement ensemencé, temps qui assure l'oxydation biologique des matières organiques carbonées [8], [17], [19].
I.5.2.6-Oxygène dissous :
La concentration en oxygène dissous est un paramètre essentiel dans le maintien de la vie, et donc dans les phénomènes de dégradation de la matière organique et de la photosynthèse. Une eau très aérée est généralement sursaturée en oxygène, alors qu'une eau chargée en matières organiques dégradables par des micro-organismes est sous-saturée. En effet, la forte présente de matière organique, dans un plan d'eau par exemple, permet aux micro-organismes
I.5.2.7-La biodégradabilité :
La biodégradabilité traduit l’aptitude d’un effluente à être décomposé ou oxydé par les micro-organismes qui interviennent dans le processus d’épuration biologique des eaux.
La biodégradabilité est exprimée par un coefficient K, tel que, K=DCO/DBO5.
• Si K < 1.5 : fortement biodégradables.
• Si 1.5<K<2.5 : moyennement biodégradables. • Si 2.5<K<3 : peu biodégradables.
• Si k≥ 3: non biodégradables.
Un coefficient K très élevé traduit la présence dans l’eau, d’éléments inhibiteur de la croissance bactérienne tel que les métalliques, les détergents, les phénols, les hydrocarbures …etc. La valeur du coefficient K détermine le choix de la filière de traitement à adopter, si l’effluent est biodégradable on applique un traitement biologique, sinon on applique un traitement physico-chimique [3], [21].
I.5.3-Les micropolluants organiques et non organiques :
Les micropolluants sont des éléments présents en quantité infinitésimale dans les eaux usées, tel que les métaux lourds ou les pesticides, peuvent s'accumuler dans les tissus des êtres vivants, et notamment dans les plantes cultivées. Il peut donc y avoir une contamination de la chaîne alimentaire et une concentration de ces polluants dans les organismes [22].
1.5.3.1-Éléments traces :
Les métaux lourds que l'on trouve dans les eaux usées urbaines sont extrêmement nombreux, les plus abondants (de l'ordre de quelques µg/l) sont : le fer, le zinc, le cuivre et le plomb. Les autres métaux (manganèse, aluminium, chrome, arsenic, sélénium, mercure, cadmium, molybdène, nickel, etc.) sont présents à l'état de traces.
Certains éléments traces peu nombreux, sont reconnus nécessaires, en très faibles quantités, au développement des végétaux : le bore, le fer, le manganèse, le zinc, le cuivre et le molybdène [23].
I.5.3.2-Les micropolluants organiques :
Les micropolluants d'origine organique sont extrêmement nombreux et variés, ce qui rend difficile l'appréciation de leur dangerosité. Ils proviennent de l'utilisation domestique de détergent, pesticides, solvants, et également des eaux pluviales : eaux de ruissellement sur les
terres agricoles, sur le réseau routier, etc. Ils peuvent aussi provenir de rejets industriels quand ceux-ci sont déversés dans les égouts ou même des traitements de désinfections des effluents par le chlore [22].
I.5.3.2.1-L’azote :
C’est un élément qui se trouve sous forme ammoniacale, organique ou inorganique. (Ammoniaque, nitrite, nitrate), il constitue la majeure partie de l’azote total.
L’azote contenu dans les eaux résiduaires domestique a essentiellement une origine urinaire. On estime à environ 13g /jours la quantité d’azote rejetée par un adulte.
L’azote est l’un des éléments qui favorisent la prolifération d’algues, par conséquent la réduction de la teneur avant le rejet des eaux est plus que nécessaire [24].
I.5.3.2.2-Le phosphore :
Le phosphore peut également se trouver sous forme minérale (en provenance des lessives ou des rejets industriels) ou organique. Élément indispensable à la vie des algues, la présence de phosphore entraîne un risque d’eutrophisation du cours d’eau ou du lac, c’est à- dire que celui-ci peut se voir envahi par un développement excessif de la population algale [25].
I.5.4-Les paramètres biologiques :
Les eaux usées contiennent toutes les micro-organismes extraites avec les matières fécales, ils sont accompagnés d’organismes pathogènes, l’ensemble de ces organismes peut être classé en quatre grand groupes : les bactéries, les virus, les protozoaires et les helminthes.
