VALORISATION DES EAUX USEES DE LA LAITERIE EDOUGH- ANNABA
(1), , CHOUCHANE Toufik AYACHE Riad(3)
(2), ElHadi SAMAR Med
(1), BALASKA Adel
ABBASSI Mostefa(2) (1),
MERADI Hazem
(1) : Unité de recherche appliquée en sidérurgie métallurgie (URASM-CSC), BP 196 Annaba 23000, ALgérie
(2) : Laboratoire de génie de l’environnement, Département de génie des procédés, Université BADJI Mokhtar, BP 12 Annaba 23000, Algérie
(3) : Laboratoire des Matériaux est Systèmes Electroniques (L.M.S.E),Centre Universitaire de Bordj Bou Arréridj, Bordj Bou Arréridj, Algérie
E-mail : [email protected] Résumé:
La production de lait ainsi que les différents dérivés laitiers génèrent une pollution sous forme généralement des eaux usées. La laiterie EDOUGH-Annaba conduit nécessairement en parallèle à la production, des quantités importantes des eaux résiduaires. Ces effluents sont rejetés dans l'oued de Seybouse (après vers la mer) à des concentrations très importantes en matières organiques (DCO = 1961,97 mg/l, DBO5 = 1100,00 mg/l et MES = 293,30 mg/l), concentrations en éléments azotés, phosphatés (11,50 et 24,97 mg/l respectivement) dépassant les normes de rejets. Malgré l’indice de la biodégradabilité favorise le traitement biologique, nous avons utilisé la chaux comme coagulant pour clarifier l’eau usée afin d’éliminer plus de 80℅ de la pollution dont l’eau obtenue est de bonne qualité, elle peut être réutiliser dans l'unité après correction de son pH.
D'autre part, l’unité de fromagerie produit 18000 litres de lactosérum à chaque production de fromage camembert, ce volume contiennent environ : 840 kg de lactose, 75,8 kg de protéines et 63 kg de matière grasse (MG). De point de vue économique et écologique, un produit tel que le lactosérum devrait être mieux valorisé et utilisé dans plusieurs domaines, c’est- à –dire par collection dans un autre collecteur séparé du collecteur principal.
Mots clé : eaux usées, traitement, valorisation, chaux, lactosérum
1. INTRODUCTION
Les eaux résiduaires industrielles laitières se composent exclusivement de rinçage et de nettoyage. Ces eaux sont constituées à la réception du lait ou au poste de remplissage des récipients, au nettoyage des camions-citernes, des stérilisateurs et évaporateurs ainsi que les diverses installations de laiteries. Elles sont polluées par des traces de lait, parfois aussi par les produits chimiques utilisés pour le nettoyage et la désinfection (l’acide nitrique, la soude et le désinfectant). Pour les eaux provenant de l’atelier de beurrerie, celles-ci vu leur teneur en graisses et en sels nutritifs, sont évacuées avec les eaux résiduaires. [1] La réglementation en matière de gestion de ce type d’effluents se reporter à deux textes :
– Le règlement sanitaire départemental (circulaire du 9 août 1978 : « Si les eaux résiduaires ne sont ni épandues, ni vidangées, elles doivent être épurées avant rejet dans le milieu naturel. »
– Le décret relatif au déversement et à l’épandage des effluents d’exploitations agricoles (décret du 12 juin 1996) :«Le déversement direct d’effluents d’exploitations agricoles dans les eaux superficielles, souterraines ou eaux de mer est interdit » [2]
L'épuration de ce type des eaux consiste à l'amélioration de leurs caractéristiques physicochimiques et biologiques de telle façon à ce que la qualité d'eau traitée obéisse aux normes requises. Le plus couramment utilisé pour ce type d’eaux est le traitement biologique, qui se base sur la capacité de microorganismes à dégrader la pollution carbonée, azotée et phosphatée; le traitement biologique connaît beaucoup d'amélioration.
