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ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI ***********
DEPARTEMENT DU GENIE CIVIL ***********
Option : Sciences et Techniques de l’Eau (STE)
Rédigé et Présenté par : Connors Sènan Vianney AHONON Soutenu le 05 Novembre 2014
Sous l’Encadrement de : Sous la Superviseur de : Ing. Y. A. E. Irma NOUGBODE Martin P. AINA Maître Conférence des Universités CAMES
Composition du Jury
Président : Dr. HOUINOU Gossou ; Enseignant chercheur à l’Epac Rapporteur : Dr. HOUNKPE Peace ; Enseignante à l’Epac
Membre : Ing. AKOWANOU Onésime ; Enseignant à l’Epac
3ième Promotion
Traitement des Eaux Usées Domestiques par le Sulfate d’Aluminium et deux Matériaux locaux : les Cendres d’Epluchures de Bananes Plantains et le Jus d’Opuntia
dillenii
Année Académique 2013-2014
RAPPORT DE STAGE DE FIN DE FORMATION
POUR l’OBTENTION DU DIPLOME DE LICENCE PROFESSIONNELLE EN SCIENCES ET TECHNIQUES DE L’EAU
Dédicaces
Je dédie cette œuvre :
A DIEU LE PÈRE, DIEU LE FILS ET DIEU LE A DIEU LE PÈRE, DIEU LE FILS ET DIEU LE A DIEU LE PÈRE, DIEU LE FILS ET DIEU LE A DIEU LE PÈRE, DIEU LE FILS ET DIEU LE
SAINT ESPRIT, AINSI QU SAINT ESPRIT, AINSI QU SAINT ESPRIT, AINSI QU
SAINT ESPRIT, AINSI QU’À LA VIERGE ’À LA VIERGE ’À LA VIERGE ’À LA VIERGE MARIE.
MARIE.
MARIE.
MARIE.
REMERCIEMENTS
Qu’il me soit permis de remercier en premier lieu Dieu pour sa Présence dans ma vie Mes remerciements vont à l’endroit du professeur Félicien AVLESSI, Directeur de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi, du Professeur Martin Pépin AINA, Maître Conférence des Universités CAMES, Chef Département du Génie civil, du professeur CODO François de Paule, Ing. Master of Sc ; PhD ; Maître conférence des Universités CAMES, Chef d’Option Sciences et Techniques de l’Eau dans le département du Génie civil.
Je tiens à témoigner de ma profonde gratitude à l’endroit de mon Maître de Stage Ing.
Y.A.E. Irma NOUGBODE, pour sa contribution, son expertise et son entière disponibilité à superviser mes recherches et à m’accompagner dans mes efforts, malgré ses multiples occupations. La rigueur scientifique, l’ardeur au travail, l’efficacité, la promptitude sont les qualités du Maître que vous êtes. Toute ma profonde reconnaissance Madame pour avoir accepté de superviser ce travail.
Je tiens à rendre également hommages aux illustres membres du Jury qui ont en charge l’appréciation de la qualité de cet humble travail. Je suis persuadé que vos sages remarques, contributions, conseils et suggestions ne feront que parfaire ce travail.
A tous les Enseignants de l’EPAC, et particulièrement le corps professoral du département de Génie Civil en particulier :
• Ingénieur AGOSSOU Daniel, Enseignant à l’EPAC ;
• Ingénieur AHONONGA Elena, Enseignante à L’EPAC ;
• Docteur BACHAROU Taofic, Enseignant-Chercheur à l’Epac ;
• Feu Docteur DAKPANON Laurent (paix en son âme), Enseignant-chercheur à l’EPAC
• Professeur GBAGUIDI Aïssè Gérard, Maître de conférences des Universités CAMES, Enseignant-Chercheur à l’EPAC ;
• Prof GBAGUIDI Victor, Maître de conférences des Universités CAMES, Enseignant- Chercheur à l’EPAC ;
• Docteur GBODOGBE Jean-Claude, Enseignant à l’EPAC
• Docteur HOUINOU Gossou Jean, Enseignant-Chercheur à l’EPAC ;
• Ingénieur SOCLO Wilfried, Enseignant à l’EPAC ;
• Docteur ZEVOUNOU Crépin, Maître assistant des Universités CAMES, Enseignant- Chercheur à l’EPAC ;
• Ingénieur ZINSALO Joël, Enseignant-Chercheur à l’EPAC ;
• Docteur ZOGO Dieudonné, Enseignant-Chercheur à l’EPAC Recevez nos sincères remerciements.
Je remercie toute l’équipe du Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau (LSTE) pour son accueil et son aide, en particulier Mme Flora AGBOMENOU l’Ingénieur
‘’Technicienne du Laboratoire’’, Docteur DEGUENON Justine, Les ingénieurs DJIHOUESSI Belfrid, DAOUDA Mohamed, AKOWANOU Onésime, MAHUGNON Reine, AZON Nadia, KONININ Ifè.
• A tout le personnel du laboratoire central de la SONEB en particulier Mme ADANHO Hermyonne, Monsieur Jacques pour la bonne humeur et les bons moments passés ensemble;
J’adresse aussi mes remerciements :
- A LABINTAN Clément, Doctorant en Génie civil - A MEDOKPONOU Mike
- A mes camarades stagiaires : Innocent, Solange, Valdina, Augustin, Gaël, Olivia, Miriam.
- A tous mes camarades stagiaires du Génie de l’environnement - Aux stagiaires du niveau Terminale du lycée
- A tous les légionnaires et les membres de la communauté EMMAUS/EPAC
- A tous mes camarades (Ex promotion) de la quatrième année du Génie-civil, Génie Informatique, Génie Electrique, Génie Mécanique
Et pour finir, je remercie toute ma famille, en particulier mon Père AHONON Léonard, ma Mère ALAPINI Léontine pour leur soutien moral, matériel, technique.
Sigles et Abréviations ab : abattement
AEP : Alimentation en Eau Potable CA : Conseil d’Administration
CCDEE: Compagnie Coloniale de Distribution d’Energie Electrique MES : Matière En Suspension
NTU: Néphélémétrie Turbidité Unit pH: potentiel Hydrogène
SBEE : Société Béninoise de l’Eau et de l’Energie SODAK : Société Dahoméenne de kénafe.