I.5.4.1-Les bactéries :
Les bactéries sont des organismes unicellulaires simples et sans noyau, leurs taille est comprise entre 0,1 et 10 µm, elles se multiplient dans les eaux usées et les boues résiduaires, 100 ml d’une eau usée urbaine contient environ 106 à 107 bactéries dont 103 sont pathogènes
par les plus connues on trouve les salmonelles qui sont responsables de la typhoïde [22]
Les virus entériques sont ceux qui se multiplient dans le trajet intestinal. Parmi les virus entériques humains les plus importants, on peut il citer les entéro virus, les rota virus, les adéno virus et le virus de l'Hépatite a qui ont une durée de vie d'environ 3 mois [26].
I.5.4.3-Les protozoaires :
Les protozoaires sont des organismes unicellulaires, plus complexes et plus gros que les bactéries. La plupart des protozoaires pathogènes sont des organismes parasites, c'est-à-dire qui se développent aux dépens de leur hôte.
Certains protozoaires adoptent au cours de leur cycle de vie une forme de kyste, cette forme peut résister généralement aux procédés de traitement des eaux usées [27].
I.5.4.4-Les helminthes :
Les helminthes sont des vers multicellulaires, tout comme les protozoaires, ce sont majoritairement des organismes parasites.
Les œufs d'helminthes sont très résistants et peuvent notamment survivre plusieurs semaines, voire plusieurs mois sur les sols ou les plantes cultivées.
La concentration en œufs d'helminthes dans les eaux usées est de l'ordre de 10 à 103 œufs / l
[10].
I.6-Définition générale de la STEP :
La station d’épuration est une installation industrielle qui rend aux eaux usées une qualité compatible avec le cours d’eau récepteur.
Dans une station d'épuration, le traitement des eaux va se réaliser dans une série d'ouvrages, mis les uns derrière les autres et jouant chacun un rôle bien particulier.
L'épuration se réalise par élimination des éléments les plus grossiers (objets encombrants) jusqu'aux éléments microscopiques (matières dissoutes).
Une station d’épuration est généralement installée à l’extrémité d’un réseau de collecte, elle peut utiliser plusieurs principes, physiques et biologiques, le plus souvent, le processus est biologique car il fait intervenir des bactéries capables de dégrader les matières organiques. La taille et le type des dispositifs dépendent du degré de pollution des eaux à épuré, une station d’épuration est constituée d’une succession de dispositifs, conçus pour extraire en différentes étapes les différents polluants contenus dans les eaux.
I.6.1-Objectif d’une STEP :
La station d’épuration est réaliser pour le but de :
Eliminer les rejets d’eau usée à l’état brute dans le milieu naturel. protéger de la santé publique.
Sauvegarder les ressources en eau conventionnelles. Protéger les ressources contre la pollution.
Protéger le système aquatique et les systèmes adjacents. Economiser de l’eau par l’usage d’une ressource alternative. Mobiliser le débit d’eau épurée pour l’irrigation des espaces verts. Eliminer les nuisances olfactives.
I.6.2-Epuration des eaux usées :
L’épuration est un ensemble de techniques qui permettent l’épuration des eaux usées des habitants et des industriels raccordés au réseau d’assainissement ainsi que des eaux pluviales, soit pour les recycler dans le milieu naturel, soit pour les transformer en eau potable.
I.6.3-Le procédé d’épuration des eaux usées :
L’épuration sera faite en plusieurs phases, les principales phases d’épuration sont :
I.6.3.1-Le prétraitement:
Le prétraitement a pour objectif de l’extraction des matières les plus grossières (plastiques, feuilles, tissus…) et des éléments susceptibles de gêner les étapes ultérieures du processus, il comprend :
I.6.3.1.1-Le dégrillage :
Après que les eaux sont acheminées vers la STEP par le réseau d’assainissement, elles passent alors par un dégrilleur, une sorte de tamis qui les débarrassent des matières grossières et inertes (chiffon, morceaux de bois, plastiques, feuilles…) par passage de l’effluent entre une succession de grilles (2 à 4) de plus en plus fines, les résidus recueillis sont déposés en décharge.
