La méthode ou la technique de purification des eaux usées de manière générale par filtration percolation reste le procédé de choix, non seulement dans les zones rurales, mais aussi dans de nombreux pays industrialisés. Cette méthode simple, sure, peu coûteuse et efficace dans des conditions très diverses. Elle présente, par rapport aux autres méthodes, l’avantage considérable de tirer un meilleur parti des compétences locales et des matériaux disponibles dans les pays en voie de développement et d’éliminer la contamination bactérienne. Il s’agit de l’élaboration de quatre colonnes verticales formées par matrices filtrantes constituées par des cendres volantes, des mâchefers, du sol et de sable marin de différentes tailles granulométriques à savoir 100 µm, 125 µm, 160 µm et 200 µm. le sable que nous avons utilisé a été prélevé le long du littoral de la ville d’El Jadida désaliéné ensuite séché dans une étuve à 40 °C. Les principaux paramètres analysés par ICP dans notre étude sont le Cd, Cr, Cu, Fe, Pb, Zn. Les résultats obtenus sont très satisfaisants. Pour valider nos résultats, l’analyse par ICP des filtrats obtenus a été comparée avec celle de l’eau potable. Le liquide purifié que nous avons obtenu, peut bien être utilisé pour des besoins industriels, comme liquides de refroidissement, ou au niveau agricultural en irrigation ou arrosage des terrains de football, terrain de golf, jardins publics et autres.
L
es eaux usées en général sont très différentes d’une région à l’autre selon le site industriel et l’agglomération. Leurs caractéris- tiques varient d’une industrie à l’autre.En plus de matières organiques, azotées
ou phosphorées, elles peuvent égale- ment contenir des produits toxiques, des solvants, des métaux lourds, des micropolluants organiques, des hydro- carbures. Certaines d’entre elles doivent faire l’objet d’un prétraitement de la Abstract
RETENTION OF HEAVY METALS FROM WASTE WATER BY THE
PERCOLATION FILTRATION METHOD THROUGH MATRICES MADE OF SOIL, ASHES, CLINKER AND SAND OF VARIOUS GRANULOMETRIC SIZES The method or technique of general waste water purification by percolation filtration continues to be the process of choice in industrialised countries as well as in rural areas. The method is straightforward, secure, not very costly and effective in a very wide range of conditions. Compared to other methods, it presents the considerable benefit of making the best use of local skills and the materials available in that country for development purposes, as well as eliminating bacterial contamination.
What happens is that four vertical columns are produced made with filtrating matrices made up of fly ash, clinker, soil and marine sand of various granulometric sizes, these being 100 µm, 125 µm, 160 µm and 200 µm. The sand we used was taken from along the shoreline of the town of El Jadida, and was desalinated and then dried in an oven at 40 °C. The principal parameters analysed by ICP in our study were Cd, Cr, Cu, Fe, Pb, Zn. The findings were very encouraging. In order to validate our results, the ICP analysis of the filtrates obtained were compared with those of drinking water. The purified liquid that we got could very well be used for industrial needs such as for cooling, or for agricultural purposes in irrigation or watering of football pitches, gold courses and public gardens among others.
