TRAITEMENT DES EAUX USEES PAR COAGULATION-FLOCULATION EN UTILISANT LE SULFATE D ALUMINIUM COMME COAGULANT

J. Wat. Env. Sci. Vol. 1, (Numéro spécial ICWR 2) (2017), 230-234

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ISSN : 2509-0445

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TRAITEMENT DES EAUX USEES PAR COAGULATION-FLOCULATION EN UTILISANT LE SULFATE D’ALUMINIUM COMME COAGULANT

TREATMENT OF WASTEWATER BY COAGULATION-FLOCCULATION USING ALUMINUM SULFATE AS COAGULANT

N. SEGHAIRI^*, L. MIMECHE, A. BOUZID, Y. AYACHI

Laboratoire de Recherche en Génie Civil, Hydraulique, Développement Durable et Environnement.

Département d’Hydraulique Université de Biskra. ALGERIE

*Corresponding author E-mail: nora_ba2000@yahoo.fr

Reçu : 27 Décembre 2016, Accepté : 1 juin 2017, En ligne : 31 Décembre 2017

RESUME __________________________________

Le traitement des eaux usées domestiques par coagulation-floculation est d’usage répandu à l’échelle internationale. Ce traitement permet de réduire la couleur et la turbidité, indicateurs de contaminants organiques et inorganiques, néanmoins à des niveaux acceptables pour les eaux traitées rejetées dans le milieu récepteur.

L’objectif de cette étude est d’optimiser le traitement des eaux usées par coagulation- floculation en utilisant le sulfate d’aluminium comme coagulant. Différents paramètres réactionnels sont pris en compte tels que la dose de coagulant, le pH des solutions, la DBO₅, les nitrates, l’ammonium et les phosphates. Nous avons constaté, d’après les différents résultats obtenus pour la majorité des paramètres testés, que la dose optimale de sulfate d’aluminium est de 400 mg/l avec un abattement de 96.31%, 82.44%, 90.95% et 78.74% respectivement pour les phosphates, les nitrates, l’ammonium et la DBO5. Il est reconnu que le pH influence les taux d’abattement de la pollution contenue dans les eaux usées. Pour chaque eau, il existe une plage de pH pour laquelle la coagulation-floculation a lieu rapidement. Pour notre étude, les pH optimaux pour l’élimination de la DBO₅ et l’ammonium se situent entre 6 et 7.

Mots clés : Eaux usées, coagulation-floculation, sulfate d’aluminium, DBO5, ammonium, phosphates, nitrates.

SUMMARY________________________________

Domestic wastewater treatment by coagulation- flocculation is widely used internationally. This treatment reduces color and turbidity, indicating organic and inorganic contaminants, but at acceptable levels for treated waste water discharged into the receiving environment.

The objective of this study is to optimize the treatment of wastewater by coagulation- flocculation using aluminum sulphate as a coagulant. Various reaction parameters are taken into account, such as the coagulant dose, the pH of the solutions, the conductivity, the BOD5, the nitrates, the ammonium and the phosphates. We found from the different results obtained the optimal dose of aluminum sulphate is 400 mg/l with a reduction of 96.31%, 82.44% 90.95% and 78.74% respectively for phosphates, nitrates, ammonium and BOD5. It is recognized that pH influences the abatement rates of pollution contained in wastewater. For each water, there is a pH range for which coagulation- flocculation takes place rapidly. For our study, the optimum pH for removal of BOD₅ and ammonium is between 6 and 7.

Essais de coagulation de l’acide pyromellitique en milieux aqueux minéralisés

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231 Keywords: Wastewater, coagulation-flocculation,

aluminum sulphate, BOD5, ammonium, phosphates, nitrates.

1. INTRODUCTION

L'azote et le phosphore sont naturellement des facteurs limitant du développement des organismes photosynthétiques dans les milieux aquatiques. Lorsqu’ils sont apportés en quantités importantes dans le milieu par les activités anthropiques, leur abondance provoque la prolifération des producteurs primaires (algues, cyanobactéries). A l’origine, l’eutrophisation était définie comme un phénomène naturel qui conduit progressivement, à l’échelle des temps géologiques, au comblement des lacs peu profonds et à la formation de marais puis de prairies et de forêts (Anderson et al., 2002). Ce comblement est le résultat du processus de vieillissement des lacs qui se produit naturellement sous l’action d’un apport en nutriments et en sédiments généré par l’érosion et le ruissellement. La coagulation- floculation permet, par un processus physico- chimique, de transformer la suspension colloïdale ainsi que la matière organique dissoute en des particules plus importantes aptes à sédimenter.

L’efficacité de cette étape de traitement est liée au

pH, au type et au dosage du coagulant ainsi qu’à la nature des particules et des matrices minérales et organiques. Les principales études publiées ont porté surtout sur l’effet du pH et de la dose de coagulant (Lefebvre, 1990 ; Semmens et Field, 1980). La coagulation floculation est largement utilisée pour le traitement des eaux usées, car elle est efficace et simple à utiliser. L’injection et la dispersion rapide de produits chimiques afin de favoriser leur agglomération et de permettre leur décantation (Dégremont, 2005).

