2eme Promotion
ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (MESRS)
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UNIVERSITE D’ABOMEY CALAVI (UAC)
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ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY CALAVI (EPAC)
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DEPARTEMENT DU GENIE CIVIL (GC)
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OPTION : SCIENCES ET TECHNIQUES DE L’EAU (STE)
POUR L’OBTENTION DU DIPLOME DE LICENCE PROFESSIONNELLE EN SCIENCES ET TECHNIQUES DE L’EAU
THEME :
CARACTERISATION DES EAUX USEES DE LA FOSSE SEPTIQUE DU BATIMENT F CANADIEN ET EVALUATION DE LA PERFORMANCE
EPURATOIRE DU FILTRE PLANTE DE TYPHA DOMINGENSIS
Présenté et soutenu par :
DJIWA BOUNDI T. Jérôme ; Le 30 Août 2013
::::
Jury :
Président : Prof Guy ALITONOU, Maître de conférences des universités CAMES
Membres : Prof Martin P. AÏNA, Maître de conférences des universités CAMES, Superviseur du Rapport.
Ing. DEGUENON Justine, Chercheur à l’EPAC/UAC, Maitre de Rapport
Année Académique : 2012 – 2013
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme I
DEDICACES :
Et A mon cher Papa
:DJIWA Boundi, toi qui nous as quittés très tôt depuis le 21/08/2001, PaPa, je n’ai jamais
cessé de penser à toi à un seul instant de ma vie et je suis le seul
à comprendre ma vie sans toi.
A
Dieu notre père qui est aux
cieux qui ne cesse de
m’apporter toujours sa grâce.
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme II
REMERCIEMENTS
Je voudrais tout d’abord remercier mon maître de stage, Docteur AÏNA Martin Pépin, Enseignant, chercheur à l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi (EPAC), Maître Conférence des universités CAMES, Chef du Département Génie Civil de l’EPAC et responsable du Laboratoire des Science et Techniques de l’Eau (LSTE) pour m’avoir donné l’opportunité de travailler sur ce sujet, pour son aide régulière et ses précieux conseils tout au long de ce stage.
Je remercie de même la Doctorante Mme Justine DEGUENON ma tutrice de stage avec qui j’ai travaillé. Elle m’a toujours tout expliquée avec bonne volonté.
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 la technicienne du laboratoire (LSTE), Mme HOUNKPE WENDEOU Peace et DAOUDA Mohamed pour leur temps, leur expertise et leurs conseils.
Je remercie mon ami Vincent FUCHS pour son soutien tout au long de ces années.
- A mes amies Hélène KELLER et Agnès LABARTHE votre confiance à mon égard me sera toujours utile. Que DIEU vous comble de sa miséricorde et vous accorde une longue vie.
- A mes frères KPANNA Jonas et YEMPABOU Djori vous qui aviez accepté à ma demande d’aide.
J’éprouve une gratitude particulière à l’endroit du :
Professeur Félicien AVLESSI, Maître de Conférences des Universités, Directeur de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi ;
Docteur Clément BONOU, Maître Assistant des Universités du CAMES, Directeur adjoint de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi ;
Professeur François de Paule CODO, Ing. Master of Sc., PhD ; Maître de
Conférences des Universités CAMES ; Chef option Sciences et Techniques de l’Eau ;
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme III Mes remerciements vont aussi à l’endroit des membres du jury, qui malgré leurs
multiples occupations, ont accepté d’apprécier ce travail.
Je tiens à remercier tous les professeurs de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi et particulièrement, tout le corps professoral du département de Génie Civil qui n'a ménagé aucun effort pour nous donner les connaissances théoriques et pratiques nécessaires à notre formation malgré leurs multiples occupations :
ADJOVI Edmond, Professeur à l’EPAC, Maître de Conférences des Universités,
Madame AHONONGA Elena, Ing. Enseignant à l’EPAC ;
Monsieur ASSOGBA Maxime, Ing. Enseignant à l’EPAC ;
Monsieur BALOGOUN Clément, Ing. en Chimie des Eaux, Directeur Régional de la SONEB Zou-Collines ;
Monsieur BACHAROU Taofic, Dr. Ing en Hydraulique, Enseignant-Chercheur à l’EPAC ;
Monsieur DAKPANON Laurent (paix en son âme), Dr. Ing en Génie Civil, Enseignant-Chercheur à l’EPAC ;
Monsieur DEGAN Gérard, Professeur Titulaire des Universités ;
Monsieur GBAGUIDI Brice, Ing en Génie Civil, Enseignant à l’EPAC ;
Monsieur GBAGUIDI Aïssè Gérard, Pr. Dr. Ing en Génie Civil, Maître de conférences des Universités, Enseignant-Chercheur à l’EPAC ;
Monsieur GBAGUIDI Victor, Pr. Dr. Ing en Génie Civil, Maître de Conférences des Universités, Enseignant-Chercheur à l’EPAC ;
Monsieur GBODOGBE Jean – Claude, Dr. Ing en Géophysique, Enseignant à l’EPAC, Directeur Départemental de l’Eau Atlantique-Littoral ;
Monsieur GUEDENON Eric, Ing en Génie Civil, Enseignant à l’EPAC ;
Monsieur HOUINOU Gossou Jean, Dr. Ing en Topométrie, Enseignant-Chercheur à l’EPAC ;
Monsieur SOCLO Wilfrid, Ing en Génie Civil, Enseignant à l’EPAC ;
Monsieur TCHEHOUALI Adolphe, Dr. Ing en Génie Civil, Maître Assistant des Universités, Enseignant-Chercheur à l’EPAC ;
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme IV
Monsieur ZEVOUNOU Crépin, Dr. Ing en Géologie, Maître assistant des Universités, Enseignant-Chercheur à l’EPAC ;
Monsieur ZINSALO Joel, Ing en Génie Mécanique et Energétique, Enseignant à l’EPAC ;
Monsieur ZINSOU C. Luc, Dr. Ing en Mécanique des Sols, Enseignant-Chercheur à l’EPAC ;
Monsieur ZOGO Dieu-donné, Dr en chimie des Eaux, Enseignant-Chercheur à l’EPAC ; Directeur Régional SONEB-Cotonou.
Enfin, j’adresse mes remerciements:
- aux camarades stagiaires : Claude ; Michel
-aux aînés Ingénieurs de Conception avec qui nous avions toujours eu une bonne ambiance ensemble : Alban et Nestor.