Rétention des métaux
lourds des eaux usées par la méthode de filtration percolation à travers des matrices formées de sol, cendres, mâchefers et
sables de différentes tailles granulométriques
Par I. Dachraoui, A. Laamyem, M. Monkade
Laboratoire de physique de la matière condensée - Université Chouaib Doukkali, Faculté des sciences,
Équipe de Physique de l’environnement, El Jadida, Maroc
part des industriels avant d’être reje- tées dans les réseaux de collecte. Elles sont mêlées aux eaux domestiques que lorsqu’elles ne présentent plus de dan- ger pour les réseaux de collecte et ne perturbent pas le fonctionnement des usines de dépollution. La zone dont on a prélève nos échantillons est située prés de la ville EL Jadida, d’une superficie de 120 Ha. Elle est composée de 350 lots dont la superficie moyenne varie entre 1.000 m et 10.000 m. Les entreprises implantées dans la zone appartiennent à cinq types d’industrie à savoir l’agro-ali- mentaire, Textile et cuir, Chimique et para chimique, Mécanique, Métallique
et électrique, A caractère industriel ou de service lie à l’industrie. Ces dernières très consommatrices d’eaux génèrent une eau usée trop chargée en matière organique et en métaux lourds est reje- tée dans les milieux récepteurs avec un prétraitement traitement préalable. Ce qui constitue un risque de contamina- tion de la nappe phréatique. Afin d’évi- ter ces effets et rendre les eaux usées plus acceptables pour l’irrigation, ou une réutilisation industrielle comme liquide de refroidissement par exemple, il s’est avéré nécessaire d’élaborer un système de traitement au moins au niveau de la réduction de ces eaux par les métaux
lourds. Dans ce contexte nous avons contribué par un système d’infiltration percolation en utilisant quatre colonnes formés de quatre étages constitués de cendres volantes, mâchefers, sol et sables marins de différentes tailles granulométriques. Nous avons choisi ce genre de filtre naturel pour la sim- plicité de sa mise en œuvre, et surtout pour son efficacité et son rendement et terme de purification. Notre recherche a été axée principalement sur la réduc- tion des métaux lourds dans ces rejets liquides et pour donner plus de valeurs a nos résultats nous avons confrontes nos résultats obtenus par ces lits filtrants a l’eau potable. Toutes nos analyses ont été effectuées par ICP (Inductively- Coupled-Plasma). Les métaux lourds que nous avons poursuivit sont le Cd, Cr, Cu, Fe, Pb, Zn.
MATÉRIELS ET MÉTHODES Les échantillons de sables que nous avons utilisés dans nos expériences de filtration percolation, ont été prélevés Figure 1 : Montage expérimental utilisé pour le traitement des eaux usées
industrielles et urbaines. Tableau 1 : analyse par ICP
des eaux usées étudiées avant traitement
Métaux lourds Les plus toxiques
Résultats d’analyse par ICP des eaux usées industrielles et urbaines en ppm
Cd 0.006
Cr 0.04
Cu 0.07
Fe 1.7
Pb 0.11
Zn 1.1
Tableau 2 : analyse par ICP des eaux usées étudiées après traitement Métaux lourds Eaux
potable Eaux purifiées
par la matrice 1 Eaux purifiées
par la matrice 2 Eaux purifiées
par la matrice 3 Eaux
Purifiées par la matrice 4
Cd 0,004 0,003 0,003 0,003 0,004
Cr 0,009 0,009 0,009 0,001 0,009
Cu 0,009 0,01 0,009 0,01 0,03
Fe 0,01 0,09 0,14 0,1 0,12
Pb 0,04 0,09 0,04 0,04 0,09
Zn 2,65 0,004 0,05 0,04 0,12
Matrice 1 : sol, cendre, mâchefer et sable de 100 µm, Matrice 2 : sol, cendre, mâchefer et sable de 125 µm, Matrice 3 : sol, cendre, mâchefer et sable de 160 µm, Matrice 4 : sol, cendre, mâchefer et sable de 200 µm,
le long du littoral de la ville d’El Jadida.
Ces derniers ont été dans un premier temps, soigneusement lavés et séchés à 40 °C dans une étuve, ensuite tamisés afin de déterminer ses différentes tailles granulométriques, et finalement analy- sés par diffraction X pour avoir une idée très précise sur le taux de présence de la calcite et de la silice et par spectros- copie ICP (Inductance couplage plasma) pour s’assurer de l’absence de traces des métaux lourds. Nous allons donc effec- tués nos expériences de traitements des eaux usées sur quatre colonnes, formée chacune de quatre couches qui sont : le sol, les cendres volantes, les mâchefers et du sable marin de 100 µm, 125 µm, 160 µm et 200 µm. Le montage expéri- mental que nous avons utilisé est sché- matisé sur la figure 1.