Figure I.1: Schéma d’un dégrilleur grossier Figure I.2 : Schéma d’un dégrilleur fin
I.6.3.1.2-Le dessablage :
Cette étape permet de débarrasser l’eau des matières qui n’ont pas été arrêtées par le dégrillage tel que les matières minérales de diamètre supérieur à 0.2 mm de sable, de gravier, de façon à éviter les dépôts dans les conduites et protéger les pompes contre l’abrasion.
L’eau circule dans une chambre de tranquillisation afin d’obtenir une vitesse constante quel que soit le débit.
Apres l’eau rentre dans le dessableur, on insuffle de l’air qui provoque un barbotage du liquide et crée ainsi une vitesse constante de raclage du fond.
I.6.3.1.3-Le dégraissage-déshuilage :
Cette opération consiste à éliminer les graisses.
Le bassin de déshuilage est équipé d’un pont moteur et de pompes aératrices, ces pompes sont installées au long de l’ouvrage diffusant des fines bulles d’air qui favorisent la remonté des graisses flottant en surfaces.
Le pont moteur assure un raclage de surface pour pousser les flottants sur des goulottes et bâches de pompage.
Les produits récupérées sont évacués en vue d’un traitement de boues, les eaux sont alors évacuées et continuent leurs assainissements dans la STEP.
Figure I.3 : Schéma d’un prétraitement d’une station d’épuration
I.6.3.2-Le traitement primaire : I.6.3.2.1-Décantation :
La décantation est un procédé qu’on utilise dans, pratiquement, toutes les usines d’épuration et de traitement des eaux.
Son objectif est d’éliminer les particules dont la densité est supérieure à celle de l’eau par gravité.
La vitesse de décantation est en fonction de la vitesse de chute des particules, qui elle-même est en fonction de divers autres paramètres parmi les quels : grosseur et densité des particules. Les matières solides se déposent au fond d'un ouvrage appelé "décanteur" pour former les Boues (primaires), ces dernières sont récupérées au moyen de systèmes de raclage.
L'utilisation d'un décanteur lamellaire permet d'accroitre le rendement de la décantation. Ce type d'ouvrage comporte des lamelles parallèles inclinées, ce qui multiplie la surface de décantation et accélère donc le processus de dépôt des particules.
La décantation est encore plus performante lorsqu’elle s’accompagne d’une floculation préalable [14], [28].
Figure I.4 : Schéma d’un décanteur. I.6.3.3-Le traitement secondaire (Biologique) :
Le traitement secondaire est un traitement purement biologique des eaux usées et a pour objet de réduire la teneur en matière organique présentes dans ces eaux et leur dégradation
biologique par les micro-organiques.
Parmi les divers micro-organismes responsables de la dégradation on trouve les bactéries aérobies et les bactéries anaérobies [29].
I.6.3.3.1-Traitements anaérobies :
Les traitements anaérobies font appel à des bactéries n’utilisant pas de l’oxygène,
en particulier, aux bactéries méthanogènes qui conduisent, comme leur nom l'indique, à la
formation du méthane à partir de la matière organique, et à un degré moindre de CO2. Ce système est davantage utilisé pour le traitement des effluents urbains, que pour le
traitement des effluents industriels généralement toxiques pour les bactéries.
I.6.3.3.2-Traitement aérobie :
Les micro-organismes utilisés exigent un apport permanent d’oxygène, deux grandes familles peuvent être distinguées : les procédés à culture fixes (micro-organismes fixées sur des supports), les procédés à culture libre (micro-organismes maintenus en suspension dans le mélange à épurer).
I.6.3.3.2.1-Les procédés aérobies à culture fixes : I.6.3.3.2.1.1-Le lit bactérien ou granulaire :
C’est le plus ancien procédé biologique utilisé, des bactéries sont cultivées sur une pierre concassée, sable volcanique, du plastique sur lequel on fait passer l’effluent.
Bassin de décantation Les lamelles inclinées Entrée d’eau brute Sortie des boues
La difficulté consiste à trouver la bonne vitesse du flux d’eau, qui ne doit pas être trop rapide (pour permettre la dégradation bactérienne) ni trop lent (pour une bonne évacuation des MES en excès).