- aux Master : Reine et Bernice - à tous les stagiaires du LSTE
- à tous mes camarades de promotion pour les merveilleux moments passés ensemble.
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme V
Résumé
Au Bénin, l’un des soucis majeurs demeure la gestion des eaux usées et excréta. Dans l’optique de trouver une alternative à l’assainissement autonome (non collectif) que tous les béninois utilisent à cause de la quasi inexistence des systèmes de collecte (égouts), les techniques biologiques rustiques par cultures fixées sur support fin à grossier, destinées aux petites et moyennes collectivités ont été expérimentées à l’UAC.
Le premier volet du travail expérimental a consisté à caractériser les eaux usées de la fosse septique du bâtiment F Canadien. Ce qui a consisté à déterminer les paramètres physico- chimiques comme la température, le pH, le potentiel redox, l’oxygène dissous O2, la turbidité, la conductivité (χ) ; le pouvoir oxydant rH et aussi les paramètres globaux de pollution tels que les MES, la DCO, la DBO5, le NTK et le Pt.
Dans une deuxième étape, ont été évaluées les performances épuratoires du filtre planté de Typha domingensis une poaceae des zones tropicales.
Nous avons obtenu des abattements à la sortie très satisfaisant pour les paramètres globaux de pollution :
- Pour les matières en suspension (MES) : 80%
- Pour la demande chimique en oxygène (DCO) : 97,22%
- Pour la demande biochimique en oxygène à cinq jours d’incubation (DBO5) : 90,88%
- Pour l’azote KJELDHAL (NTK) : 75,68%
- Pour le phosphore total (Pt) : 45,39%.
Au niveau des nutriments, on constate un abattement important pour l’azote. Par contre pour le phosphore le rendement est très faible.
Mots clés : caractérisation, traitement, eaux usées, filtres plantés, Typha domingensis
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme VI
ABSTRACT:
In Benin, the management of wastewater is one of the major worries. In Benin, there is no wastewater collection network so people have to use independent purification systems. In order to stop the use of independent systems, biological purification processes have been tested in the university of Abomey-Calavi.
Firstly, our experimental work consisted in characterize the wastewater of a hall of residence’s septic tank. In other words, physical and chemical parameters of pollution as the TSS, the COD, the BOD5, the TKN and the TP were measured.
Then, the performances of reed beds planted of Typha domingensis were estimated.
Good yields have been obtained for the global parameters of pollution:
- For total suspended solids (TSS): 80%
- For the chemical oxygen demand (COD): 97,22%
- For the biochemical oxygen demand for five days (BOD5): 90,88%
- For the total KJELDHAL nitrogen (TKN): 75,68%
- For the total phosphorus (TP): 45,39%.
For the nutriments, on the one hand, the nitrogen output is good. On the other hand, the phosphorus yield is low.
Key words: characterization, treatment, wastewaters, reed bed Typha domingensis
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme VII
SOMMAIRE
DEDICACES : ... 1
REMERCIEMENTS ... ii
Résumé ... v
ABSTRACT: ... vi
SOMMAIRE ... vii
ABREVIATIONS ET SIGLES ... x
LISTE DES FIGURES ... xi
LISTE DES PHOTOS ... xii
LISTE DES TABLEAUX ... xii
INTRODUCTION ... 1
CHAPITRE A : Cadre de travail ... 1
1. Structure d’accueil ... 1
1.1. Présentation. ... 1
1.2. Situation géographique. ... 3
1.3 Organisation de la structure d’accueil ... 5
2. CLARIFICATIONS CONCEPTUELLES. ... 5
2.1. Eaux usées ... 5
2.2. Assainissement ... 6
2.3. Epuration ... 7
2.4. Station d’Epuration. ... 7
3. LA FILIERE DE TRAITEMENT PAR FILTRES PLANTES ... 8
3.1. Historique et définition ... 8
3.2. Avantages et inconvénients ... 9
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme VIII
3.3. Principe de fonctionnement ... 9
3.4. Dimensionnement des filtres plantés de roseaux. ... 13
Chapitre B : Déroulement du stage ... 15
4. Choix expérimentaux ... 15
4 .1. Choix de la fosse septique ... 15
4.2. Macrophyte étudiée et performance épuratoire ... 15
4.2.1. Présentation de la macrophyte ... 15
4.2.3. Performance épuratoire ... 16
4.3. Conception et réalisation de la mini station ... 17
5. Méthodes Analytiques. ... 19
5.1. Echantillonnage ... 19
5.2 Les paramètres physico-chimiques ... 19
5.2.1. La température ... 19
5.2.2. L’oxygène dissous ... 20
5.2.3. Le potentiel d’hydrogène (pH) ... 20
5.2.4. Le potentiel redox (eH) ... 20
5.2.5. Le pouvoir d’oxydo-réduction (rH) ... 21
5.2.7. La turbidité ... 21
5.3 Les paramètres globaux de pollution ... 22
5.3.1. Les matières en suspension (MES) ... 22
5.3.2. La demande chimique en oxygène (DCO) ... 22
5.3.3. La demande biochimique en oxygène à cinq jours (DBO5) ... 22
53.4. Azote KJELDHAL (NTK) ... 23
5.3.4. Les orthophosphates ... 23
CHAPITRE C: Résultats et discussion. ... 24
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme IX
6. Caractérisation de la fosse septique du bâtiment F canadien. ... 24
61 Paramètres physico-chimiques ... 24
62 Paramètres globaux de mesure de la pollution... 25
7. Performances épuratoires des filtres plantés de roseaux ... 26
7.1. Paramètres physico-chimiques ... 26
7.2. Paramètres globaux de mesure de la pollution... 29
7.3. Rendements épuratoires ... 33
CONCLUSION ... 36
Bibliographie : ... 38
Images de quelques matériels utilisés au laboratoire ... 39
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme X
ABREVIATIONS ET SIGLES
CUAC : Campus Universitaire d’Abomey – Calavi
CEMAGREF : centre d'étude du machinisme agricole et du génie rural des eaux et forêts.