SONEB: Société Nationale des Eaux du Bénin UCV : Unité de Couleur Vraie
Op.d : Opuntia dillenii AL : Sulfate d’aluminium Ce : Cendres
DCO : Demande chimique en oxygène
DBO5 : Demande biologique en oxygène pendant 5jours NTK : Azote Total Kjedhal
COT : Carbone Organique Total Pt : Phosphore total
LSTE : Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau INE : Institut National de l’Eau
CTPEA : Centre Technologique de Perfectionnement en Eau et Assainissement
Liste des Tableaux
Tableau 1 : Proportion des volumes rejetés pour chacune des activités domestiques (Roques
1979) ... 9
Tableau 3 : Composition des épluchures [lustre et al (1976), Adisa and Okey (1987), Wall (2006)] ... 24
Tableau 4 : Caractéristiques de l’effluent brute ... 27
Tableau 5 : Représentation des coagulants et leurs mélanges ... 28
Tableau 6 : Résultats du traitement au sulfate d’aluminium ... 29
Tableau 7 : Résultats du traitement à la solution aqueuse d’Opuntia dillenii ... 32
Tableau 8 : Résultats du traitement aux cendres ... 35
Tableau 9 : Résultats du traitement à l’AL/Op.d... 38
Tableau 10 : Résultats de l’analyse des paramètres globaux ... 38
Liste des Figures
Figure1 : Situation géographique du Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau ... 6
Figure 2 : Potentiel Zeta [5] ... 12
Figure 3 : Turbidité résiduelle en fonction du dosage de sulfate d’aluminium ... 29
Figure 4 : MES résiduelle en fonction du dosage de Sulfate d’aluminium ... 30
Figure 5 : Couleur résiduelle du dosage du sulfate d’aluminum ... 31
Figure 6 : Turbidité résiduelle en fonction du dosage du jus d’Opuntia dillenii... 32
Figure 7 : MES résiduelle en fonction du dosage de Sulfate d’aluminium ... 33
Figure 8 : Couleur résiduelle du dosage du Jus d’Opuntia dillenii ... 34
Figure 9 : Turbidité résiduelle en fonction du dosage de Cendres ... 35
Figure 11 : Couleur résiduelle en fonction du dosage de Cendres ... 37
Figure 13 : Evolution de la DCO suivant les types d’eaux ... 39
Figure 14 : Evolution du NTK suivants les types d’eaux ... 40
Figure 15 : Evolution du COT suivant les types d’eau ... 41
Figure 16 : Evolution du Pt suivant les types d’eau ... 43
Liste des Photos
Photo 1 : Cactus Opuntia dillenii (Cladodes et fleurs) ... 49
Photo 2 : Fruits ... 49
Photo 3 : Jus de cactus préparé au 10ième ... 49
Photo 4 : Epluchures de Bananes Plantains... 50
Photo 5 : Cendres d’épluchures de plantains... 50
Photo 6 : pH/Cond 340i ... 51
Photo 7: Turbidimètre 2100AN (ISO method 707) ... 51
Photo 8 : Multi-paramètre HACH DR 900 ... 51
Photo 9 : Four de carbonisation ... 52
Photo 10 : Four de Calcination ... 52
Photo 11 : Floculateur ISCO ... 52
Résumé
Cette étude s’inscrit dans le cadre de la valorisation de deux matériaux locaux. Le premier matériau est un floculant biodégradable extrait du cactus béninois Opuntia dillenii et le second est un résidu de cendres obtenu à partir des épluchures des bananes plantains. Ces deux matériaux sont utilisés afin de traiter des rejets domestiques chargés en MES. Les essais jar test ont été réalisé en combinaison avec le sulfate d’aluminium sur les eaux usées des fosses septiques des résidences universitaires plus précisément les eaux du MK2. Nous avons obtenus un abattement de la turbidité de 16,20% et de 63,20% respectivement pour le bio- floculant et les cendres.
L’étude comparative entre les cendres, le bio-floculant et le sulfate d’aluminium Al2(SO4)3 montre que le bio-floculant est inefficace pour éliminer la Turbidité, les MES, et la Couleur. Les cendres par contre ont permis de réduire la turbidité de l’effluent. Cette inefficacité est d’autant plus remarquable au niveau de la pollution carbonée, azotée et phosphorée ou même les deux matériaux (solution aqueuse d’Opuntia et cendres) dégradent la qualité de l’eau brute.
Mots clés : Traitement, eaux usées domestiques, cendres, plantains, cactus
Abstract
This study inscribe in valorisation of two local materials. The first material is a biodegradable flocculant extract to cactus ‘’Opuntia dillenii’’ and second one is a residue of ash get by peelings of plantains. These materials are used to treat domestic wastewaters charged in suspended solids. Jar test are realized in combination with aluminum sulfate on wastewaters of septic tank of university hall named MK2 wastewater. We obtained a reduction in 16.20% and 63.2% respectively for bioflocculant and ash.
Comparative study between ash, bioflocculant and aluminum sulfate showed that bioflocculant is inefficient to reduce turbidity, solids suspended and color. Ash allow for reduction in turbidity. Inefficiency is remarquable at level of carbonate, nitrogen and phosphorus pollution where two materials (aqueous solution ‘’Opuntia dillenii’’ and ash) degrade wastewater quality.
Keywords: Treatment, domestic wastewaters, ash, plantains, cactus
Tables des Matières
Dédicaces ... i
REMERCIEMENTS ... ii
Sigles et Abréviations ... iv
Liste des Tableaux ... v
Liste des Figures ... vi
Liste des Photos ... vii
Résumé ... viii
Abstract ... ix
Tables des Matières ... x
Introduction ... 1
CHAPITRE 1 : PRESENTATION DES STRUCTURES D’ACCUEIL – REVUE DE LA LITTERATURE ... 3
1-1 LABORATOIRE DES SCIENCES ET TECHNIQUES DE L’EAU (LSTE) ... 4
1-1-1- Présentation ... 4
1-1-1-1- Présentation de la structure d’accueil et du cadre d’étude ... 4
1-2- STATION SONEB DE VEDOKO ... 7
1-2-1- Présentation ... 7
1-2-2- Laboratoire central ... 7
1-3- Généralités sur les Eaux Usées ... 8
1-3-1- Les Eaux de ruissellement ... 8
1-3-2- Les Eaux usées d’origine domestiques ... 9
1-3-4- Les Eaux industrielles ... 10
1-3-5- Les Critères généraux de Pollution des Eaux Usées ... 11
1-3-8- Les Réactifs ... 12
1-3-9- Les matériaux naturels... 13
1-3-9-1- Liste de végétaux ayant des propriétés floculantes ... 14
1-3-9-2- Autres Floculants non végétals ... 16
1-3-10- Le Cactus : Description de la plante ... 17
1-3-11- Les Plantains : Description et localisation ... 17
CHAPITRE 2 : DEROULEMENT DU STAGE ... 19
2-1- Description de l’eau usée ... 20
2-2- Les Techniques analytiques ... 20
2-3- Préparation et Caractéristiques du Jus d’Opuntia dillenii ... 23
2-4- Préparation et caractérisation des cendres d’épluchures des plantains ... 23
2-5- Jar test : Protocole ... 25
CHAPITRE 3 : RESULTATS ET DISCUSSIONS ... 26
3-2- Essais préliminaires en Jar test ... 27
3-2-1- Utilisation du Sulfate d’aluminium en tant que coagulant ... 29
3-2-2- Utilisation de la Solution aqueuse d’Opuntia dillenii en tant que coagulant ... 32
3-2-3- Utilisation des Cendres d’épluchures de bananes plantains en tant que coagulant ... 35
3-3- Analyses des Paramètres Globaux ... 38
3-3-1- DCO ... 39
3-3-2- NTK ... 40
3-3-3- COT ... 41
3-3-4- Phosphore total ... 43
Conclusion ... 45
Suggestions ... 46 Références bibliographiques ... 47 Annexe ... 49
Introduction
Dans les pays en voie de développement comme le Bénin, l’évolution de l’habitat et du mode de vie des usagers entraîne une quantité croissante de rejets, et surtout l’augmentation du niveau de confort sanitaire avec la généralisation des salles de bains, des machines à laver, lave-vaisselle contribue à une plus grande consommation d’eau et par conséquent à des rejets toujours plus importants [1].
Les eaux résiduaires ou eaux usées ainsi rejetées sont de qualités très médiocres et provoquent l’accélération de la pollution du milieu récepteur. Elles exigent donc une épuration avant leur rejet dans le milieu naturel ce qui implique des mesures régénératrices et durables [1]. L’épuration ou le traitement s’effectue à plusieurs stades (primaire, secondaire et tertiaire). Au niveau primaire, le procédé de coagulation-floculation permet de débarrasser les eaux usées des impuretés qu’elles contiennent par usage de réactifs synthétiques (coagulants, oxydants, floculants, absorbants), généraux (bases, acides) [2] et naturel (animal et végétal).