Une épuration sur lit bactérien est plus efficace qu’un traitement à boue activée, elle élimine non seulement les virus et les bactéries respectivement (30 à 40% et 50 à 95%) mais aussi les œufs d’helminthes (20 à 90%) et les kystes de protozoaire (83 à 99%) [30,31].
Figure I.5: Schéma d’un Procédée Lit bactérie
I.6.3.3.2.1.2-Les disques biologiques (Bio-disques) :
Les disques biologiques ou bio-disques sont des disques enfilés parallèlement sur un axe horizontal tournant. Ces disques plongent dans une auge, ils ont un diamètre de 1 à 3 m, sont espacés de 20 mm, et tournent à une vitesse de 1 à 2 tr/mn.
Ce procédé consiste à alimenter en eau, préalablement décantée, un ouvrage dans lequel des disques fixés sur un axe sont mis en rotation à vitesse lente.
Sur ces disques biologiques en plastique se développent alors un film bactérien, lors de leurs émersion, ces bactéries prélèvent l’oxygène nécessaire a leurs respiration et lors de l’immersion, elles absorbent la pollution dissoute dans elles se nourrissent.
Figure I.6 : Schéma d’un procédée Figure I.7: Schéma de principed’un disque biologique disque biologique
I.6.3.3.2.2-Les procédés aérobies à culture libre : I.6.3.3.2.2.1-Le lagunage :
L’effluent prétraité séjourne pendant une durée ayant de plusieurs semaines à plusieurs mois, dans des bassins peu profonds mais de grandes surfaces.
L’épuration biologique est assurée par les micro-organismes se développant dans le milieu grâce à l’oxygène de la photosynthèse des algues (lagunage naturel), le cas échéant par aération artificielle (lagunage aéré par insufflation d’air).
I.6.3.3.2.2.2-Les boues activées :
C’est un traitement très largement utilisé, il s’agit d’un réacteur qui contient les eaux à traiter dans lequel est injecté une boue chargée de bactéries.
Les bactéries consomment la matière organique et contribuent à l’élimination de l’azote et du phosphate, a la sortie du réacteur, l’effluent passe dans un clarificateur.
La boue décantée est séparée en deux flux l’un rejoint le réacteur et l’autre est évacué vers la filière des boues, l’action des bactéries dans le réacteur nécessite de l’oxygène [4].
Adsorption Air(Oxygénation)
Figure I.8 : Schéma d’un procédée boues activées
I.6.3.4-Traitement tertiaire :
Le traitement tertiaire souvent considéré comme facultatif ou complémentaire permet d’affiner ou d’améliorer le traitement secondaire. De telles opérations sont nécessaires pour assurer une protection complémentaire de l’environnement récepteur ou une réutilisation de l’effluent en agriculture ou en industrie.
Pour satisfaire aux normes de rejet en zones sensibles, des traitements complémentaires ou tertiaires doivent être mis en place, on distingue les opérations suivantes :
I.6.3.4.1-Elimination de l’azote et de phosphore : I.6.3.4.1.1-Elimination de l’azote :
Les stations d'épuration classiques, prévues pour éliminer les matières carbonées, n'éliminent que des quantités réduites d'azote présent dans les eaux usées. Pour satisfaire aux normes de rejet en zones sensibles, des traitements complémentaires doivent être mis en place.
L’élimination de l'azote est, le plus souvent, obtenue grâce à des traitements biologiques, de "nitrification-dénitrification" [34].
• Nitrification : oxydation de (NH4+) en (NO2-) par des bactéries des germes
Nitrosomonas.
• Nitrification : oxydation de (NO2-) en (NO3-) par des bactéries des germes
Nitrobactéries. La réaction globale simplifiée de la nitrification peut s'écrire :
NH4+ + 2 O2 NO3- + 2 H+ + H20
I.6.3.4.1.1.2-Dénitrification:
La dénitrification est le processus par lequel les bactéries dénitrifiantes anaérobies convertissent le nitrate en azote gazeux (N2).