DBO5 : Demande Biochimique en Oxygène pendant 5jours DCO : Demande Chimique en Oxygène
eH : Potentiel redox EH : Equivalent habitant
EPAC : Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi ERU : Eaux Résiduaires Urbaines
MES : Matières En Suspension NTK : Azote Total Kjeldhal O2 : Oxygène dissous
PED : Pays En Développement pH : Potentiel d’hydrogène
FPRV : Filtres plantés de roseaux à écoulement vertical FPRH : Filtres plantés de roseaux à écoulement horizontal PO43
- : Orthophosphates Pt : Phosphore total
rH : Pouvoir oxydant ou réducteur Turb : Turbidité
2IE : Institut International d’Ingénierie de l’Eau et de l’Environnement UAC : Université d’Abomey-Calavi
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme XI χ : Conductivité
LISTE DES FIGURES
Figure 1: Situation géographique de l’Université d’Abomey-Calavi ... 3
Figure 2: Situation géographique du Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau ... 4
Figure 3: schéma de principe d’une fosse septique ... 7
Figure 4: Coupe transversale schématique d’un filtre à écoulement vertical (Source : CEMAGREF) 11 Figure 5: principe général d’un filtre planté de macrophytes à écoulement vertical sur deux étages .. 12
Figure 6: Typha domingensis ... 15
Figure 7: Mini station réalisée par DEGUENON Justine ... 18
Figure 8: Bassin dans lequel nous avons implanté la macrophyte Typha domingensis ... 18
Figure 9: Evolution de l’oxygène dissous et du pH en fonction du temps de ... 26
Figure 10: Evolution de la température et du potentiel redox en fonction du temps de séjour ... 27
Figure 11: : Evolution de la conductivité et de la turbidité en fonction du temps de séjour ... 28
Figure 12: Evolution du pouvoir oxydant ou réducteur en fonction du temps de séjour... 29
Figure 13: Evolution journalière des MES en fonction du temps de séjour ... 30
Figure 14: Evolution journalière de la pollution organique en fonction du temps de séjour ... 31
Figure 15: Evolution journalière des nutriments en fonction du temps de séjour ... 32
Figure 16: Répartition des pourcentages de réduction des paramètres globaux durant les 4 jours. ... 34
Figure 17: Comparaison de l’abattement des paramètres globaux avec les normes ... 35
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme XII
LISTE DES PHOTOS (voir annexes)
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1: Avantages et inconvénients ... 9
Tableau 2: Rendement épuratoire observé par Typha latifolia ... 17
Tableau 3: Tableau récapitulatif des appareils de mesure des paramètres globaux de pollution et les normes correspondantes. ... 23
Tableau 4: Paramètres de suivi du fonctionnement de la fosse septique du bâtiment F ... 24
Tableau 5: Paramètres globaux de mesure de la pollution de la fosse septique du bâtiment F ... 25
Tableau 6: Les concentrations journalières des paramètres physico-chimique ... 26
Tableau 7: Paramètres globaux de mesure de la pollution à l’entrée et à la sortie du bassin ... 30
Tableau 8: Les paramètres physico-chimiques en entrée et en sortie ... 33
Tableau 9: Abattement journalière des paramètres globaux de pollution ... 34
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 1
INTRODUCTION
La concentration humaine dans les villes implique des effets néfastes sur la qualité des eaux par la production des déchets domestiques et industriels dont les rejets se font très souvent dans les écosystèmes naturels sans traitement préalable. Dans les pays en voie de développement comme le nôtre, cette situation s’empire à cause de la multiplicité des installations urbaines provisoires et très souvent inachevées, et du manque de structures appropriées d’assainissement des eaux usées.
Compte tenu des mauvaises performances des structures conventionnelles et de leur inadaptabilité aux contextes de ces pays, beaucoup d’intérêt a été porté ces dernières décennies sur la phyto-épuration des eaux usées. Ces nouvelles technologies exploitent les capacités d’adaptation des systèmes racinaires aux fortes charges polluantes et aux conditions d’anoxie ou d’hypoxie du substrat, entraînant des relations symbiotiques entre les microorganismes et les racines qui favorisent l’élimination des polluants. Parmi les procédés de phyto-épuration, les filtres plantés de roseaux se présente aujourd’hui comme la plus appropriée pour notre pays le Bénin compte tenu de la diversité des espèces végétales pouvant être utilisées, des faibles coûts d’installation et des bons rendements. Son application en zone tropicale est favorisée par l’activité biologique intense dans les écosystèmes et la productivité de plantes tout au long de l’année. Notre stage a consisté à étudier les performances épuratoires d’un étage de filtre planté de Typha domingensis à écoulement vertical.
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 1
CHAPITRE A : Cadre de travail
1. Structure d’accueil 1.1. Présentation .
Le Laboratoire des sciences et Technique de l’Eau est un laboratoire de recherche scientifique mise 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 Docteur Martin Pépin AÏNA. Il est installé au département de Génie civil de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi. Le LSTE accompagne les chercheurs, les étudiants en cours et en fin de formation ainsi que tout cadre du monde scientifique et professionnel dans la collecte, et l’analyse des données visant à répondre à une question ou résoudre un problème.
Le LSTE dispose d’un personnel qualifié, toujours apte à transmettre les savoirs et savoir- faire en matière de sciences et techniques de l’eau en vue de leur utilisation pour la pratique des essais en milieu réel. Ces domaines d’intervention sont :
Caractérisations et traitements des eaux (eaux de consommation et eaux usées)
Caractérisation et traitement des boues de vidange.
Gestion et traitement des déchets solides (compostage et valorisation des ordures ménagères à travers la production de biogaz)
Conception et dimensionnement des STEP et des Casiers d’Enfouissement Techniques (CET) pour le drainage et la quantification du lixiviats Les résultats des recherches effectuées sont publiés dans des revues scientifiques.
Le LSTE est un laboratoire de recherche et de prestation de service. Plusieurs analyses y sont réalisées, il s’agit d’analyses physico-chimiques et de quelques analyses bactériologiques. La plupart des analyses sont effectuées sur demande du client ou quelques fois sur recommandation en fonction des objectifs du client. Ces travaux sont réalisés principalement sur des échantillons d’eaux de forage, d’eaux usées de boues de vidange, etc. En dehors des analyses le LSTE fait également des essais de traitement des eaux usées et d’eaux destinées à la consommation humaine, suit et encadre des étudiants de divers niveaux de formation (Licence Professionnelle, Ingénieur, DESS, DEA et Doctorat).
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 2 Il dispose de :
Une salle pour les analyses
Un Centre Technologique Pratique pour l’Eau Potable et l’Assainissement.