Les procédés utilisant des cultures libres (les filières boues activées et lagunage aéré) présentent d'excellents rendements d'épuration. Cependant, les coûts d'investissement et de fonctionnement qu'ils génèrent ne sont supportables ni économiquement, ni techniquement par de petits exploitants.
Dans ce cas ; le procédé le plus utilisé est le traitement physico-chimique par coagulation – floculation d’où ce procédé est appliqué directement à l’eau brute, de ce fait, il est, avec l’oxydation, l’un des procédés le plus important dans les filières de traitement des eaux. Ces eaux contiennent des substances qui proviennent à la fois de l’environnement naturel et du résultat des activités humaines ; substances organiques et inorganiques dissoutes, organismes vivants et matières en suspension. Les contaminations d’origine naturelle résultent de l’érosion des sols et de la dissolution des minéraux. Elles peuvent encore consister en organismes vivants, telles que bactéries et algues et en végétaux décomposés. [3]
Dans notre cas, nous avons utilisé comme coagulant la chaux éteinte pour éliminer la pollution carbonée, azotée, phosphatée et les matières en suspension.
Dans cette étude on participera à une amélioration de ce processus par la mise au point d'une méthodologie expérimentale basée sur l'optimisation des facteurs influençant le procédé du traitement et aussi l'efficacité de traitement indiqué par la concentration des polluants dans l'eau traitée.
D’autre part, le rejet du lactosérum, s’il est regrettable, constitue surtout un manque à gagner pour les différentes industries : agroalimentaire, pharmaceutique,…on peut envisager aussi une utilisation pour l’alimentation animale, en particulier aux chèvres.
1. MATERIELS ET METHODES
1.1. Caractérisation du lactosérum
Aujourd’hui le lactosérum est collecté dans un autre collecteur séparé du collecteur principal.
Les fromageries ne peuvent plus rejeter le lactosérum pour des raisons d’ordre économique et écologique. Le rejet du lactosérum, s’il est regrettable, constitue surtout un manque à gagner pour les différentes industries : agroalimentaire, pharmaceutique,…on peut envisager aussi une utilisation pour l’alimentation animale, en particulier aux chèvres. Pour toutes ces raisons, de nombreuses recherches lui sont consacrées pour montrer que le lactosérum est incontestablement une matière noble et riche.
Ce travail est basé sur la caractérisation du lactosérum de l’EDOUGH. La représentation graphique figure 1 sous forme de secteurs illustre ces résultats. Cette représentation met bien en évidence la partie lactose.
Na Na
Na Na Na
Na Na
Na Na
Figure 1 : la composition de lactosérum
Les résultats montrent que le lactosérum contient environ de 78% de lactose.
A chaque production de fromage camembert, lactosérum contient environ : 840 kg de lactose, 75,8 kg de protéines et 63 kg de matière grasse (MG).
1.2. Les essais de Coagulation -floculation
La chaux est un réactif utilisé depuis longtemps pour l’adoucissement, l’ajustement du pH et pour le traitement par excès de chaux. La coagulation par la chaux repose sur des types de réactions similaires à celle de l’adoucissement.
Lorsqu’on utilise la chaux éteinte, des précipités de CaCO3 à pH = 8,45 jusqu’à pH =9,6 et de MgO à pH = 9,0 à pH = 11,45 sont formés. Des particules colloïdales peuvent être piégées lors de la formation de ces précipités.
Le potentiel zêta du CaCO3 est négatif et celui du MgO est positif, ceci est vrai dans toute gamme de pH dans laquelle ou les retrouve. Le potentiel zêta du CaCO3 peut toutefois évoluer vers une valeur positive par l’ajout d’une quantité suffisante de MgCl2. [3]
Les tests de floculation « jar-test » et qui sont avant tour des tests de coagulation, peuvent être fort utiles au technicien pour la mise au point d’une clarification efficace. Le floculateur de laboratoire le plus utilisé est constitué d’une série d’agitateurs à palette montés sur un banc lumineux. Le protocole expérimental utilisé est simple, les eaux usées sont mélangées et homogénéisées puis transvasées dans des béchers de 1 litre ou de 500 ml, la vitesse et le temps d’agitation sont réglables.