Cette relation est réalisée par le fait que, en absence d’oxygène, ces bactéries sont capables d’utiliser immédiatement l’oxygène des nitrates comme un oxydant.
En pratique cette étape sera réalisée grâce à un bassin tertiaire anaérobie [35,36].
NO3- NO2- NO N2
I.6.3.4.1.2-Déphosphatation:
L'élimination du phosphore, ou "Déphosphotation", peut être réalisée par des voies physico-chimiques ou biologiques.
En ce qui concerne les traitements physico-chimiques, l'adjonction de réactifs, comme des sels de fer ou d'aluminium, permet d'obtenir une précipitation de phosphates insolubles et leur élimination par décantation.
Ces techniques, éliminent entre 80% et 90 % du phosphore, mais engendrent une importante production de boues [37].
I.6.3.5-Désinfection :
Pour les zones sensibles, il est primordial de rejeter une eau épurée ne contenant pas de concentration élevée en pathogènes. C’est pourquoi un traitement supplémentaire est parfois réalisé : la désinfection cette dernière peut s’effectuer par différentes méthodes, notamment par la chloration, l’ozonation, les rayons ultraviolets, filtration et lagune de finition [34].
I.6.3.5.1-Chloration :
Le chlore est un oxydant puissant, leur utilisation est plus anciens, pour agir correctement, le chlore impose d’une part que l’eau soit préalablement bien épurée et, d’autre part, qu’un temps de contact de 30 min soit respecté. Le chlore se combine à l’ammoniac contenu dans l’eau épuré pour former des chloramines qui deviennent alors l’agent désinfectant [34].
I.6.3.5.2-L’ozonation :
L’ozone est un procédé de désinfection utilisée aux quelques pays, il est très efficace dans l’élimination des micro-organismes, les virus, les bactéries et les protozoaires, il agit avec un temps de contact de courte durée (10 min) [38].
I.6.3.5.3-Les rayons ultraviolets :
Le procédé consiste à utiliser des lampes à mercure disposées parallèlement ou
perpendiculairement aux flux d’eau. Leur rayonnement s’attaque directement aux micro-organismes.
Ce traitement est plus simple à mètre en œuvre, car il n’ya ni stockage ni manipulation de substances chimique et les caractéristiques chimique de l’effluent ne sont pas modifiées.
I.6.3.5.4-La filtration :
La filtration est un procède physique qui permet de retenir les micro-organismes par rétention à l’aide d’un filtre, qu’elle soit sur sable ou sur membrane, cette technique exige une épuration secondaire préalable garantissant une élimination assez poussée des matières en suspension.
L’élimination des virus, des bactéries et des protozoaires est fonction du milieu poreux, de la vitesse de percolation, de l’épaisseur du massif filtrant et du niveau d’oxydation de l’eau filtrée.
I.6.3.5.5-Lagune de finition :
Le lagunage naturel (tertiaire) assure l’exposition des micro-organismes pathogènes au rayonnement solaire, Ce rayonnement provoque une destruction des germes d’autant plus
Les eaux épurées bénéficiant d’un traitement tertiaire contiennent si peu de nutriments qu’elles ne peuvent permettre une forte croissance microbienne.
Le traitement tertiaire est la méthode la plus complète pour épurer les eaux d’égouts, mais elle n’a été généralisée en raison de son coût.
Figure I.9 : Schéma de fonctionnement d’une station d’épuration
Conclusion :
L’importance de la pollution des eaux exige de nos jours une épuration pour éviter que les effluents pollués ne provoquent une destruction totale de l’écosystème.
L’eau usée est une source d’eau toujours disponible étant donne que la consommation d’eau propre ne s’arrête pas.
En effet, les eaux épurées peuvent assurer l’équilibre du cycle naturel d’eau et préserver les ressources en réduisant les rejets néfastes dans le milieu naturel.
II.1-Introduction :
Par sous-produits de l’assainissement, on entend tous les produits qui sont issus du l’épuration des eaux usées et pluviales, dont les origines sont l’entretien des équipements autonomes (graisses, matières de vidange), des réseaux (sables, matières de curage) ou des stations d’épuration (boues liquides).