Le CTPEA comprend les installations suivantes :
Une station expérimentale de traitement des eaux usées par lagunage
Une station expérimentale de traitement des eaux usées par filtres plantés de roseaux
Une station grandeur nature de traitement par lagunage d’une partie des eaux usées provenant des résidences universitaires du campus d’Abomey-Calavi
Un site expérimental réservé à la production de biogaz à partir d’ordures ménagères.
Un site expérimental de compostage d’ordure ménagère ;
Un casier expérimental d’enfouissement technique de déchets solides.Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 3
1.2. Situation géographique.
Figure 1: Situation géographique de l’Université d’Abomey-Calavi
Le laboratoire est situé sur le campus d’Abomey-Calavi au département de génie civil de l’Ecole Polytechnique d’Abomey –Calavi (EPAC) près des installations du CECURI au département de Production et Santé Animales (PSA).La salle principale occupée par le LSTE est mitoyenne à celle mutualisée d’informatique du master CUD-UAC. Il dispose d’une boite postale : 01 BP 2009 COTONOU, d’un e-mail : epac.lste@yahoo.fr.
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 4
Figure 2: Situation géographique du Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 5
1.3. Organisation de la structure d’accueil
L’équipe du Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau est composée de trois (03) docteurs : Dr. AINA P. Martin, qui est le responsable ; Dr. CODO François de Paule ; Dr.
BACHAROU Taofic, de deux doctorantes : Mme HOUNKPE WENDEOU Peace et Mlle DEGUENON Justine et d’une technicienne : Mme AGBOMENOU Flora.
2. CLARIFICATIONS CONCEPTUELLES.
2.1. Eaux usées
Ce sont des eaux chargées de résidus solubles ou non, provenant des activités anthropiques.
En fonction des divers usages, quatre catégories d’eaux usées se distinguent : eaux usées domestiques (chargées en matières organiques), industrielles, agricoles et pluviales (TARMOUL, 2007).
La première catégorie fait l’objet de ce présent travail de recherche. Il s'agit en effet, des eaux grises (eaux de cuisine) et des eaux vannes (rejets des toilettes : excréments et urines) chargées de diverses matières organiques, azotées et de germes fécaux (GOMELLA et GUERREE, 2007).
On distingue trois catégories d’eau usée :
Les eaux domestiques, proviennent des usages résidentiels tels que la lessive, l’eau de vaisselle, la cuisine, les toilettes et les douches. Les eaux domestiques peuvent être traitées collectivement (eaux municipales) ou individuellement (système autonome tel qu’une fosse septique) ;
Les eaux industrielles, sont les rejets des procédés industriels qui utilisent de l’eau dans la composition, la fabrication et le nettoyage d’un produit ;
Et les eaux de pluie, qui proviennent de l’écoulement de la pluie sur les routes et autres surfaces.
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 6
2.2. Assainissement
L’assainissement est un processus d’agrémentation du cadre de vie des personnes afin de leur assurer un mieux-être Il vise d’une part, à assurer l'évacuation et le traitement des eaux usées et des excrétas, en minimisant les risques pour la santé et d’autre part, à collecter et à éliminer les déchets solides contribuant à maintenir un environnement salubre. On a deux types d’assainissement : collectif et non collectif.
- Assainissement collectif
On parle d’assainissement collectif dans le cas où le bâtiment est relié au réseau local d’assainissement. Ce système est le plus souvent appliqué dans les milieux urbanisés.
Assainissement : réseau unitaire et réseau séparatif
Les réseaux de collectes ou égouts ont pour fonction de recueillir les eaux usées de toute origine et de les acheminer vers les stations d'épuration où elles sont traitées. Le réseau peut être unitaire, c'est-à-dire qu'il reçoit de manière commune les eaux pluviales et les eaux usées domestiques. S'il existe deux collecteurs séparés, on parle alors de réseau séparatif. Il peut aussi exister des réseaux d'assainissement mixtes.
Dans les stations d'épuration, on dégrade et sépare les polluants de l'eau pour ne restituer au milieu naturel (mer, cours d'eau...) que les eaux dites « propres ». Dans le cadre de l'assainissement collectif, le raccordement des immeubles aux égouts est obligatoire dans un délai de 2 ans à partir de la mise en service du réseau de collecte des eaux usées.
- Assainissement non collectif (Autonome)
L'assainissement non collectif ou assainissement autonome est le traitement des eaux usées domestiques sans les égouts (réseaux collectifs). Le concept d'assainissement autonome désigne généralement l'ensemble des moyens et filières de traitement permettant d'éliminer les eaux usées d'une habitation individuelle, uni familiale, en principe sur la parcelle portant l'habitation, sans transport des eaux usées.
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 7 Fosse septique :
Une fosse septique est un élément préfabriqué en béton ou en matière plastique, constituée d’au moins deux compartiments. Le premier compartiment a pour but de permettre une décantation des MES contenues dans les eaux usées ainsi qu’une fermentation des boues. La fermentation s’effectue grâce à des microorganismes anaérobies et s’accompagne d’un dégagement de méthane, d’anhydride carbonique, d’hydrogène sulfure, etc. Ces gaz doivent être évacués par une conduite spécifique terminée par un extracteur. Le deuxième compartiment n’est là que pour l’évacuation des eaux en empêchant le passage des boues décantées ou des matières flottantes. En termes de performances, les rendements moyens qu’on peut obtenir dans une fosse septique varient de 50 à 60% pour la DBO5, de 45 à 50%
pour la DCO et de 65 à 80% pour les MES.
Figure 3: schéma de principe d’une fosse septique
2.3. Epuration
L’épuration est le traitement des eaux usées, qui vise la production d’une eau respectant les normes de rejets ou réutilisable à partir des eaux brutes plus ou moins polluées.
2.4. Station d’Epuration.
La STation d’EPuration (STEP) est une installation de dépollution des eaux usées.
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 8
3. LA FILIERE DE TRAITEMENT PAR FILTRES PLANTES 3.1. Historique et définition
Historique :
L’usage des végétaux aquatiques dans les filières de traitement des eaux provient de l’observation du rôle des zones humides naturelles dans la préservation de la qualité des milieux aquatiques. Si l’utilisation de zones humides naturelles pour le traitement des eaux usées remonte à une centaine d’années, cela s’apparentait plus à un déversement pratique, induisant une dégradation de la zone humide, qu’à un système de traitement optimisé. L’amélioration des connaissances liées au fonctionnement des zones humides naturelles a permis, dans les années 1950, de s’orienter vers la création de marais artificiels (en anglais, constructed wetlands) pour le traitement des eaux usées.