L’objectif de cette étude est d’optimiser le traitement par coagulation-floculation en utilisant le sulfate d’aluminium comme coagulant pour traiter les eaux usées provenant d’un rejet domestique de la commune de Sidi Okba, wilaya de Biskra.

2. MATERIEL ET METHODES

2.1. Caractéristiques des eaux usées brutes Les échantillons d’eaux usées analysés ont été prélevés à partir du rejet d’égout communal de Sidi Okba wilaya de Biskra (Algérie), qui se trouve immédiatement à la sortie de la zone urbaine de cette région. Les caractéristiques physico- chimiques de ces eaux sont présentées dans le tableau 1.

Tableau 1. Caractéristiques physico-chimiques des eaux usées.

Table 1. Physical and chemical characteristics of the wastewater.

2.2. Description des essais de Coagulation- floculation

2.2.1. Préparation du coagulant

Nous avons utilisé le réactif sulfate d’aluminium (Al2(SO4)3,18 H2O) comme coagulant pour les essais de coagulation-floculation. Une solution mère est périodiquement préparée par dissolution de 10 g de ce réactif dans 1 litre d’eau distillée.

2.2.2. Essais de Jar-Test

Tous les essais de coagulation-floculation ont été conduits selon le protocole de « Jar- Test » sur un

floculateur à 6 agitateurs (Floculateur GLT4 6 POSTES) avec une vitesse de rotation Individuelle variant entre 0 et 200 tr / min. Cet appareil permet d’agiter simultanément le liquide contenu dans une série de béchers remplis chacun de 500 ml d’eau.

Les essais de coagulation-floculation ont été réalisés en 3 phases :

1- Phase d’agitation rapide de 200 tr / min pendant 3 minutes durant laquelle on introduit le Coagulant.

Paramètres

pH Cond ms/cm

NH₄⁺ (mg/l)

PO₄^3- (mg/l)

DBO₅ (mgO2/l)

NO₃^- (mg/l)

Eau usée brute 7.4 4.45 83.5 2.58 90.50 5.41

232 2 - Phase d’agitation lente de 60 tr / min pendant

30 minutes.

3 - Phase de décantation pendant 30 minutes après laquelle le surnageant est récupéré pour être filtré. Le filtrat est ensuite analysé pour déterminer la teneur des paramètres de qualité suivis.

Pour évaluer l’efficacité des coagulant sur le traitement des eaux usées de Sidi Okba wilaya de Biskra, les paramètres suivantes sont déterminés : pH, phosphates, ammonium, nitrates et DBO5. Le taux d’abattement d’un paramètre X, exprimé en pourcentage, est calculé par la formule suivante :

% abattement (x) = [(Ci(x) - Cf(x) / Ci (x)] *100 Ci(x) : Concentration initiale de X dans les eaux usées.

Cf(x) : Concentration finale dans les eaux traitées.

2.2.3. Méthodes de dosage

 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 DBO5de l’échantillon. La mesure de DBO5 est réalisée par un DBO–mètre de marque OXITOP BOX, 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 (Norme AFNOR T90:103, 1979).

 L’absorbance est mesurée à l’aide d’un spectrophotomètre Jenway UV/Visible. Cette absorbance est un paramètre principal de contrôle la présence des matières organiques ou inorganiques dissoutes dans l’échantillon à analyser. La longueur d’onde utilisée est équivalente à 420 nm pour les nitrates et elle est de 880 nm dans le cas des phosphates. Ces valeurs représentent le maximum d’absorbance pour chaque molécule (Rodier, 1996).

 Le pH est mesuré à l'aide d'un pH-mètre Hanna instruments.

3. RESULTATS ET DISCUSSION

3.1. Variation des paramètres de qualité en fonction de la dose de sulfate d’aluminium

Nous avons déterminé les divers paramètres de qualité de l’eau traitée les plus influencés par ce traitement. Les résultats obtenus sur la série d’échantillons dont la dose du coagulant introduite varie de 0 à 500 mg/l sont présentés sur la figure 1.

La coagulation-floculation avec le sulfate d’aluminium abouti à une élimination de la matière organique et la matière minérale très efficace pour la dose optimale déterminée. Nous avons constaté d’après les différents résultats obtenus pour les paramètres de qualité testés, la dose optimale de sulfate d’aluminium est de 400 mg/l avec un abattement de 96.31%, 82.44%, 90.95% et 78.74%

respectivement pour les phosphates, les nitrates, l’ammonium et la DBO5.On observe qu’au-delà de la concentration 400 mg/l du coagulant, une diminution du rendement d’élimination des paramètres étudiés. Ceci est dû à la surdose en coagulant qui provoque la restabilisation des particules colloïdales ainsi la disponibilité de leurs sites diminue et empêche la formation des ponts inter particulaires (Ayeche et Balaska, 2010). En se rapportant toujours à la bibliographie, deux grands types de mécanismes se distinguent pour expliquer les interactions entre la matière organique et les oxo-hydroxydes de fer ferrique et d'aluminium (Lefebvre, 1990 ; Rahni, 1994). Le premier correspond aux réactions de la matière organique à la surface des oxo-hydroxy-métalliques solides. Il s'agit du phénomène d'adsorption qui pourra s'établir par différents types de réactions. Le second mécanisme envisage des réactions entre la matière organique et les formes solubles hydrolysées métalliques.