Tous sont susceptibles d’être dépotés sur les stations d’épuration, mais nécessitent des procédés de traitement adaptés selon leurs caractéristiques.
II.2-Les sous produits d’eau épurée : • Des sables.
• Des graisses.
• Des refus de dégrillage.
• Des produits de curage de réseau.
Leurs gisements s’accroissent, il faut les traiter, valoriser ou éliminer [39].
II.2.1-Les sables :
Normalement, les produits récupérés par l’opération de dessablage ne devraient être que des sables. Malheureusement, les matières issues des décanteurs sont très hétérogènes, avec une certaine proportion organique [39].
II.2.2-Les graisses :
De par leur caractère insoluble (composés hydrophobes) et leur densité inférieure à 1, les graisses sont facilement séparables de l’eau par flottation.
Un déchet graisseux relativement hétérogène, qui contient au final environ 50% de la matière sèche en graisse à proprement parlé.
Cette hétérogénéité participe au pouvoir fermentescible de ces déchets, et conduit à des difficultés lors de l’élimination.
Les analyses qualitatives montrent que les acides gras prédominants dans les déchets graisseux sont essentiellement des graisses issues de l’alimentation humaine [39].
Figure II.2: les graisses
II.2.3-Les refus de dégrillage :
Les débris extraits en général simplement égouttés, la composition des produits secs variables avec teneur en matière organique comprise entre 60 et 80% fort caractère fermentescible. La composition de ces débris peut être estimée comme suit :
• 25 à 70% de chiffons, papiers, cartons et végétaux. • 7 à 27% de résidus plastiques.
Figure II.3 : les refus de dégrilleur
II.2.4-Les produits de curage de réseau :
Comme pour les sables, les produits issus du curage des réseaux sont caractérisés par une composition très hétérogène, ce qui rend leur traitement délicat.
Cette hétérogénéité se traduit par la présence en quantité variable de sables, d’encombrants et graviers, de boues, mais aussi d’une forte teneur en eau (environ 60 à70% du produit) [39].
II.3-Définition de la boue :
Boue de station d'épuration désigne l'ensemble des résidus de l'activité biologique des micro-organismes vivant dans les stations d'épuration, qui transforment les matières transportées par les eaux usées pour qu'elles puissent en être extraites.
Elles sont constituées essentiellement d'eau, de sels minéraux et de matière organique [40].
II.4-Types des boues:
II.4.1-Les boues primaires : Ceux sont des dépôts proviennent du traitement primaire des eaux usées, par décantation [41].
II.4.2-Les boues physico-chimiques : Proviennent de la décantation après traitement avec des réactifs chimiques (agents floculants) [41].
II.4.3-Les boues biologiques : Proviennent d’une épuration biologique des eaux usées, composées d’agrégats de micro flocs bactériens [41].
BOUES = EAU + MATIERES SECHES 100% = HUMIDITE (%) + SICCITE (%)
MS = MVS + M. Min II.5-Les caractéristiques physico-chimiques des boues : II.5.1-Siccité :
La boue est constituée d’eau et de matières sèches (MS), le pourcentage en eau représente l’humidité et le pourcentage en matières sèches représente la Siccité [42,43].
Une boue est aussi représentée par plusieurs données numériques qui permettent de la caractériser :
*Les boues liquides : siccité de 0 à 10 %. *Les boues pâteuses : siccité de 10 à 25%. *Les boues solides : siccité de 25 à 80%. *Les boues sèches : siccité supérieure à 80%.
II.5.2-Matière sèche (MS) :
Il s’agit de mesurer le poids du résidu sec après chauffage à (105°C) jusqu’au poids constant, on l’exprime généralement en pourcentage, celui-ci varie de 2 à 8 % de matière sèche [44].
II.5.3-Matière volatile sèche (MVS) :
Les matières sèches englobent des matières minérales (M. Min) et de matières organiques appelées aussi matières volatiles sèches (MVS).
Généralement, on exprime la concentration des MVS en pourcentage par rapport aux MS, dans ce cas on parle de taux de MVS. Ce paramètre nous renseigne sur le degré de stabilité de la boue [45].