Dr Käthe Seidel, en Allemagne, fut la première à expérimenter ce type de filières dès les années 1960. Les premières réalisations ont révélé un potentiel intéressant pour l’assainissement des petites collectivités, mais nécessitaient des études plus poussées pour fiabiliser le traitement et la longévité de la filière. La difficulté, par rapport aux systèmes de traitement classiques, réside dans le fait que les marais artificiels sont des écosystèmes complexes qu’il n’est pas possible d’étudier par le biais d’une seule discipline. L’hydraulique, la chimie, la microbiologie, la physiologie végétale, sont autant de domaines scientifiques qu’il convient d’utiliser pour comprendre les mécanismes et équilibres qui gèrent ces systèmes.
En France, l’expérience a démarré en 1978 par une évaluation du Cemagref (ancienne appellation d'Irstea) d’un système réalisé par Dr Seidel pour un site d’accueil d’enfants composé de cinq étages de traitement en série (association de filtres à écoulement vertical et horizontal). Alimenté en eaux usées brutes, ce système, bien qu’amélioré dans une seconde phase, nécessitait d’être optimisé pour être réellement compétitif. Néanmoins, l’intérêt de la filière était certain et fut amélioré lors des expériences suivantes : Pont Rémy (qui a vu l’arrivée du siphon, 1985), puis Gensac la Pallue (1987), dimensionnée par le Cemagref, proche des bases de dimensionnement du première étage de la filière classique actuelle, ont servi de base de lancement d’une recherche encore en évolution.
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 9 Définition :
L’épuration, grâce aux filtres plantés de roseaux, se réalise selon le principe de l’épuration biologique principalement aérobie en milieux granulaires fins à grossiers. Ce procédé épuratoire consiste à infiltrer des eaux brutes dans un milieu granulaire insaturé sur lequel est fixée la biomasse épuratrice.
3.2. Avantages et inconvénients
Les avantages et les inconvénients sont énumérés dans le tableau ci-dessus.
Tableau 1: Avantages et inconvénients
Avantages Inconvénients
Bonnes performances épuratoires pour les paramètres particulaires et carbonés
Procédé valable pour une population <
2000EH Bonne adaptation aux variations
saisonnières des populations et du débit
Faibles abattements pour le traitement de l'azote global (absence de dénitrification) et du phosphore
Coût d'investissement relativement faible Forte emprise au sol Facilité de maintenance et faible coût
d'exploitation (pas de consommation énergétique) hors alimentation par poste de relevage
Faucardage annuel, désherbage manuel avant la prédominance des roseaux
Gestion facile des boues Bonne intégration paysagère
Risque de présence d'insectes
3.3. Principe de fonctionnement
La filière d'épuration à culture fixée sur support fin à grossier repose sur deux mécanismes principaux, à savoir :
la filtration superficielle : les matières sèches en suspension sont arrêtées à la surface du massif filtrant et avec elles une partie de la pollution organique (DCO particulaire)
l'oxydation : le milieu granulaire constitue un réacteur biologique servant de support aux bactéries aérobies responsables de l'oxydation de la pollution dissoute (DCO soluble, azote organique et ammoniacal).
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 10 Les filtres plantés de roseaux sont des excavations étanches au sol remplies de couches successives de gravier fins à grossiers. Ils sont constitués de plusieurs étages constitués de plusieurs unités. Leur fonctionnement alterne des phases d'alimentation et de repos.
Les ouvrages construits sont prévus pour stocker par accumulation les boues correspondant à la pollution traitée pour une hauteur annuelle évaluée à 1,5 cm et ce jusqu'à concurrence d'une quinzaine de centimètres. En théorie, la capacité de stockage serait d'une dizaine d'années.
On distingue deux types de configuration induisant différentes conditions de fonctionnement :
les filtres horizontaux alimentés en continu fonctionnant en conditions saturées et aérobies en partie supérieure, l'oxygène étant apporté par diffusion à travers la surface grâce aux végétaux, et en condition saturée et anoxique en partie inférieure.
les filtres verticaux alimentés obligatoirement par bâchées fonctionnant, comme pour les filtres à sables, en condition insaturée aérobie, l'oxygène provenant du renouvellement de l'atmosphère du massif lors des bâchées par convection.
La majorité des filtres plantés de roseaux construits sont de type à écoulement vertical sur deux étages, car ils présentent l'avantage :
- d'être alimentés en eaux brutes sans traitement primaire
- de constituer un dispositif rustique susceptible de fournir un bon niveau de traitement par réduction de la pollution dissoute et particulaire et par l'oxydation de la pollution azotée.
La filière à écoulement horizontal en premier étage de traitement est d'un moindre intérêt, elle nécessite en particulier un dimensionnement supérieur et la présence d'un traitement primaire.
Dans cette étude il sera question des filtres plantés à écoulement vertical (FPRV) qui est la filière classique de ce procédé de traitement biologique.
Les filtres plantés de roseaux à écoulement vertical (FPRV)
Les filtres à écoulement vertical sont alimentés en surface avec des eaux usées brutes ayant subi un dégrillage grossier puis l’effluent percole verticalement à travers le massif filtrant (Figure 5). Cette première filtration permet la rétention physique des matières en suspension à
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 11 la surface des filtres du 1er étage, d’où une accumulation de boues. La dégradation biologique des matières dissoutes est réalisée par la biomasse bactérienne aérobie fixée sur le support filtrant ainsi que sur la couche de dépôt accumulée en surface.
Figure 4: Coupe transversale schématique d’un filtre à écoulement vertical (Source : CEMAGREF)
Le 1er étage contribue essentiellement à la dégradation de la pollution carbonée avec un début de nitrification. Le 2ème étage permet d’affiner l’élimination de la fraction carbonée et complète la nitrification en fonction des conditions d’oxygénation, de température et de pH.
L’oxygénation est assurée grâce à une alimentation par bâchée (alimentation non continue), à la diffusion gazeuse par la surface des filtres et grâce à la connexion des drains au fond du filtre à l’atmosphère.
Les filtres plantés à écoulement vertical sont constitués de deux étages en série.
Chaque étage comporte 2 ou 3 lits en parallèles, alimentés en alternance (Figure 6). Les périodes de repos sont fondamentales, elles permettent de :
- réguler la croissance de la biomasse fixée,
- de maintenir les conditions aérobies dans le massif filtrant ainsi que
- de minéraliser les dépôts organiques provenant des matières en suspension des eaux brutes retenues en surface.