Mais l'utilisation des sels minéraux et des polymères synthétiques dans le traitement des eaux, suscite des inquiétudes quant à leurs conséquences sur la santé humaine et l'environnement [16]. Comme l’ont relevé certaines études, les coagulants à base d’aluminium, de fer et même les polymères synthétiques présentent des désavantages importants : leur toxicité probante pour l’environnement [2]. Toutes fois il faut noter que lors d’une coagulation réalisée avec la chaux, l’hydroxyde de magnésium est gélatineux et difficile à déshydrater. Il pourra donc compromettre le traitement des boues [5]. [20] signale les inquiétudes quant aux effets néfastes possibles de l’aluminium sur la santé humaine, notamment de son association à d’autres maladies sérieuses touchant le système nerveux, telles les maladies de Lou Gehrig (la sclérose latérale amyotrophique) et de Parkinson. [19]
confirme que la lente intoxication à l’aluminium conduit à des troubles nerveux paralysants, à des troubles de mémoire et à l’épilepsie, elle a également démontré sa responsabilité dans le psoriasis, les insuffisances hépatites et rénales chroniques. La chaux, le chlore et ses dérivés, utilisés pour le conditionnement des boues ou les traitements physicochimiques d’effluents ou encore pour la décontamination avant rejet sont fortement corrosifs. Les poussières de chaux sont susceptibles d’atteindre le système respiratoire et les yeux. La chaux fortement caustique, peut aussi attaquer la peau (dermite alcaline). Les dangers du chlore sont beaucoup plus
redoutables (quelques inhalation d’un mélange d’air et de chlore suffisent à entraîner une mort presque immédiate par suffocation [6].
Dans ce cadre nous nous sommes intéressés à la découverte de nouveaux produits naturels biodégradables et sans danger, en tant que coagulant/floculant avantageux pour le traitement physico-chimique. Les considérations sont faites sur : le jus du cactus béninois Opuntia dillenii et les Cendres d’épluchures de la banane plantain. Notons que des études ont été réalisées sur le jus du cactus marocain utilisé comme bio-floculant dans le traitement des rejets chargés de chrome (VI) par le procédé de coagulation floculation, le bio- floculant a montré un effet significatif sur l’abattement de la turbidité et un pourcentage de rétention de chrome VI de plus de 99,5% [15]. La solution aqueuse du cactus Opuntia dillenii utilisé comme coagulant naturel dans le traitement de l’eau de surface du fleuve Ouémé montre qu’elle élimine non seulement la turbidité mais aussi la couleur combiné avec la chaux [14].
La présente étude, s’inscrivant dans la suite de ces travaux, se propose d’expérimenter l’action du jus de cactus Opuntia dillenii et des cendres d’épluchures de bananes plantains sur les eaux usées domestiques à travers la préparation et la caractérisation des deux matériaux, la détermination des doses optimales et des rendements épuratoires de chacun d’eux et de les comparer au rendement du sulfate d’aluminium.
CHAPITRE 1 : PRESENTATION DES STRUCTURES D’ACCUEIL – REVUE DE LA LITTERATURE
1-1 LABORATOIRE DES SCIENCES ET TECHNIQUES DE L’EAU (LSTE) 1-1-1- Présentation
1-1-1-1- Présentation de la structure d’accueil et du cadre d’étude
• Statut du LSTE
Le Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau est une unité de recherche scientifique mis en place dans le cadre du projet NUFFIC/NPT 151. Il a été créé le 26 Juillet 2010 et est dirigé depuis cette date par le Professeur Martin Pépin AINA Maître de Conférences des Universités CAMES. Installé au département de génie civil de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi, c’est un laboratoire de recherche et de prestation de service. Il accueille des étudiants de divers niveaux de formation (Licence Professionnelle, Ingénieur, master DESS, DEA et doctorat) pour leur recherche de fin de formation.
Les domaines de compétences du LSTE sont la mécanique des fluides et le génie des procédés de traitements des eaux (usées et potables), des déchets. A ce titre, il est une référence scientifique en eau et assainissement dont les recherches actuelles sont axées sur :
Les contaminants : l’identification et la caractérisation des sources, le transport et le devenir dans les unités de traitement et dans l’environnement.
La valorisation des déchets solides et des matériaux locaux
La modélisation des écoulements de surface et souterrain, et l’étude des réseaux hydrauliques.
Ces axes sont relatifs à l’utilisation des matériaux locaux dans la conception des procédés de traitement de l’eau comme l’argile pour réaliser les filtres en céramiques, les sons de riz et les noix de coco pour la fabrication du charbon actif, l’insertion des procédés d’oxydation avancée dans l’élimination des polluants comme le procédé d’électrocoagulation, les mécanismes réactionnels dans les réacteurs, la valorisation des plantes aquatiques dans le traitement des eaux usées et l’extraction du potentiel de cette biomasse pour la production du biogaz et du biocarburant, le développement d’une stratégie analytique pour l’étude de la contamination des produits piscicoles par les pesticides utilisés en milieu cotonnier et le transport des contaminants issus des activités agricoles et des décharges dans les sols et
aquifères du bassin de l’Ouémé. Face à une gestion intégrée des ressources en eau, le laboratoire s’intéresse également à la résolution numérique, analytique et l’étude expérimentale des écoulements de surface et souterrain, la modélisation des inondations et l’optimisation de schémas d’aménagement pour l’assainissement et l’eau.
Par ailleurs, les services du laboratoire LSTE sont sollicités par plusieurs grandes structures de la place notamment le Ministère de l’Environnement, la SONEB, la DG Eau, l’EAA, le CNERTP, le LERGC, etc.
• Localisation du LSTE et organisation du LSTE
Le laboratoire des sciences et techniques de l’eau est situé sur le campus d’Abomey- Calavi au département génie civil de l’Ecole Polytechnique d’Abomey Calavi. La salle principale de ce laboratoire est mitoyenne à celle mutualisée d’informatique du master CUD- UAC au département de Production et Santé Animale (PSA).
Le personnel permanent du LSTE est essentiellement composé du responsable principal, des enseignants chercheurs collaborateurs et membres, d’un ingénieur recherche office de technicienne permanente et de doctorants. Le responsable est le Professeur Martin Pépin AINA et la technicienne principale est l’ingénieur Flora AGBOMENOU ADJAHATODE.
Figure1 : Situation géographique du Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau
1-2- STATION SONEB DE VEDOKO 1-2-1- Présentation
La distribution d’énergie électrique et d’eau était assurée au Bénin depuis la période de l’indépendance jusqu’à fin Décembre 2003, par une seule et unique société : Société Béninoise d’Electricité et d’Eau (SBEE). Cette société a changé plusieurs fois de dénomination pour diverses raisons. En effet, la convention du 30 Septembre 1955 avait concédé à la Compagnie Coloniale de Distribution d’Energie Electrique (CCDEE) toutes les installations qui étaient en gérance sous régie. Après l’indépendance du Bénin, la CCDEE est devenue successivement Compagnie Centrale de Distribution d’Energie Electrique et Compagnie Centrale de Distribution d‘Eau et d’Electricité. En 1973, l’Etat Dahoméen sous la Révolution, en prenant en charge les secteurs vitaux de l’économie nationale, a procédé à la nationalisation de la Compagnie Centrale de Distribution d’Eau et d’Electricité. Par l’ordonnance n°73-13 du 07 Février 1973, il a été créé la Société Béninoise d’Electricité et d’Eau (SBEE). En 2003, une réforme institutionnelle de la Société Béninoise d’Electricité et d’Eau a abouti à la séparation des deux activités « Eau et Electricité » qui ont donné naissance respectivement à la Société Nationale des Eaux du Bénin et à la Société Béninoise d’Energie Electrique. La SONEB a donc été créée par le Décret n° 2003-203 du 12 Juin 2003. Elle a pour mission le captage, le transport, le traitement, la distribution et la commercialisation de l’eau potable, ainsi que l’évacuation des eaux usées en milieu urbain qui demeure jusque-là non fonctionnelle.