II.6-La composition des boues
La composition exacte des boues varie en fonction de l’origine des eaux usées, de la période de l’année, du type d’épuration et du conditionnement pratiqué dans la station d’épuration [42], [46].
En général, trois sortes d’éléments sont présentes dans les boues : - Des éléments fertilisants.
- Des éléments indésirables (contaminants chimiques inorganiques et organiques). - Des micro-organismes pathogènes.
II.6.1-Eléments fertilisants :
Selon la dose appliquée, les boues peuvent couvrir, en partie ou en totalité, les besoins des cultures en azote, phosphore, magnésium, calcium et en soufre, elles peuvent aussi corriger des carences à l’exception de celle en potassium.
Les éléments en traces tels que le cuivre, le zinc, le chrome et le nickel présents dans les boues sont aussi indispensables au développement des végétaux et des animaux [47,48].
II.6.2-Eléments indésirables
Les éléments indésirables contenus dans les boues peuvent avoir différentes natures et compositions, parmi ces éléments on y trouve :
II.6.2.1-Des éléments traces minéraux :
Constitués en majorité par des métaux, certains de ces éléments occupent une place essentielle à faibles concentrations dans l'organisme (oligo-éléments), mais deviennent généralement toxiques au-delà d'un certain seuil.
II.6.2.2-Des micropolluants organiques :
A savoir les substances les plus fréquemment considérées sont HPA (Hydrocarbures
Polycycliques Aromatiques) et les PCB (Polychlorobiphényles) car ils sont particulièrement persistants.
II.6.3-Des micro-organismes pathogènes :
Tels que les virus, les bactéries, les protozoaires, les parasites, et les champignons.
Ils sont notamment présents dans les matières fécales rejetées dans les réseaux d'eaux usées et donc inévitablement présents dans les boues brutes.
II.7-Techniques de traitements des boues :
Quelque soit le mode d'épuration des eaux, les boues sont initialement constituées d’eau, de matière organique fraîche très fermentescible, et des matières minérales dissoutes ou
insolubles.
Selon le but de leur utilisation, des traitements complémentaires sont appliqués pour :
-Réduire leur teneur en eau et leur volume et d'éviter la putréfaction de la matière organique facilement décomposable.
-Stabiliser la matière organique en diminuant sa fermentescible.
- Pour les hygiéniser, si nécessaire détruire les micro-organismes pathogènes [49,50].
II.8-Procédés de réduction de la teneur en eau :
Pour réduire les volumes à manipuler, différents procédés sont mis en œuvre comprenant, par ordre croissant d'efficacité et de coût, l'épaississement, la déshydratation et le séchage.
En amont de ces procédés, des traitements dits de conditionnement sont souvent utilisés pour favoriser la séparation liquide-solide [51].
II.8.1-L'épaississement :
L’épaississement est la première étape du traitement par concentration, il réduit le volume à transférer sur la filière et permet d’obtenir une boue dont la concentration varie de15à100 g/l, elle peut être donc pompée. L’épaississement peut être statique ou dynamique.
II.8.1.1-L’épaississement statique gravitaire :
Il s’effectue par décantation dans une cuve cylindrique à fond conique, sous la seule action de la pesanteur, la boue épaissie est évacuée par le bas.
II.8.1.2-L’épaississement dynamique :
Il est réalisé sous l’action de forces mécaniques, et s’effectue selon différentes méthodes [52].
II.8.1.2.1-Par flottation : de fines bulles d’air permettent à la boue de remonter en surface, par captation ce procédé est principalement réservé aux boues biologiques de faible densité.
II.8.1.2.2-Par égouttage : la boue floculée est épaissie par égouttage sur une toile filtrante.
II.8.1.2.3-Par centrifugation : la boue floculée est épaissie sous l’effet de la force centrifuge.
II.8.2-Stabilisation :
La stabilisation des boues est la réduction des matières organiques ainsi que le volume. Le pouvoir fermentescible des boues (odeur) issues de l’épuration biologique, mais aussi à les pasteuriser afin d’éliminer les germes bactériens (hygiénisation) pour pouvoir les valoriser. Les traitements de stabilisation utilisés sont de type biologique, chimique ou thermique. Ils s'appliquent aux boues mixtes fraîches, boues secondaires ou à l'ensemble des boues.