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 12
Figure 5: principe général d’un filtre planté de macrophytes à écoulement vertical sur deux étages
(Source : Administration de la gestion de l’eau, Luxembourg)
L’ensemble de ces phénomènes permettent de minimiser le colmatage du filtre.
Le rôle des roseaux est principalement mécanique ; les tiges de roseaux et les rhizomes (tiges souterraines) perforent la couche de boues superficielles. Ils créent alors des cheminements se prolongeant jusqu’au système racinaire et vers la couche drainante, cela permet l’oxygénation et évite le colmatage. Les roseaux permettent la couverture foliaire qui préserve et sert d’ombre aux bactéries, leur permettant un bon développement.
Le rôle des roseaux pour l’élimination directe de la pollution (carbone, azote, phosphore) est extrêmement faible. Ce sont les micro-organismes, se développant dans le support filtrant, qui assurent l’épuration biologique.
Performances épuratoires des filtres plantés de roseaux
Si ces systèmes d’assainissement sont correctement dimensionnés, ils permettent de bonnes performances épuratoires (niveau D4). Un très bon rendement est obtenu sur les MES, en fonction de la granulométrie du milieu (plus la granulométrie est fine, meilleur est l’abattement des MES, mais le risque de colmatage augmente). La flore bactérienne développée au niveau du système racinaire permet la dégradation de la matière organique (rendement de 90% sur la DCO, la DBO5 et les MES). La diminution des populations de bactéries fécales se fait grâce au temps de séjour dans le filtre : un temps de séjour de trois
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 13 jours permet un bon abattement de ces populations bactériennes qui ne trouvent pas dans le filtre les conditions nécessaires à leur développement.
Pour les combinaisons de FPRV, la dénitrification n’est pas suffisante au regard du risque d’eutrophisation des milieux (le rendement en NTK avoisine 60%). Par contre la combinaison FPRV puis FPRH permet une bonne dénitrification, car l’épuration se poursuit dans un milieu pauvre en oxygène. Mais dans tous les cas, les rendements sur le phosphore atteignent difficilement 60% ce qui n’est pas suffisant pour des zones sensibles à l’eutrophisation. D’après les études faites par le CEMAGREF, les performances épuratoires des deux systèmes sont liées aux conditions d’alimentation des filtres : charge hydraulique sur le filtre et séquence d’alimentation. Par exemple, sur les FPRV, une alimentation trop longue par rapport à la phase de repos entraîne une mauvaise oxygénation du massif filtrant et donc une moindre efficacité.
3.4. Dimensionnement des filtres plantés de roseaux.
Le dégrilleur grossier automatique est obligatoire pour une step de plus de 500 EH.
- Matériaux utilisés.
Le premier étage est constitué de plusieurs couches :
La couche filtrant est du gravier de 2 à 8 mm sur 40cm, La couche de transition est du gravier de 10 à 20mm sur une épaisseur de 10 à 20 cm et la couche drainante du gravier de 20 à 40 mm sur une épaisseur de 10 à 20 cm pour assurer le drainage. Le deuxième étage est recouvert d'une épaisse couche de sable constituant ainsi la couche filtrante. Il est constitué d'une épaisseur de 30 à 60 cm de sables alluvionnaire siliceux puis d'une couche de transition d’une épaisseur de 10 à 20 cm de gravier de 5 à 10 mm et enfin d'une couche drainante de gravier de 20 à 40 mm sur une épaisseur de 10 à 20 cm. Il est légèrement plus profond sans pour autant dépasser 1 mètre.
Le dimensionnement de ces dispositifs, en termes de charge traitée par unité de surface, est encore empirique et se traduit généralement en m2 par équivalent-habitant (EH : unité de mesure permettant d’évaluer la capacité d’une station d’épuration qui se base sur la quantité de pollution). La surface totale des lits est déterminée en fonction du nombre d’habitants raccordés plutôt qu’en fonction du flux de DCO et de DBO5. Le volume journalier à traiter ne
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 14 rentre pas en ligne de compte. D’après le CEMAGREF, ce procédé peut être implanté pour 50 à 1 000 EH, voire 2000 EH. Il est particulièrement bien adapté aux petites communes rurales, campings, gîtes…. Par contre, au-delà de 2000 EH, l’installation de filtres plantés de roseaux n’est plus rentable.
- Alimentation des lits.
Pour obtenir une bonne répartition, la vitesse d'alimentation doit être supérieure à la vitesse d'infiltration. Les arrivées d'eau se font en plusieurs points. Le volume d'une bâchée est un compromis entre, d'une part, un temps de stockage limité pour éviter une fermentation anaérobie des eaux et, d'autre part, la possibilité de répartir convenablement un volume aussi faible que possible au regard de la célérité avec lequel le volume est apporté. Le système de distribution doit permettre une immersion complète de la surface du filtre suite à une phase d'alimentation (de l'ordre de 1 à 3 cm d'eau). Le plus souvent ce sont des goulottes à débordement ou des injections par points depuis un réseau de distribution superficielle ou enterré qui assurent cette alimentation.
- Drains d’évacuations des eaux traitées
La collecte des eaux traitées en fond de filtre est obtenue grâce à des drains. Ces derniers sont raccordés à un drain principal à l'extrémité du filtre lequel collecte la totalité des eaux traitées.
Il assure l'évacuation des effluents vers le regard d'alimentation des filtres du second étage ou le regard de sortie. Chaque drain est relié à une cheminée d'aération. Des drains en tube synthétique entaillés de fente seront utilisés pour collecter l'effluent traité sur le fond du filtre.
L'utilisation de tubes de classe de résistance élevée limitera les risques de détérioration du système de drainage. On évitera l'utilisation de coudes à angle droit. Les orifices (fentes de 5 mm de large sur un tiers de la circonférence et espacées de 15 cm) seront tournés vers le bas.
L'utilisation de drains agricoles est à proscrire à cause des orifices trop petits. Les drains doivent être inspectables et curables.
- Raclages des boues
L'évacuation des boues du premier étage est réalisée tous les 10 à 15 ans.
Ces boues sont fortement minéralisées et ne sont donc pas fermentescibles comme celles d'autres procédés. Leur évacuation peut être réalisée à l'aide d'une mini pelle équipée d'un
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 15 godet de curage de fossé avec une lame relativement tranchante. Les engins utilisés doivent pouvoir accéder à la périphérie des lits. Les rampes d'alimentation doivent pouvoir être
démontées lors de cette opération. .