RÉSULTAT ET DISCUSSION Les eaux usées ont été analysés soigneu- sement par ICP (Inductance couplage plasma), et ont montré la présence de plusieurs éléments très toxiques, et des traces de métaux lourds. Le tableau 1 présente en ppm le taux de présences de quelques éléments très toxiques, détec- tés dans les eaux usées, que nous avons utilisés dans nos expériences, dans leurs états brutes avant traitement.
Dans le tableau 2, nous avons exposé la valeur en ppm, de présence de ces mêmes métaux lourds dans les filtrats obtenu après filtration des eaux usées utilisées, par les différents filtres, que nous avons cités en haut. Pour valider les résultats obtenus, nous avons jugé très
utile, et intéressant de faire une com- paraison avec l’eau potable, que nous avons aussi analysé par ICP.
Les figures visualisent mieux les valeurs en ppm de la contenance, de chaque métal lourd, à la fois dans les eaux usées brutes, avant et après traitement a tra- vers les différents filtres, et celles de réfé- rences qui est l’eau potable du robinet.
Une grande quantité de cadmium est libérée dans l’environnement de façon naturelle. Environ 25.000 tonnes de cad- mium sont libérées par an. Environ la moitié de ce cadmium est libéré dans les rivières lors de l’usure de la roche et, du cadmium est libéré dans l’air lors des feux de forêts et par les volcans. Le reste du cadmium relâché provient des
activités humaines. Les flux de déchets de cadmium provenant des industries finissent principalement dans les sols.
Ces flux proviennent par exemple de la production de zinc, des engrais bio-in- dustriels. Une autre source importante d’émission de cadmium est la produc- tion de fertilisants non naturels à base de phosphate. Une partie du cadmium se retrouve dans le sol après que le fer- tilisant ait été appliqué sur les terres agricoles et le reste du cadmium se retrouvent dans les eaux de surface quand les déchets provenant de la production des fertilisants sont reje- tés par les entreprises de production.
Le cadmium peut être transporté sur de longues distances lorsqu’il est absorbé par les boues. Ces boues riches en cadmium peuvent polluées aussi bien les eaux de surface que les sols.
Le cadmium est fortement absorbé par les matières organiques dans les sols.
Quand le cadmium est présent dans les sols cela peut être extrêmement dange- reux, car la consommation par l’inter- médiaire de la nourriture va augmenter.
Les sols acidifiés amplifient la consom- mation de cadmium par les plantes. C’est un danger potentiel pour les animaux qui dépendent des plantes pour survivre.
Leur traitement a travers les quatre matrices a diminué la concentration du cadmium de 0,005 ppm à 0,003 ppm.
Cet abattement est expliqué par l’im- mobilisation au niveau du substrat via des mécanismes tels que l’adsorption au niveau des sites d’échanges, la fixation a la matière organique, incorporation Figure 2 : Évolution du cadmium avant et après traitement des eaux usées
sur les quatre filtres, et dans l’eau potable.
Figure 3 : Évolution du zinc avant et après traitement des eaux usées sur les quatre filtres, et dans l’eau potable.
dans la structure du sol et par précipita- tion sous forme de composés insolubles.
Le zinc est une substance très com- mune qui est présente naturellement.
Beaucoup d’aliments contiennent du zinc. L’eau potable contient aussi une certaine quantité de zinc, qui peut être plus élevé lorsque l’eau est stockée dans
des réservoirs en métal. Le niveau de zinc dans l’eau peut atteindre des niveaux qui peuvent causer des problèmes de santé à cause des rejets industriels et des lieux de déchets toxiques. Le zinc est un élé- ment qui est essentiel pour la santé de l’homme. Lorsqu’on absorbe trop peu de zinc on peut alors avoir une perte
de l’appétit, une diminution des sensa- tions de goût et d’odeur, les blessures cicatrisent lentement et on peut avoir des plaies. Les carences en zinc peuvent aussi provoquer des problèmes lors des naissances.