3.2. Effet du pH

La coagulation des eaux usées avec une dose de coagulant de 400 mg/l a été réalisée pour une gamme de pH entre 3 à 12. La figure 2 récapitule les résultats obtenus et présente l'évolution de l’ammonium et de la DBO5 en fonction du pH.

Essais de coagulation de l’acide pyromellitique en milieux aqueux minéralisés

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233 Fig. 1. Evolution des paramètres de qualité en fonction de la dose de sulfate d’aluminium introduite.

Fig. 1. Evolution of quality parameters as a function of the dose of aluminum sulphate introduced.

Fig. 2. Effet du pH sur l’abattement de l’ammonium et de la DBO5. Fig. 2. Effect of pH on the abatement of ammonium and BOD₅. Le pH optimal pour l’élimination de l’ammonium

et la DBO5 se situe entre 6 et 7 (Figure 2). Ceci peut être attribué au changement de mécanisme de coagulation ; il passe d’un phénomène de neutralisation de charge négative à un phénomène d’adsorption des colloïdes sur des flocs Al(OH)3

(Aguilar et al., 2003). À un pH entre 6 et 7, les mécanismes d’adsorption sont favorisés en raison de Al(OH)3 qui prédomine dans ce domaine du pH.

Au-delà de ce domaine du pH, l’hydrolyse de

l’aluminium favorise l’apparition de l’aluminate soluble Al(OH)4. La diminution observée dans l’élimination de ces paramètres est essentiellement due à l’apparition d’aluminate soluble, donc à l’augmentation des charges négatives. De plus, la concentration résiduelle de l’aluminium est élevée.

2 3 4 5 6 7

2 4 6 8 10 12

pH

Ammonium (mg/l)

0 5 10 15 20 25 30 35

2 4 6 8 10 12

pH DBO₅ (mgO₂/l) 0

20 40 60 80 100

0 100 200 300 400 500

Dose de sulfate d'aluminium (mg/l) DBO₅ (mg/l)

0 20 40 60 80 100

0 100 200 300 400 500 Dose de sulfate d'aluminium (mg/l)

Ammonium (mg/l)

0 1 2 3 4 5 6

0 100 200 300 400 500

Dose de sulfate d'aluminium (mg/l) Nitrates (mg/l)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

0 100 200 300 400 500

Dose de sulfate d'aluminium (mg/l) Phosphates (mg/l)

234 4. CONCLUSION

La protection de l'environnement aquatique vis- à-vis de l'eutrophisation est aujourd'hui une préoccupation majeure, ce phénomène est lié au déversement d'eaux usées plus ou moins épurées dans les milieux récepteurs. Le traitement des eaux usées par coagulation- floculation est d’usage répandu à l’échelle internationale. Les résultats obtenus pour la majorité des paramètres de qualité suivis que la dose optimale de sulfate d’aluminium est de 400 mg/l avec un abattement de 96.31 %, 82.44%, 90.95% et 78.74%

respectivement pour les phosphates, les nitrates, l’ammonium et la DBO₅

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REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUE

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- AGUILAR MI., SAEZ J., LLORENS M., SOLER A., ORTUNO J. F. (2003). Microscopic observation of particle reduction in slaughterhouse wastewater by coagulation-flocculation using ferric sulfate as coagulant and different coagulant aids. Wat. Res.

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- ANDERSON D. M., GILBERT P. M., BURKHOLDER J.

M. (2002). Harmful algal blooms and eutrophication: Nutrient sources, composition, and consequences. Estuaries. 25, 704-726 - DEGREMONT (2005). Mémento technique de

l’eau. Tome 1 et Tome 2, 10^èmeédition, Ed.

DEGREMONT SUEZ. Paris, 2503p.

- AYECHE R., BALASKA A. (2010). Caractérisation et traitement par coagulation-floculation d’un effluent de laiterie, J. Soc. Alger. Chim. 20(2), 83- 93.

- LEFEBVRE E. (1990). Coagulation des substances humiques aquatiques par le fer ferrique en milieu aqueux. Effet de la préoxydation, Thèse de Doctorat, Université de Poitiers, France. n° 324 - RAHNI M. (1994). Coagulation-floculation de

quelques composés organiques par le fer ferreux en milieu aqueux : Etude de mécanisme et comparaison avec l’adsorption, Thèse de Doctorat, Université de Poitiers, France.

- RODIER J. (1996). L’analyse de l’eau, 8ème édition. DUNOD, Paris, 1383p.

- SEMMENS M. J., FIELD T. K. (1980). Coagulation:

Experiences in organics removal, J. am.Water.

Wks. ass., 72, 8, 476-483.