Chapitre B : Déroulement du stage
4. Choix expérimentaux 4 .1. Choix de la fosse septique
Le choix de la fosse septique du bâtiment F canadien est dû plus spécifiquement aux travaux antérieurs effectués par Dovi (2011), Kpondjo (2011) et Akowanou (2012). Ce choix paraissait donc très important pour une comparaison des résultats et pour des analyses pour la suite de notre recherche ; même si nous n’avions pas utilisé le même procédé de traitement extensif.
4.2. Macrophyte étudiée et performance épuratoire 4.2.1. Présentation de la macrophyte
- Nom commun : Massette, quenouille ou Typha.
Classification botanique :
Règne : PlantaeSous-règne : Tracheobionta Division : Magnoliophyta Classe : Liliopsida Sous-classe : Commelinidae
Ordre : Typhales
Famille : Typhaceae
Famille Typhaceae
Genre : Typha
Figure 6: Typha domingensis
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 16 Espèce : Domingensis
Le Typha domingensis nommé Massette, quenouille ou Typha est une plante qui a une légère préférence aux eaux fortement minéralisées à subsaumâtres et se trouve en peuplement dense dans les zones marécageuses.
Mais nous avons prélevé cette espèce végétale dans le bas-fond de Godomey plus précisément derrière le bâtiment d’Ecobank.
Les massettes sont des plantes rustiques de milieux humides qui possèdent un rhizome souterrain rampant. Elles forment de grandes touffes qui peuvent atteindre 2 mètres de hauteur environ. Les feuilles persistantes, longues, de couleur vert pâle sont plates ou légèrement triangulaires et croissent à la base de la plante. Elles forment une gaine qui entoure la tige. Les massettes ont une inflorescence typique de forme cylindrique, dense et en forme de quenouille, dans laquelle les fleurs femelles et mâles sont clairement séparées (monoécie). Les fleurs femelles sont regroupées en un gros épi dense brun, immédiatement surmonté par un épi dense de plus petit diamètre, jaunâtre et terminé en pointe, de fleurs mâles. Les feuilles sont parfois utilisées pour la fabrication de nattes, de sacs, ou pour couvrir les toits. Dans le passé les racines séchées servaient à produire de la farine et les jeunes pousses ainsi que les jeunes inflorescences étaient consommées (Villasenor et al 1998).
4.2.3. Performance épuratoire
L’épuration des filtres plantés de Typha Domingensis est une première. En effet notre recherche documentaire ne nous a pas permis de trouver des résultats déjà publiés par un auteur pour cette plante (typha domingensis). Ce qui explique que nous ne pouvons pas comparer nos résultats avec d’autres expériences déjà effectuées.
Mais par contre nous pouvons le faire pour une plante de la même famille que celle-ci. Il s’agit du Typha latifolia qui a donné des rendements satisfaisants en France notamment sur les installations du bassin Rhin Meuse (AERM, Juillet 2007). Les performances épuratoires de Typha Latifolia figurent dans le tableau 2.
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 17 Tableau 2: Rendement épuratoire observé par Typha latifolia
Rendement épuratoire par paramètre (%) DBO5 DCO MES NTK NGL Pt
Valeurs moyennes observées 90 85 90 85 45 40
Source: Procédés d’épuration des petites collectivités du bassin Rhin Meuse (AERM, Juillet 2007).
La quenouille ou Typha Latifolia a donné des résultats satisfaisants du point de vue des constructeurs. Elle a fait partie d’une nouvelle méthode épuratrice sur le point d’obtenir son approbation gouvernementale en république française.
4.3. Conception et réalisation de la mini station
Le temps de séjour est le temps de contact entre la microfaune (bactéries, protozoaires, micro- invertébrés) et la pollution à dégrader. Le temps de séjour a été fixé à une durée de 4 jours.
L’évaluation des performances épuratoires du procédé des filtres plantés de roseaux, a été effectuée sur une mini station réalisée par la doctorante Mme DEGUENON Justine sur CTEPA au CUAC. La mini station d’épuration est composée de trois bassins disposés en parallèle sur un plancher en béton d’une pente de 5%. Chacun des trois bassins a une dimension de 110cm de Longueur, 90cm de largeur et une hauteur 100cm. Les drains qui ont pour rôle d’évacuer les eaux usées sont perforés sur toute leur longueur avant d’être introduits dans le bassin. Les graviers utilisés sont de tailles diverses repartis en trois couches. La première couche de gravier est constituée de graviers fins, la deuxième les graviers de taille moyenne et la troisième de taille grossière. Les macrophytes ont été prélevé derrière l’Ecobank de Godomey et ont été immédiatement introduit dans le bassin d’expérimentation avec un total de 12 pieds. Le volume d’eaux usées que nous avons mis dans le Bassin est de 644L.
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 18 Figure 7: Mini station réalisée par DEGUENON Justine
Figure 8: Bassin dans lequel nous avons implanté la macrophyte Typha domingensis
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 19
5. Méthodes Analytiques.
5.1. Echantillonnage
Notre expérience a duré 5 jours du 19 Mai 2013 au 23 Mai 2013, Les mesures ont été faites de façon journalière et ont porté sur les paramètres de suivi de performance que sont : l’oxygène dissous, la température, le pH, le potentiel redox, la conductivité et la turbidité. Ces analyses ont été effectuées in situ dans la matinée sur les échantillons d’eaux traitées. Les MES, la DCO, la DBO5, le NTK ainsi que les orthophosphates ont été déterminés au Laboratoiredes Sciences et Techniques de l’Eau (LSTE). Ces prélèvements d’eaux traitées ont été effectués au même endroit et pendant 4 jours dans la matinée, plus précisément au niveau du tuyau d’évacuation des eaux traitéex qui est raccordé à notre bassin.
Les échantillons à analyser au laboratoire, pour déterminer les paramètres globaux de pollution, ont été conservés dans des flacons en plastique qui sont remplis à ras bord pour éviter de piéger de l’air, susceptible d’assurer des réactions d’oxydation et par conséquent la modification des valeurs exactes des paramètres.