1-2-2- Laboratoire central
Les attributions de ce laboratoire sont les suivantes : - la définition et le suivi des procédés de traitement d’eau;
- la gestion du stock (fiches), le suivi de la consommation des produits de traitement et l’alerte à temps des services en charge du réapprovisionnement;
- le contrôle de la qualité des produits de traitement;
- l’élaboration et la mise en œuvre d’un programme annuel de suivi et de contrôle régulier de la qualité des eaux produites et distribuées;
- la surveillance permanente des ouvrages de traitement et exécution des menus entretiens préventifs et curatifs à bonne date;
- le contrôle de la pollution des ressources en eau;
- l’optimisation de l’efficience des procédés de traitement (plus d’efficacité à moindre coût);
- la recherche de nouveaux produits de traitement : - la gestion des plaintes relatives à la qualité de l’eau;
- la formation (continue) des chimistes et agents des stations et la vulgarisation des méthodes de traitements;
-le suivi de l'approvisionnement dans les délais requis des laboratoires régionaux en réactifs et matériels d'analyse;
-l’actualisation des procédés et modes opératoires relatifs à la qualité des eaux.
1-3- Généralités sur les Eaux Usées
Dans une agglomération les eaux à évacuer sont de trois types : - Eaux de ruissellement
- Eaux usées, d’origine domestique - Eaux industrielles.
Ces eaux peuvent être séparées ou mélangées, ce qui fait apparaître la notion d’effluent urbain constitué par des eaux usées, d’origine domestique, plus ou moins polluées par des eaux industrielles et plus ou moins dilués par des eaux de ruissellement[7].
1-3-1- Les Eaux de ruissellement
Les eaux de ruissellement comprennent les eaux de pluie, les eaux de lavage et les eaux de drainage. La pollution des eaux de ruissellement est variable dans le temps, plus forte au début d’une précipitation qu’à la fin par suite du nettoyage des aires balayées par l’eau. Les eaux de ruissellement en provenance des cours de fermes sont également assez polluées [7].
1-3-2- Les Eaux usées d’origine domestiques
Les eaux usées d’origine domestique comprennent :
- Les eaux ménagères (eaux de cuisine, de lessive, de toilette, buanderie, salle de bain) - Les eaux vannes (en provenance des W.C, matières fécales et urines).
Activité domestique Volume rejetée (%) Cuisine : Evier
Lave – vaisselle
3%
13%
Lave-linge 13%
Salle de bains 44%
Chasse d’eau 26%
Tableau 1 : Proportion des volumes rejetés pour chacune des activités domestiques (Roques 1979)
Les eaux usées constituent un effluent pollué et nocif. Leur étude doit s’effectuer sous le double point de vue physico-chimique et biologique, tout en notant la présence d’inhibiteurs. Ils renferment :
- Des matières minérales ; - Des matières organiques
Les matières minérales sont constituées par le résidu sec, après chauffage dans une coupelle au rouge, de l’ensemble des matières recueillies après évaporation. Elles ne sont pas dangereuses.
Les matières organiques sont celles qui sont volatilisées lors du chauffage dans les mêmes conditions que ci-dessus. Dans toutes les matières organiques, en dehors des composés principaux – C, O, N, H – il existe en quantités faibles, ou même à l’état de traces,
des éléments qui jouent un rôle important dans les processus de dégradation, ou d’assimilation (par exemple S, Fe, Cu, P).
Ces matières se présentent sous trois formes dans les eaux usées domestiques : - Matières en suspension vraie, décantables en deux heures ;
- Matières en suspension non décantables en deux heures, soit en raison de leur granulométrie très fine, de leur densité très voisine de l’eau ou encore de leur état colloïdale ;
- Matières dissoutes [7]
1-3-4- Les Eaux industrielles
Les eaux industrielles sont celles en provenance des diverses usines de fabrication ou de transformation.
Les eaux industrielles sont extrêmement variées selon le genre d’industrie dont elles proviennent. Elles contiennent les substances les plus diverses, pouvant être acides ou alcalines, corrosives ou entartrantes, à température élevée, souvent odorantes et colorées. Ces eaux peuvent nécessiter un prétraitement en usine car il faut éviter d’accueillir dans le réseau général, des eaux ayant subi des altérations de nature telle que leur traitement se révèlerait difficilement compatible avec celui des effluents urbains. Leur rejet direct dans le réseau, s’il est possible, nécessite une étude soignée du nombre d’équivalents-habitants auquel correspond l’industrie étudiée et de l’influence des corps toxiques et inhibiteurs qu’elles contiennent [7].
Les quantités d’eau évacuées par les industries dépendent de plusieurs facteurs : - Nature de l’industrie
- Procédé de fabrication utilisé
- Taux de recyclage effectivement réalisé
1-3-5- Les Critères généraux de Pollution des Eaux Usées
La pollution des eaux résiduaires urbaines est généralement évaluée par la mesure des matières en suspension (MES, MVS, Turbidité), de la pollution organique carbonée (DCO, DBO5, COT), des différentes formes d’azote (NTK, N-NH4+, N-NO2-, N-NO3-) et des principales formes de phosphore (Pt, Orthophosphates, Polyphosphates). Nombre de ces critères de pollution sont : pH, eH, O2 dissous, Température, Conductivité, MES, DCO, DBO5, NTK, Pt [8].
1-3-7- La Coagulation-Floculation
Les matières colloïdales, tant organiques que minérales, peuvent être éliminées par coagulation. La coagulation consiste en l’addition d’agents chimiques à une dispersion de colloïdes en vue de les déstabiliser de manière à les rassembler sous forme de flocs. La coagulation implique donc d’une part la formation d’hydroxydes complexes sous forme de flocons. La précipitation consiste à former un composé insoluble du polluant dont on désire l’élimination. La coagulation est appliquée, par exemple, pour l’élimination de la turbidité ou de la coloration des eaux usées [4 ; 5].
• Principes
Les colloïdes que l’on trouve habituellement dans les eaux usées ont des dimensions qui varient approximativement de 100µ à 10µ et sont caractérisés par un potentiel Zêta de -15 à -20 mV. La stabilité des suspensions colloïdales est due aux forces de répulsions induites par un potentiel Zêta élevé, à l’adsorption de colloïdes protecteurs lyophiles relativement petits sur des colloïdes hydrophiles de plus grande dimension, ou encore à l’adsorption d’un polymère non ionique. Les particules microscopiques et colloïdales sont stabilisées par la formation de couches électriques, solidaires de la particule ; comme ces dernières ont toutes la même charge, elles se repoussent mutuellement et gardent leur individualité. L’épaisseur de la couche électrique et la densité de charge électrique sont influencées par la concentration et la valence des ions en solution. Par conséquent, la stabilité de la suspension pourra être fortement modifiée par l’ajout d’ions convenablement choisis. Le potentiel Zêta est une mesure de la stabilité du système ; il représente le potentiel nécessaire pour affranchir la
couche d’ions entourant la particule et ainsi la déstabiliser. La signification du potentiel Zêta est précisée.
Figure 2 : Potentiel Zeta [5]
1-3-8- Les Réactifs
Les réactifs de coagulation les plus utilisés sont le sulfate d’alumine, la chaux et les sels ferriques. Il existe aussi les polymères organiques, naturels ou de synthèse [5].
• Coagulation à l’aide de sulfate d’aluminium
Le sulfate d’aluminium, Al2(SO4)3.18H2O réagit comme suit : Al2 (SO4)3 + 3Ca (OH) 2 = 2Al (OH) 3 + 3CaSO4
En fait, l’ion aluminium subit une succession de réactions d’hydrolyse pour former des hydroxydes complexes multivalents. Ces complexes sont chargés positivement en milieu acide et négativement en milieu alcalin. L’hydroxyde d’aluminium répond donc à la formule générale Al2O3.xH2O et est un composé amphotère.