Le pH du milieu, la dose du floculant et son temps d’injection, la vitesse d’agitation, et le temps de décantation sont des paramètres influençant directement le procédé de traitement et modifient la qualité de l’eau obtenue.
Lactose MG K+ Na+ Protéines P
Cl- Mg2+
Ca2+
2.3. Caractéristiques des Réactifs utilisés
* La chaux : la chaux hydraté « Ca(OH)2 » utilisée au cours de cette étude est un produit commercial fabriqué par SIDER. Elle est obtenue par extinction de la chaux vive.
Les caractéristiques de la chaux vive « CaO » produite par Arcelor-Mittal sont regroupées dans le tableau suivant :
Tableau 1 : Caractéristiques de la chaux vive CaO
CO2 résiduel Densité Humidité
S Granulométrie
≥95%
≤2%
0,9 tonne/m3 0-0,5%
<0,005%
12,5 -50 microns
* L’isafloc : est un polyélectrolyte anionique de poids moléculaire supérieur à 1016. Il est utilisé comme un produit de floculation. Il est de couleur blanche. Il peut être utilisé sous forme de solution constituée de copolymère d’acrylamide, donc il nécessite une bonne agitation. L’isafloc est un produit utilisé par l’entreprise (ADE) chargé du traitement de l’eau potable de la ville d’Annaba.
2.4. Méthodes d’analyse et de caractérisation
La DCO est déterminée par l’oxydation de la matière organique par un oxydant puissant (K2Cr2O7). L’échantillon est porté à reflux à une température de 148°c pendant 2 heures dans un bloc chauffant à plusieurs postes en milieu sulfurique concentré (96%) et en présence de sulfate d’argent jouant le rôle de catalyseur d’oxydation, de sulfate de mercure comme un agent complexant des chlorures et d’une quantité connue en excès de bichromate de potassium à une concentration de 8,33 x 10-3 mol/l.
La DBO5 est la masse d’oxygène consommée (mg ou %) pendant une incubation de 5 jours à 20°C et à l’obscurité, représente la DBO5 de l’échantillon. La mesure de DBO5 est réalisée par un DBO – mètre de marque WTW, utilisant la méthode manométrique. Cette méthode est basée sur la technique respirométrique qui consiste à suivre l’évolution d’une culture en batch en atmosphère close. Le CO2 dégagé est adsorbé par les particules de NaOH additionnées.
La mesure de la turbidité est réalisé par un turbidimètre Hach modèle 18900. La valeur de la turbidité mesurée est en NTU.
L’absorbance à 254 nm est mesurée à l’aide d’un spectrophotomètre Jenway 6405 UV/Visible. Les mesures sont réalisées à laide d’une cuve en quartz ayant un trajet optique.
Cette absorbance est un paramètre principal de contrôle la présence des matières organiques dissoutes dans l’échantillon à analyser.
Le pH est mesuré par la méthode AFNOR NFT 90-008 à l'aide d'un pH-mètre Hanna instruments.
3. RESULTATS ET DISCUSIONS
3.3. Optimisation des paramètres influençant le procédé de coagulation floculation Le choix de la durée et de l’intensité des mélanges a fait l’objet d’essais préliminaires.