La concentration du zinc dans les eaux usées industrielles a pour origine l’ex- ploitation minière, la combustion du charbon et des déchets, et dans l’in- dustrie de l’acier. Le zinc, relativement mobile est facilement adsorbé par les constituants du sol organiques et miné- raux. Le zinc peut donc être mobile et migrer facilement en profondeur. Nous remarquons d’après les histogrammes une forte réduction de la concentration du zinc pour les 4 matrices.
La purification des rejets liquides indus- triels et urbaines, par les différentes matrices a permis une réduction très significatives. Nous notons toutes fois que les matrices 2 et 3 donnent le meilleur rendement de réduction de concentration en ppm de cet élément très toxique. L’abattement du Plomb s’explique par les différents minéraux argileux existants dans le sol, particu- lièrement la palygorskite
Le fer est l’un des métaux les plus abon- dants de la croûte terrestre. Il est pré- sent dans l’eau sous trois formes, le fer ferreux Fe2+, le fer ferrique Fe3+ et le fer complexé à des matières organiques (acides humiques, fulviques, tanniques,
…). Son origine au niveau industriel peut s’expliquer par l’exploitation minière, la sidérurgie, la corrosion des métaux, Le fer donne aussi un goût métallique à l’eau rendant désagréable sa consommation.
La filtration des eaux usées, par les diffé- rentes matrices que nous avons utilisés a permis une réduction de cet élément respectivement de 95,26 % ; 92,63 % ; 94,74 % ; 93,68 % (voir figure 5). Cette élimination est du, a des micro-orga- nismes présents dans les sols et les sables.
Le cuivre Cu, provient principalement des rejets industriels comme le traite- ment de surface, l’industrie chimique et électronique. Le dosage du cuivre dans l’eau percolée révèle des teneurs de l’ordre de 0.01, 0.009, 0.01 et 0.03 ppm respectivement pour les quatre filtrats récupérés, ce qui correspond aux rendements épuratoires respectifs de 85,71 % ; 87,14 % ; 85,71 % ; 57,14 %. Il s’agit donc d’un rendement épuratoire très important pour cet élément. La Figure 4 : Évolution du Plomb avant et après traitement des eaux usées
sur les quatre filtres, et dans l’eau potable.
Figure 5 : Évolution de fer avant et après traitement des eaux usées sur les quatre filtres, et dans l’eau potable.
Figure 6 : Évolution du cuivre avant et après traitement des eaux usées sur les quatre filtres, et dans l’eau potable.
rétention du cuivre est due à son fixa- tion par la matière organique.
La teneur du Crome détecté dans les eaux usées industrielles et urbaines, a été réduite considérablement de par les quatre matrices, comme le montre clairement la figure 7. Cet abattement
s’explique par des phénomènes de pré- cipitation et d’adsorption qui jouent cer- tainement un rôle d’atténuateur de la toxicité de cet élément.
CONCLUSION
La filtration des eaux usées de types
industrielles ou urbaines, sur des lits filtrants constitués par le sol agricole, les cendres volantes, les mâchefers et le sable marin du littoral, donne des résultats très satisfaisants que ce soit au niveau caractérisation physico chimique (PH, DCO, Chlorure, Orthophosphate et autres…), ou au niveau de la réduction très significative de la teneur en métaux lourds très toxiques détectés dans les eaux usées. Les analyses par ICP des filtrats obtenus par les quatre filtres que nous avons utilisées ont montrés le rôle primordial, que je joue ces filtres naturels, très peu coûteux, qui pourra bien être facilement utilisés dans les pays arides et semi arides particuliè- rement en Afrique, ou le stress hydrique devient problématique. La boue de fil- tration récupérée est revalorisée dans le domaine du bâtiment et de construction en fabriquant des pavés de bordures et chaussées après une étude approfondie de lixiviations et de tests mécaniques.
Figure 7 : Évolution du Crome (Cr) avant et après traitement des eaux usées sur les quatre filtres, et dans l’eau potable.
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