• Coagulation à l’aide de sels ferriques
Les sels ferriques (FeCl3, Fe2(SO4)3) réagissent selon la réaction suivante : Fe3+ + 3OH- = Fe(OH) 3
L’hydroxyde insoluble est produit dans un large intervalle de pH 3 à 10. Le floc est chargé positivement en milieu acide, négativement en milieu alcalin. Les deux complexes coexistent entre pH 6,5 et 8,0. Le sulfate ferreux est aussi utilisé.
• Coagulation à l’aide de Chaux
La chaux agit différemment, elle réagit avec l’alcalinité calcique (précipitation de carbonate de chaux) et avec les orthophosphates (précipitation d’hydroxyapatite calcique).
Les sels de magnésium, éventuellement présents, précipitent à pH élevé sous forme d’hydroxyde qui agit comme floculant. C’est sans doute pour cette raison que la clarification est souvent meilleure à pH élevé.
Ca2+ + HCO3- + OH- = CaCO3 + H2O
5Ca2+ + 4OH- + 3HPO4 = Ca5 (OH) PO4)3 + 3H2O Mg2+ + 2OH- = Mg(OH) 2
• Les adjuvants
La coagulation peut être améliorée par addition d’adjuvants dits de coagulation qui renforcent la structure du floc, le grossissent et rassemblent des flocs dispersés, améliorant ainsi la clarification de l’effluent [5]. On distingue : la silice activée, silico-aluminate, alginates, amidons (extrait de pomme de terre, de tapioca, extraits de graines végétales), polysaccharides (contenant des dérivés de cellulose, gommes, tanins, xanthanes) [2].
1-3-9- Les matériaux naturels
Le Moringa n’est pas la seule plante à posséder des propriétés floculantes. Le Moringa est peut-être davantage connu en raison de l’efficacité de son pouvoir floculant mais aussi du fait que la partie floculante (la graine) est facile à produire et que son prélèvement ne nuit pas à la survie de l’arbre (contrairement aux écorces, racines et même parfois feuilles).
Cependant, la liste ci-dessous montre que le genre Moringa n’est pas le seul à être utilisé traditionnellement pour clarifier l’eau.
L’utilisation de plantes floculantes est un héritage des peuples d’Asie et d’Afrique. La clarification traditionnelle présente cependant des problèmes récurrents qui nuisent à son efficacité :
- extraction insatisfaisante du coagulant - dosages aléatoires
- absence d’agitation ou agitation inadéquate
- manque de précaution lors du prélèvement de l’eau clarifiée - mauvais stockage
Il existe des techniques de trempage d’écorce et de feuilles, d'agitation de poudres végétales dans des sacs en coton qui sont peu efficaces. Peu de coagulants naturels traditionnels sont utilisables. [17]
Beaucoup de floculants naturels appartiennent au même genre et la même famille [17]. La recherche de floculants naturels doit utiliser des techniques scientifiques comme la taxonomie, chimie, physico-chimie [18].
Les substances floculantes réagissent avec les colloïdes par la formation de ponts chimiques et compte tenu de leur charges électriques, les polyélectrolytes cationiques sont les plus efficaces (charges négatives des colloïdes).
1-3-9-1- Liste de végétaux ayant des propriétés floculantes
• Boscia senegalis : sa résine d’écorce, qui est peut-être toxique est utilisée pour clarifier des eaux faiblement à fortement turbides. La production de résine peut être stimulée par la même technique que pour le caoutchouc. Les coagulants sont des polypeptides.
• Maerua : l’action coagulante se fait avec les racines [17].
• Moringa : ses graines sont utilisées pour clarifier des eaux faiblement à fortement turbides. L’effet du floculant du Moringa est le même que celui d’un polyélectrolyte cationique synthétique. Des coagulants ont été repérés dans des graines de Moringa oleifera, M. peregrina, M. stenopetala, M. longituba, M. Drouhardii, M. ovalifolia, M.
concanensis. Cependant, des Moringaceae plus rares contiennent certainement des coagulants eux aussi.
- longituba: la dose optimale de coagulant à employer est la plus faible des doses à employer avec les Moringa (sauf pour le M. stenopetala)
- oleifera : les graines de M. oleifera contiennent de 25 à 34% d’huile et 6 polypeptides différents. C'est un arbre qui pousse vite et fructifie la première année.
- stenopetala : les graines contiennent 9 polypeptides différents avec beaucoup de proline. C'est un arbre volumineux, plus adapté aux régions montagneuses que le M.
oleifera. Il ne fructifie pas la première année. Le poids de ses cotylédons varie de 270 à 575mg. la dose optimale de coagulant à employer est la plus faible des doses à employer avec les Moringa (sauf pour le M. longituba)
- peregrina : Les graines de M. peregrina contiennent 53% d’huile et la dose optimale de coagulant à employer est importante. C'est la dose à employer la plus forte des Moringa.
• Cereus : sa sève est un clarifiant traditionnel d’eau très turbide mais peu efficace.
• Opuntia : la sève est utilisée pour les eaux dont les marges de turbidité sont limitées [17]. Cette sève est le meilleur coagulant naturel d’Amérique latine [18].
- ficus-indica : les Tunafloc A et B isolés à Lima sont des adjuvants de coagulation prometteurs [17].
- dilenii : contient des polymères carbohydratés dans la sève des cladodes qui agit comme des adjuvants de coagulation par adsorption de la matière en suspension [18].
- Leguminales : Le galacto mannans est la molécule floculante des léguminales - Phaseolus mungo : les graines constituent un faible coagulant (Jahn, 2001).
- faba : les graines sont utilisées pour des eaux dont les marges de turbidité sont limitées [17].
- Strychnos potatorum : leurs graines sont broyées dans des jarres pleines d’eau dont les marges de turbidités sont limités pour la clarification traditionnelle. C’est un polyelectrolyte anionique [17]. Ce végétal constitue un adjuvant de coagulation [17].
- Prunus armeniaca : le noyau contenant probablement des polymères actifs, c’est coagulant traditionnel et un coagulant primaire mais les noyaux contiennent aussi de l’amygdaline [18].
- Prunus persica : le noyau est un coagulant primaire
- quebracho-colorado : le tanin de son écorce est un floculant, il possède des molécules utilisées dans le Floccotan d’Argentine [17].
- Blepharis : Constitue un adjuvant de coagulation [17].
- Hypoestes : constitue un adjuvant de coagulation [17].
- Hypoestes verticillaris : les graines sont utilisées pour des eaux dont les marges de turbidité sont limitées [17].
- Aloe vera : la sève des feuilles contient du glyco-aloe-modinanthrone et des tannins qui sont des adjuvants de coagulation. Elle agit par adsorption de la matière en suspension. [17]
- Cucurbita moschata : les feuilles écrasées constituent un coagulant faible [18]
- Diospyros kaki : la sève des fruits contient des tannins, peut être toxique, qui possèdent un effet clarifiant, c’est un coagulant faible [18].
- Cyrtomium (=Aspidium) falcatum : les racines écrasées adsorbent la matière en suspension, aucunes données n’existent sur la toxicité [18].
- Anamirta paniculata les graines et les fruits ont des pouvoirs de clarification par adsorption de la matière en suspension, mais ils contiennent de la fibrotoxine [18].
1-3-9-2- Autres Floculants non végétals
Les algues brunes constituent un adjuvant de coagulation [17].
Clarifiants minéraux :
- « assarmu » nigérien (minéral toxique) pour les eaux faiblement à fortement turbides.
- des argiles clarifiantes sont assez efficaces mais leur action est lente.