La stabilisation peut se faire :
* En présence d’air : c’est la digestion aérobie. * En absence d’air : c’est la digestion anaérobie.
* Par adjonction de chaux : c’est la stabilisation chimique [53,54].
II.8.2.1-Stabilisation biologique :
Elle réduit la teneur des boues en matières fermentescibles. La stabilisation biologique se fait soit par :
Le taux de réduction de la matière organique varie entre 20 et 35% [55].
II.8.2.1.1.1-Le compostage :
Le compostage constitue un procédé particulier de stabilisation biologique aérobie, il se réalise de préférence sur des boues déjà déshydratées de façon à économiser
l’approvisionnement en support de compostage, les boues n'étant pas auto-composables. Les boues compostées ont un aspect de terreau et présentent une structure solide, elles sont stables, on constate actuellement un fort regain d'intérêt pour cette technique en raison des nouvelles données réglementaires et économiques concernant la gestion des déchets.
Le compostage se pratique dans des stations de moyenne taille et ne représente que 2% des tonnages des boues [56].
II.8.2.1.2-Voie anaérobie (absence d'oxygène) :
La méthanisation ou digestion anaérobie est un procédé naturel de transformation de la matière organique en hydrocarbure par des bactéries en l’absence d’oxygène. Conduite dans des enceintes confinées (digesteurs) à l’intérieur des quelles les réactions de fermentation sont optimisées et contrôlées, elle produit du biogaz composé majoritairement de méthane, tout en réduisant de moitié le taux de matières organiques de nombreux déchets ou sous-produits biodégradables.
Le résidu de la digestion (ou digestat) est stable, désodorisé, débarrassé en majeure partie des germes pathogènes.
En effet, la méthanisation comporte les avantages suivants : * réduit de 40 % en moyenne les quantités des boues à traiter. * élimine fortement les nuisances olfactives.
* produit un digestat stabilisé, débarrassé en grande partie des germes pathogènes (bactéries mais aussi virus et parasites)
En sortie des décanteurs et des clarificateurs, les boues sont introduites dans les digesteurs, elles y séjournent pendant 3 à 4 semaines.
Les digesteurs sont des enceintes fermées, privées d’oxygène, ils sont maintenus à une température de 37 ou 55 °C et brassés pour maintenir des conditions favorables au développement de micro-organismes.
Plusieurs populations bactériennes vont se développer et transformer des substrats organiques, complexes à longue chaîne carbonée en molécules simples à un seul carbone : méthane (CH4)
II.8.2.2-La stabilisation chimique : II.8.2.2.1-Le chaulage :
Le chaulage bloque simplement l’activité biologique, et donc l'évolution de la boue, par adjonction d'une quantité importante de chaux (10 à 50 % de la matière sèche, en général 30%), élevant le pH au-delà de 12.
La chaux utilisée peut se présenter sous deux formes différentes : Chaux vive (CAO) ou Chaux éteinte (Ca(OH) 2).
Ce traitement apporte un appoint en calcium qui peut être bénéfique lors de la valorisation de la boue.
Le chaulage suppose généralement une déshydratation préalable des boues [53], [57].
II.8.2.2.2-La stabilisation aux nitrites :
La stabilisation aux nitrites étant réalisée sur une boue épaissie, les nuisances olfactives sont éliminées dès le début de la filière.
La boue peut ensuite être stockée plusieurs mois, sans dégager d’odeurs, cette technique permet de stabiliser la boue, mais de l’hygiéniser de façon plus ou moins importante.
II.8.2.3-Le séchage thermique :
Il permet une élimination quasi-totale de l'eau, les boues obtenues sont pulvérulentes ou en granulés, mais en raison du coût énergétique, ce procédé reste peu utilisé. Deux grands procédés de séchages sont couramment utilisés :
II.8.2.3.1- Le séchage direct : la boue est séchée par contact avec un gaz chaud.
II.8.2.3.2- Le séchage indirect : la boue est séchée par contact avec une paroi chauffée par un fluide.
II.8.3-La déshydratation :