Les temps généralement alloués à ces deux phases sont d’environ 1 à 2 minutes pour la phase rapide et entre 20 à 60 minutes pour la phase lente. Dans cette étude on choisit un temps de la phase rapide de 3 minutes suivi d’un temps de la phase lente de 20 minutes. [4][5][6]
3.3.1. Choix de la vitesse d’agitation et du temps de décantation
On commence l'optimisation par l'intensité des mélanges (vitesse d'agitation) et le temps de décantation pour un pH naturel de mélange qu'il faurra optimiser après, on utilise comme adjuvant de floculation l'isafloc (polyélectrolyte anionique), on ajoute après 2minutes: 1ppm (mg/l) (la dose et le temps d'injection de l'adjuvant peuvent optimiser à la fin). En ne modifiant que la vitesse d'agitation rapide entre 60 et 300tr/min et en mesurant la turbidité correspondant. Les essais sont réalisés à un pH naturel de l'eau (pH=6,77); l'eau est décantée pendant 30min; la dose de la chaux utilisée est égale 800mg/l et la turbidité de l'eau brute est égale 275NTU. Les résultats représentés dans la figure 2 indiquent que la vitesse de 200tr/min est la meilleure.
0 5 10 15
0 100 200 300 400
u(tr/min)
Tu b id ité (N TU )
Ca(OH)2Figure 2: Influence de la vitesse d'agitation rapide sur la qualité de l'eau décantée On fixe la vitesse d’agitation 200tr/min et en mesurant la turbidité pendant la décantation.
Les essais sont réalisés à un pH naturel de l'eau (pH=6,20); la dose de la chaux utilisée est égale 600mg/l et la turbidité de l'eau brute est égale 260NTU. Les résultats représentés dans la figure 3 indiquent que la temps total de la décantation l'eau est égale à 25min.
0 1 2 3 4 5 6
0 10 20 30 40 50
t(min)
Turbidité(NTU) S érie3
Figure 3: Evolution de la turbidité en fonction du temps de décantation
260NTU
3.3.2. Effet du pH
La clarification de l'eau usée de laiterie de Edough est réalisée à une dose du coagulant constante de 800mg/l. On fixe les paramètres optimisés, la turbidité l'eau usée est égale à 147NTU et son pH égale 5,3. La valeur du pH est lue après stabilisation. La figure 11 montre que les pH optimaux varient entre 7,5 et 12,5.
0 2 4 6 8 10 12 14
0 5 10 15
Turbidité (NTU)
pH
147NTU
Figure 4 : Influence du pH sur la qualité de l’eau décantée
Les essais sont réalisés dans les conditions optimales (pH=9, température ambiante et vitesse d’agitation 200tr/min et temps de décantation 25min).
3.3.3. Effet de l’adjuvant de floculation
Des essais ont été effectués pour étudier l’effet de l’adjuvant de floculation qui est un copolymère anionique (isafloc) sur l’enlèvement de la turbidité par la chaux. Une première série d’essais a permis de mettre évidence l’influence de la dose du polyanion. L’introduction de ce dernier s’effectue juste après l’étape de d’agitation rapide par l’injection à l’aide d’une pipette. La figure 5 illustre le rendement de la turbidité de l’eau, on observe que la dose optimale de l’adjuvant est égale 0,5 ppm où la turbidité de l’eau descendant de 60,1NTU jusqu’à une valeur de 1,15NTU (on utilise 400mg/l de chaux). Une deuxième série d’essais a permis de mettre évidence l’influence du temps d’injection de l’adjuvant. La figure 6 montre qu’il faut injecter l’adjuvant dans la 2éme minute où le rendement d’enlèvement de la turbidité atteint une valeur maximale de 98%.
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6
Turbidité(NTU)
dose d'adjuvant de floculation(ppm)
60,1NTU
Figure 5 : Evolution de la turbidité en fonction de la dose de l’isafloc
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
0 1 2 3 4 5
Turbidité (NTU)
t (min)
60,1NTU
Figure 6 : Evolution de la turbidité en fonction du temps d’injection
3.4. L’efficacité du traitement physicochimique
La figure 7 montre que les deux doses de chaux suivantes : 400mg/l et 600mg/l sont les doses optimales correspond deux échantillonnages ont des turbidités 60,1NTU et 110NTU respectivement. D’après les résultats obtenus on remarque que pour la dose de 400mg/l, l’élimination de la turbidité est de 97,63% et pur la dose de 600mg/l est égale 98,13%.