- alun
- arsenic disulfide [18]
- gypse CaSO4 [18].
Animaux : Les colles d'os ou de peaux d'animaux contiennent du collagène qui agit comme un adsorbant (ex: ejiao fait avec de la peau de singe).
1-3-10- Le Cactus : Description de la plante
Les Opuntioidées appartiennent par leurs formes bizarres aux plantes les plus primitives du monde végétal. Toutes les Opuntioidées ont en commun des glochides redoutables, munies de minuscules aiguillons dont la pointe n’est visible qu’au microscope, qui poussent sur des aréoles laineuses et restent fixés dans la peau au moindre contact. C’est avec des pincettes ou dans un bain d’eau savonneuse chaude qu’on parviendra le mieux à s’en débarrasser. Parce que la plupart des Opuntioidées croissent facilement, exigent peu de soins et un terreau simple, le profane les assimile facilement aux ‘’Cactus’’ au sens général du terme. Leur pays d’origine est l’Amérique. La tige du Cactus ressemble à une grande feuille gonflée (Cladode). Il serait extrêmement intéressant de le décomposer et de le comparer à une vraie feuille verte. On les trouve en Amérique, du Canada à la Patagonie, et des côtes jusqu’à des hauteurs de 5000m dans les Andes. Leurs fruits en forme de figues donnent, dans quelques régions d’Amérique, une importante nourriture que les indigènes appellent ‘’Tuna’’.
En Espagne également, on apprécie les fruits et le temps de leur maturité donne lieu à une sorte de fête populaire. Les Opuntioidées demandent un endroit ensoleillé, chaud, dans un terreau sablonneux, elles supportent bien une fumure pendant le temps de la pousse et ont besoin d’une atmosphère sèche et fraîche, de 6-8°C. Les fruits charnus contiennent les graines, pâles, de la grosseur d’une lentille, rarement plus grandes, avec une enveloppe dure qui rend la germination difficile. Selon l’analogie de leur forme, on distingue plusieurs types d’Opuntia : Opuntia robusta, scheerii, gosseliniana, dillenii, santa rita, basilaris, tomentosa, genuis bergeriana, quim ilo, leucotricha, microdasys, sulphurea, retrosa, eurassavica, ficus indica, compressa, huifusa, rhodantha, fragilis, longispina, soerensii, brasiliensis [13].
1-3-11- Les Plantains : Description et localisation
Les plantains sont cultivés dans les zones humides et se trouve dans les assolements tel que maïs-arachide. Il n’a qu’une tige souterraine sur laquelle se développent les bourgeons latéraux et le bourgeon terminal, laquelle donne naissance à de grandes feuilles aériennes dont les pétioles engainantes se présentent comme une tige appelée faux tronc. Les fleurs du bananier sont unisexuées monoïques. Mais le mode de multiplication le plus courant est la multiplication par rejet car la banane est une baie dont les pépins ont avorté. Cette plante
les sols aérés, riche en azote et en potasse, situés à plus de 0,80m de profondeur avec un pH compris entre 4 et 8. Les plantains sont disponibles dans le sud du Bénin plus précisément dans les départements de l’Atlantique, l’Ouémé, Mono, Zou-sud [23].
CHAPITRE 2 : DEROULEMENT DU STAGE
2-1- Description de l’eau usée
L’eau usée domestique utilisée est l’eau des fosses septiques du Bâtiment MK2. L’eau usée de la fosse a un aspect orange et dégagent une odeur d’œufs pourris, signe de la présence d’hydrogène sulfuré (H2S) [12].
2-2- Les Techniques analytiques
• pH-Conductivité-Température
Le pH définit le caractère acide ou basique du milieu qui conditionne la formation, l’altération et la dissolution des minéraux [21]. Il se mesure avec un pH-mètre 3110 SET 3 (LSTE) ou avec un pH mètre pH/Cond 340i (Soneb) suivant la norme NFT 90-008.
La Conductivité est la capacité de l’eau à conduire le courant électrique. Elle varie suivant la concentration ionique de l’eau. Elle est influencée par la température.
Généralement, les rejets domestiques entraînent une hausse de la conductivité. Cela engendre une perturbation du milieu récepteur [23]. Elle se mesure avec un conductimètre pH/EC/TDS (LSTE)ou avec un pH mètre pH/Cond 340i (Soneb) suivant la norme NFT 90-031.
La Température reste un paramètre dont la détermination est souvent négligée. Son contrôle est pourtant important. C’est un facteur écologique important du milieu. Il influe sur la densité de l’eau. Une élévation de la température peut perturber fortement le milieu. Elle est mesurée par thermosonde ou par thermomètre [21 ; 23]. Elle se mesure à l’aide Oxymètre de type Oxi 730 WTW (LSTE) ou avec pH mètre pH/Cond 340i (Soneb) suivant la norme NFT 90-106.
• O2 dissous
L’Oxygène dissous est un facteur essentiel. Sa présence assure l’oxydation des matières biodégradables, la respiration des microorganismes. Les rejets d’eaux usées domestiques sont souvent pauvres en oxygène [21 ; 23]. Elle se mesure dans notre cas avec un oxymètre 730 WTW (LSTE) suivant la norme.
• MES-Couleur
Les MES sont les matières qui ne sont ni solubilisées, ni à l’état colloïdal. Elles sont mesurables par filtration (ou centrifugation) et pesée du filtrat après séchage à 105°C suivant la norme NFT 90-105-1 ou mesurées avec un multi-paramètre HDR 900 (Soneb).
La Couleur est un paramètre essentiel de la pollution esthétique. Elle est due à l’ensemble des substances dissoutes ou en suspension [23]. Elle est aussi mesurée avec un multi-paramètre HDR 900 (Soneb).
• Turbidité
La turbidité est inversement proportionnelle à la transparence de l’eau. Exprimée en NTU, elle est mesurée électroniquement (néphélométrie) ou visuellement. Elle varie en fonction de MES [9]. Elle est mesurée avec un Turbidimètre 2100AN (ISO method 707) Soneb)
• DCO
Elle évalue la quantité de matières organiques par analyse chimique, par oxydation par le dichromate de potassium à haute température. Elle a été réalisée par la méthode potentiométrique. Dans les effluents domestiques, le rapport DCO/DBO5 est d’environ 2.
Exprimée en mgO2/L, elle reste très utilisée en épuration [9 ; 21]. Elle est mesurée suivant un protocole utilisant un réacteur DCO et les matériels de dosage suivant la norme NFT 90-101.
• DBO5
Elle évalue la quantité de matières biodégradables en mesurant l’oxygène consommé par les bactéries. Elle est réalisée par manométrie. Par convention la valeur obtenue après 5 jours d’incubation. Il repose sur la mesure de l’oxygène consommé dans un échantillon d’eau et de ses dilutions pour dégrader la pollution initiale par voie biochimique, par détermination de la concentration en oxygène dissous avant et après incubation. Cette mesure implique l’introduction, dans une eau de dilution saturée en oxygène, d’un volume d’échantillon tel que la consommation en oxygène au bout de n jours soit de l’ordre de 50% de la teneur initiale[9 ;
21 ; 22 ; 23]. On utilise des oxytops et une armoire thermostathée pour la mesure suivant la norme NFT 90-103.
• Phosphore
Le phosphore est présent dans les eaux sous forme de sels minéraux (ortho et polyphosphates provenant surtout des lessives) et sous forme organique d’origine industrielle ou biologique. Le terme de phosphore total englobe le phosphore organique et le phosphore minéral. Ces différents composés se trouvent soit à l’état dissous dans la phase liquide, soit fixés sur les matières en suspension et colloïdales. La norme de rejet est comprise entre 10 et 25 mg/L [9 ; 22 ; 23]. La détermination du phosphore se fait donc à travers celle des orthophosphates. Les orthophosphates ont étés dosés selon la méthode normalisée NF EN ISO 15587-1 (mai 2002) [8]. Le principe de la méthode est basé sur la réaction des ions orthophosphates avec une solution acide contenant des ions de molybdate et d’antimoine pour un complexe d’antimonyl-phosphomolybdate dont la réduction par l’acide ascorbique forme un complexe de molybdène fortement coloré en bleu. On mesure les absorbances de ce complexe formé pour déterminer la concentration en orthophosphates présents.
• NTK
L’azote peut être présent dans les eaux sous de nombreux états de valence : forme réduite, forme moléculaire, forme oxydée. Elle se fait par Minéralisation au Sélénium suivi d’une distillation suivant la norme NFT 90-110. Dans un premier temps, l’azote organique est minéralisé par de l’acide sulfurique à ébullition, en présence d’une concentration élevée de sulfate de potassium (qui permet d’élever le point d’ébullition du mélange) et de sélénium comme catalyseur. Après la minéralisation, le minéralisât, contenant uniquement des ions NH4+, est distillé et le distillat recueilli est ensuite dosée à l’acide chlorhydrique à 0,02M [9 ; 21 ; 22 ; 23].
• COT
On évalue la quantité de matières organiques par la mesure du gaz carbonique formé.
Bien que le carbone organique total ne compte pas au rang des demandes d’oxygènes, on peut le placer à proximité de celle-ci car il correspond aussi à une approche de la matière
organique, dont le carbone est le constituant essentiel [9]. Elle se mesure avec un réacteur Lange LT 200.
2-3- Préparation et Caractéristiques du Jus d’Opuntia dillenii
• Préparation
Au Bénin le Cactus ‘’Opuntia dillenii’’ est présente le long de la côte de l’océan atlantique. Les cactus sont collectés à la plage de Fidjrossè. Avec des pinces au laboratoire, ils sont débarrassés de leurs épines. Ensuite, ils sont nettoyés avec de l’eau potable puis de l’eau distillée puis découpé à la taille d’un morceau de sucre. Le cactus ainsi découpé est broyé. Le jus après broyage est pesé et dilué à l’eau distillée au 1/10ième (50g du cactus broyé mélangé à 500mL d’eau distillée) [14].
Le mélange est ensuite agité pendant quinze à vingt minutes puis conservé dans un réfrigérant.Le surnageant est récupéré pour l’essai ‘’Jar-test’’.
• Caractéristique physico-chimique
Il y a des polymères carbohydrates dans la sève des cladodes qui agit comme des adjuvants de coagulation par adsorption de la matière en suspension [18]. Ces polymères sont des grandes molécules construites par agrégation d’unités individuelles appelées monomères [10]. Ils agissent par l’établissement de liaisons hydrogènes entre le colloïde ou le floc et les groupes polaires du polymère [5].
Le jus à l’état naturel est un liquide visqueux de coloration verte, miscible à l’eau de pH = 4,35.
2-4- Préparation et caractérisation des cendres d’épluchures des plantains
• Préparation
Les épluchures sont récupérées dans un restaurant de la place et sont apportés au laboratoire. Eventuellement nettoyé à l’eau potable, ils sont mis à l’étuve à 250°C pendant 48h pour la carbonisation. Après cela, ils sont récupérés dans un plateau, laissés à l’air ambiant pour être refroidi et écrasés par la suite à l’aide d’un mortier du laboratoire. Le
charbon obtenu est ensuite mis à l’étuve à 550°C pendant 8h pour la calcination. On obtient ainsi les cendres d’épluchures de bananes plantains.
• Caractéristiques des épluchures
Mélangé avec de l’eau distillée (5g pour 50mL d’eau distillée), on mesure un pH de 12,14. Les épluchures contiennent :
Eléments chimiques Pourcentage
Eau 83,50%
Protéïne 1,80 (%MS)
Lipide 1,70 (%MS)
Amidon 1,20 (%MS)
Glucose 2,40 (%MS)
Fructose 6,20 (%MS)
Sucrose 2,60 (%MS)
Cellulose 8,40(%MS)
Potassium 78,1mg/100g
Calcium 19,2 mg/100g
Sodium 24,3 mg/100g
Magnésium 30,8 mg/100g
Tableau 3 : Composition des épluchures [lustre et al (1976), Adisa and Okey (1987), Wall (2006)]
2-5- Jar test : Protocole
Les essais de coagulation-floculation ‘’Jar-test’’ se font avec le floculateur ISCO à six palettes disposant de minuterie. Le ‘’Jar-test’’ est un appareil qui permet de déterminer la concentration optimale du coagulant par le processus de coagulation floculation. Toutes les doses sont exprimées en poids de coagulants/floculants (Solution). Le floculateur dispose de six (06) béchers cylindriques de 01 litre chacun.
Pour réaliser l’essai, il faut :
- Mettre le floculateur dans un endroit protégé de la lumière, de la chaleur, des courants d’air et des vibrations. Opérer à une température la plus proche possible de l’eau à traiter.
- Remplir les béchers de floculation avec l’eau à tester en prenant soin d’effectuer de prélèvements homogènes. Placer les béchers sur le floculateur et abaisser les hélices (préalablement nettoyer à l’eau potable) dans l’eau, mettre en route le moteur et régler à la vitesse d’agitation maximale (140tr.min-1).
- Pendant la phase d’agitation rapide 140tr.min-1 pendant 1min, ajouter les différentes doses du matériau naturel (Jus d’Opuntia, cendres d’épluchures de plantains) sans ajuster le pH.
- Passer à 40tr.min-1 pendant 30minutes (agitation lente) - Laisser décanter pendant 1h.
- Prélever avec précaution le surnageant (à l’aide de seringue) dans des erlenmeyers étiquetés dans l’ordre des béchers. Sur ces surnageants prélevés on analyse les paramètres : couleur, MES, Turbidité, pH, Conductivité, Température.
CHAPITRE 3 : RESULTATS ET DISCUSSIONS
3-1- Eau usée domestique du Bâtiment MK2
Les analyses réalisées sur l’eau usée domestique sont résumées dans le tableau suivant :
Paramètres Valeur mesurée (Eau brute)
pH 7,49
eH -35mV
O2 dissous 0,66 mg/L
Conductivité 4240µS/cm
Turbidité 666 NTU
Absorbance (UV 254nm) 1,885
Température 27,5°C
Couleur Vraie 1690 UCV
DCO 2482 mg O2/L
MES 100 mg/L
DBO5 800 mgO2/L
NTK 319,2 mg/L
COT 504 mg/L
Pt 25,5 mg P/L
Tableau 4 : Caractéristiques de l’effluent brut 3-2- Essais préliminaires en Jar test
Les essais de jar test effectués, portent sur l’eau usée domestique des fosses septiques du bâtiment MK2 situé à proximité du terrain de basket. Les coagulants utilisés sont le sulfate
d’aluminium, le jus de cactus Opuntia dillenii et les cendres d’épluchures de bananes plantains. Pour chaque coagulant utilisé, les paramètres analysés sont la turbidité, les MES, la couleur, le pH et la Conductivité.
Le dosage optimal du coagulant considéré, est celui qui laisse la turbidité résiduelle la plus basse. Au cas où deux dosages produiraient des résultats égaux, c’est le dosage minimal qui est retenu comme optimal.