0 5 10 15 20 25 30
0 200 400 600 800 1000
Turbidité(NTU)
Dose du coagulant(mg/l)
60,1NTU 110NTU
La figure 7 : enlèvement de la turbidité en fonction de la dose de la chaux
D’après les résultats de l’analyse de laboratoire de Hydraucide de l’eau traitée illustrés dans le tableau 3 et les résultats de l’analyse microbiologiques (voir tableau 2), on peut conclure que l’eau est dans les normes françaises de l’eau de rinçage sauf l’existence de petit concentration on coliformes totaux peuvent éliminer par l’addition de petite quantité de l’eau de javel et de dureté calcique relativement élevée peut la réduire par l’adoucisseur.
Tableau 1: Caractéristiques de l’eau traitée Paramètres
mesurés
Tur NG Pt DBO5 DCO
Unités NTU mg/l mg/l mg/l mg/l
Eau de rejet 301,00 11,50 24,97 1100,00 1961,97
Eau traitée 1,15 7 1,5 3 10
Normes - 10 2 6 30
Tableau 2 : Caractéristiques microbiologique de l’eau traitée
Type de bactérie Eau usée Eau épurée
Germes totaux(UFC/ml) Coliformes totaux (UFC/100ml) Coliformes fécaux (UFC/100ml)
Escherichia coli (UFC/100ml)
61x 103 1200 1400 200
200 27 23 12
L’eau traitée est de bonne qualité, très claire. Les impuretés bactériologiques ont diminué après traitement. Cette eau peut être réutilisée dans l’unité.
4. CONCLUSION
Malgré l’indice de la biodégradabilité favorise le traitement biologique, nous avons utilisé en parallèle de l’épuration par la boue activée un procédé de traitement par coagulation – floculation par la chaux. Pendant la coagulation des matières organiques et colloïdales, les composés produits lors de l’hydrolyse dépend du coagulant utilisé, du pH et du floculant.
L’optimisation des paramètres influençant montre que le coagulant est bien hydrolysé à une vitesse optimale égale à 200 tr/m et l’eau traitée nécessite un temps de décantation égal à 25 mn. La gamme du pH optimale est égale à 4,5 7,5 et 12,5.
Le traitement par la chaux nécessite une dose de floculant égale à 0,5 ppm. Nous avons obtenu que le temps d’injection est de l’ordre de 2 minutes.
L’eau clarifiée est de bonne qualité, très claire. Les impuretés bactériologiques ont diminué après traitement. Cette eau peut être réutilisée dans l’unité.
L’unité de fromagerie produit 18000 litres de lactosérum à chaque production de fromage camembert, donc contiennent environ : 840 kg de lactose, 75,8 kg de protéines et 63 kg de matière grasse (MG). De point de vue économique et écologique, un produit tel que le lactosérum devrait être mieux valorisé et utilisé dans plusieurs domaines.
5. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
1 MEINOK F, STOOFF H, KOHLSCHÜTTER H (1977). Les eaux résiduaires industrielles. Edition MASSON, Paris, 2émé édition.
2 P.E.P CAPRIN –Pôle Expérience et Progrès caprin (2000). La gestion des effluents fromageries fermiéres. FNADT, Rhône-Alpes, p 2.
3 MASSCHELEIN W.J (1997). Processus unitaires de traitement de l’eau potable. Edition Cebedoc Editeur. Technique et Doc, Lavoisier.
4 DEGARDAINTS R (1990). Le traitement des eaux. Editions de l’Ecole polytechnique de Montréal, 2éme édition.
5 DEGREMONT (1978). Mémento technique de l’eau. 8éme édition ; tome 2, pp : 596-613.
6 EDELINE F (1992). L’épuration physico-chimique des eaux –théorie & technologie-, Edition Cebedoc Editeur. Technique et Doc, Lavoisier, 2éme édition.