Les rôles des coagulants utilisés sont résumés dans le tableau :
Coagulant Rôle du Coagulant
Sulfate d’aluminium Alun comme
coagulant/floculant
Opuntia dillenii Opuntia dillenii
comme coagulant/floculant Cendres d’épluchures
de bananes plantains
Cendres comme
coagulant/floculant Sulfate d’aluminium
et Opuntia dillenii (mélange successif)
Sulfate d’aluminium comme coagulant et Opuntia dillenii comme floculant
Tableau 5 : Représentation des coagulants et leurs mélanges Les abattements sont calculés suivant la formule :
Ab = (Ci-Cf)*100/Ci Ci = Concentration initiale
Cf = Concentration finale
3-2-1- Utilisation du Sulfate d’aluminium en tant que coagulant
L’essai jar test réalisé sur le sulfate d’aluminium a donné les résultats suivants :
Béchers 1 2 3 4 5 6
Sulfate d’aluminium (mg/L) 500 1000 1500 2000 2500 5000
Turbidité(NTU) 102 38,5 14 7,46 5,82 25,4
MES (mg/L) 108 49 24 13 6 19
Couleur(UCV) 1905 856 756 440 337 376
pH 7,69 7,4 7,02 6,95 6,78 4,55
Conductivité (uS/cm) 4450 4500 4610 4600 4640 4830
Tableau 6 : Résultats du traitement au sulfate d’aluminium
• Turbidité
Les résultats obtenus en utilisant le sulfate d’aluminium pour l’eau usée domestique du MK2 (ayant une turbidité initiale de 648 NTU) ont donné :
Figure 3 : Turbidité résiduelle en fonction du dosage de sulfate d’aluminium Cette figure et ce tableau donnent la turbidité en fonction du dosage du sulfate
102
38,5
14 7,46 5,82
25,4
0 20 40 60 80 100 120
500 1000 1500 2000 2500 5000
Turbidité (NTU)
Sulfate d'aluminium (mg/L)
Turbidité
que le sulfate d’aluminium commence à avoir des effets notables sur la turbidité à partir de 2500mg/L. Au-delà de cette dose optimale, on constate une remontée de la turbidité. Cette dose optimale du sulfate sur l’eau turbide de 648 NTU laisse une turbidité résiduelle de 5,82 NTU. Soit un abattement de :
(648-5,82)*100/648 = 99,1%
La remontée de la turbidité observée après le dosage optimal, signifie que le surdosage du sulfate affecte la coagulation et la floculation optimale des colloïdes. L’excédent de sulfate à tendance à détruire les flocs par la déstabilisation des ponts entre les particules.
• MES
108
49
24
13 6
19 0
20 40 60 80 100 120
500 1000 1500 2000 2500 5000
MES (mg/L)
Sulfate d'aluminium (mg/L)
MES
Figure 4 : MES résiduelle en fonction du dosage de Sulfate d’aluminium
Pour l’élimination de MES, l’ajout d’une dose de 2500mg/L de sulfate d’aluminium a permis une réduction jusqu’à 6mg/L de MES. Après cette dose, les MES connaissent une remontée. Avec ce dosage optimale, on obtient un abattement de :
(364-6)*100/364= 98,35%.
• Couleur
0 500 1000 1500 2000 2500
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Couleur (UCV)
Sulfate d'aluminium (mg/L)
Couleur
Figure 5 : Couleur résiduelle du dosage du sulfate d’aluminium
A dose optimale de 2500mg/L le sulfate d’aluminium réduit considérablement la couleur jusqu’à 337UCV soit un abattement de
(3010-337)*100/3010=88,8%
Au-delà de cette dose la couleur augmente. L’excès de sulfate d’aluminium aura donc à détruire les flocs formés.
La conductivité et le pH mesuré au niveau de l’application de la dose optimale sont de : pH = 6,78 et la conductivité = 4640µS/cm.
3-2-2- Utilisation de la Solution aqueuse d’Opuntia dillenii en tant que coagulant
L’essai jar test réalisé sur la solution d’Opuntia dillenii a donné les résultats suivants :
Béchers 1 2 3 4 5 6
Opuntia dillenii (mL) 2 5 10 20 50 100
Turbidité (NTU) 598 597 586 593 573 543
MES (mg/L) 341 343 342 343 339 329
Couleur (UCV) 2900 2810 2836 2790 2586 2953
pH 8,2 8,24 8,26 8,2 8,17 8,06
Conductivité (uS/cm) 4220 4250 4210 4340 4220 4190
Tableau 7 : Résultats du traitement à la solution aqueuse d’Opuntia dillenii
• Turbidité
Les résultats obtenus en utilisant le jus d’Opuntia dillenii et les cendres pour l’eau usée domestique du MK2 (ayant une turbidité initiale de 648 NTU) ont donné :
598597 586
593
573
543 540
550 560 570 580 590 600 610
0 20 40 60 80 100 120
Turbidité (NTU)
Op.d( mL)
Turbidité
Figure 6 : Turbidité résiduelle en fonction du dosage du jus d’Opuntia dillenii
Pour l’Opuntia dillenii, le dosage optimal ne se démarque pas. A travers cette figure et ce tableau, on constate que malgré le jus utilisé jusqu’à 100mL, la turbidité résiduelle est de 543NTU or la turbidité brute est de 648, soit un abattement de :
(648-543)*100/648 = 16,20%
Le Jus d’Opuntia considéré comme coagulant n’a pas eu l’effet escompté sur les colloïdes (déstabilisation des ponts). Cela confirme que la sève est utilisée pour les eaux dont les marges de turbidité sont limitées [18].
• MES
341
343342 343
339
329 328
330 332 334 336 338 340 342 344
0 20 40 60 80 100 120
MES (mg/L)
Op.d (mL)
MES
Figure 7 : MES résiduelle en fonction du dosage de Sulfate d’aluminium
Pour les MES, la solution aqueuse d’Opuntia dillenii n’a toujours pas d’influence. On remarque comme dans le cas de l’élimination de la turbidité, les MES sont sensiblement éliminés même à forte dose avec un abattement de :
(364-329)*100/364 = 9,6%
L’action du jus n’est pas efficace sur l’élimination de la MES.
• Couleur
2900 28102836
2790
2586
2953
2500 2600 2700 2800 2900 3000
0 20 40 60 80 100 120
Couleur (UCV)
Op.d( mL)
Couleur
Figure 8 : Couleur résiduelle du dosage du Jus d’Opuntia dillenii
Avec une couleur initiale de 3010 UCV, le jus d’opuntia, utilisé à dose optimale 50mL, réduit jusqu’à 2586UCV. Soit un abattement de :
(3010-2586)*100/3010 = 14,08%
Au-delà de cette dose la couleur augmente considérablement. Le jus d’opuntia utilisé comme coagulant n’est pas intéressant pour éliminer la couleur.
Le pH reste malgré toutes les doses basiques.
La solution aqueuse d’Opuntia dillenii comme dans les autres cas ne réduit pas la conductivité.
3-2-3- Utilisation des Cendres d’épluchures de bananes plantains en tant que coagulant L’essai jar test réalisé sur les cendres a donné les résultats suivants :
Béchers 1 2 3 4 5 6
Cendres (g) 5 10 20 30 50 20+1gOpd
Turbidité (NTU) 638 495 394 238 258 278
MES (mg/L) 393 318 272 208 220 244
Couleur (UCV) 1870 1430 1310 1220 1295 1580
pH 8,53 9,38 9,8 10,12 10,34 10,12
Conductivité (uS/cm) 4990 8490 13680 22600 31600 22600
Tableau 8 : Résultats du traitement aux cendres
• Turbidité
Les résultats obtenus en utilisant les cendres pour l’eau usée domestique du MK2 (ayant une turbidité initiale de 648 NTU) ont donné :
638
495
394
238 258 278
0 100 200 300 400 500 600 700
0 1 2 3 4 5 6 7
Turbidité (NTU)
Cendres (g)
Turbidité
Figure 9 : Turbidité résiduelle en fonction du dosage de Cendres