5.2 Les paramètres physico-chimiques
Les paramètres physico-chimiques utilisés pour l’évaluation de la performance des filtres plantés de roseaux sont : la température, le potentiel d’hydrogène, le potentiel redox, la conductivité, la turbidité, l’oxygène dissous. Leur rôle dans l’évaluation des performances du traitement des filtres plantés des roseaux, ainsi que les méthodes d’analyses utilisées sont présentés ci-dessous.
5.2.1. La température
La température de l’eau, est un facteur écologique qui entraîne d’importantes répercutions écologiques. Elle agit sur la solubilité des gaz dans l’eau, la dissociation des sels dissous, de même que sur les réactions chimiques et biochimiques, le développement et la croissance des organismes vivant dans l’eau et particulièrement les microorganismes responsables de la réduction de la pollution.
Elle s’exprime en °C et a été mesurée en même temps que l’oxygène dissous.
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 20
5.2.2. L’oxygène dissous
L’oxygène dissous représente la fraction dissoute de l’oxygène se retrouvant dans l’eau. Il est caractéristique du type de milieu. Sa concentration est très faible et le plus souvent proche de zéro dans les eaux résiduaires brutes, compte tenu des concentrations élevées en composés réducteurs (oxydables) et de l’activité des microorganismes présents. La présence d’oxygène dissous conditionne les réactions de dégradation aérobie de la matière organique et favorise l’élimination de la pollution azotée par un procédé de nitrification-dénitrification (Rejsek, 2002). L’oxygène dissous a été mesuré selon la méthode électrochimique normalisée (NF T 90-106) en utilisant un oxymètre Oxi 730 WTW. L’oxygène dissous s’exprime en mgO2/L.
5.2.3. Le potentiel d’hydrogène (pH)
Le pH de l’eau mesure la concentration des protons H+ contenus dans l’eau. Il résume la stabilité de l’équilibre établi entre les différentes formes de l’acide carbonique et il est lié au système tampon développé par les carbonates et les bicarbonate. Le pH a été mesuré par la méthode potentiométrique avec le pH-mètre pH 3110 SET 3 WTW.
5.2.4. Le potentiel redox (eH)
Le potentiel redox (eH) définit le pouvoir oxydant ou réducteur du système. Il quantifie les réactions d’oxydation et de réduction qui correspondent au transfert d’électrons entre les composés chimiques présents dans l’eau (Rejsek, 2002). La valeur du potentiel redox des influents renseigne sur leur septicité:
- Si eH > +150 mV alors l’influent est frais et non septique ; - Si eH < +150 mV, il y a risque de fermentation de l’influent ; - Si eH < +50 mV, il y a possibilité de production de sulfures.
Il s’exprime en milli volt (mV) et il a été mesuré avec le pH-mètre pH 3110 SET 3 (WTW).
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 21
5.2.5. Le pouvoir d’oxydo-réduction (rH)
Le pouvoir d’oxydo-réduction (rH) représente le pouvoir oxydant ou réducteur d’un système à pH donné. En connaissant la valeur du eH, le rH se détermine à l’aide de la formule suivante :
r𝐻 = 𝑒𝐻
0,0992∗ 𝑇(°𝐾)+ 2 ∗ 𝑝𝐻
L’estimation du pouvoir d’oxydo-réduction permet d’apprécier et de voir si le milieu est oxydant ou réducteur ainsi :
- Si rH < 15 : le milieu est réducteur et on est dans un domaine anaérobie ;
- Si 15 < rH < 23 : le milieu est favorable à l’oxydation des composés organiques et on est dans un domaine anoxique ;
- Si rH > 23 alors le milieu est oxydant et on est dans un domaine aérobie.
5.2.6. La conductivité
La mesure de la conductivité constitue une bonne appréciation du degré de minéralisation d’une eau où chaque ion agit par sa concentration et sa conductivité spécifique. C’est aussi la capacité de l’eau à conduire le courant électrique puisque la plupart des matières dissoutes dans l’eau sont sous forme d’ions (CEAEQ, 2002). Elle a été mesurée à l’aide d’un conductimètre Hanna Instrument 98311 selon la norme NF EN 27888 (janvier 1994). Elle est fonction de la température et s’exprime en μS/cm.
5.2.7. La turbidité
La turbidité donne une première indication sur la teneur en matières colloïdales, d’origine minérale ou organique, qui trouble l’eau. La turbidité se mesure par la réflexion d’un rayon lumineux dans l’eau. La turbidité est mesurée par un test optique qui détermine la capacité de réflexion de la lumière. La turbidité s’exprime en « NTU » (unité néphélométrique). La méthode de détermination par diffusion de la lumière (NFT 90-033) a été utilisée pour sa détermination, grâce au turbidimètre TURBIQUANT MERCK 110 IR.
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 22
5.3 . Les paramètres globaux de pollution 5.3.1. Les matières en suspension (MES)
Les matières en suspension (MES) constituent l’ensemble des particules minérales et/ou organiques présentes dans une eau naturelle ou polluée. Elles peuvent être composées de particules de sable, de terre et de sédiment arrachées par l’érosion, de divers débris apportés par les eaux usées ou les eaux pluviales très riches en MES, d’êtres vivants planctoniques (notamment les algues). Elles correspondent à la concentration en éléments non dissous d’un échantillon. Le calcul des MES après passage à l’étuve est effectué à l’aide de la formule : [MES] = (𝑀1−𝑀2)
𝑉𝑒 avec
[MES] : Teneur en MES de l'échantillon (mg/L) M1 : Masse de la membrane avant filtration (mg) M2 : Masse de la membrane après filtration (mg) Ve : Volume de l'échantillon (mL)
5.3.2. La demande chimique en oxygène (DCO)
La demande chimique en oxygène est la quantité d’oxygène nécessaire pour oxyder toute la matière organique oxydable, biodégradable ou non, contenue dans l’eau. En pratique, c’est la quantité d’oxygène équivalente à la quantité de dichromate de potassium nécessaire pour oxyder (en milieu acide, à reflux pendant 2 heures, en présence de catalyseur) les matières oxydables. La DCO reste le paramètre composite le plus fiable pour la mesure de l’oxydabilité et la dégradabilité de la pollution organique des eaux usées parce qu’elle mesure l'oxygène nécessaire pour oxyder tous les composés présents dans l'eau. A la différence de la DBO5, qui ne prend en compte que les matières organiques biodégradables.
5.3.3. La demande biochimique en oxygène à cinq jours (DBO
5)
La demande biochimique en oxygène est la concentration, en masse d’oxygène dissous, consommée pour l’oxydation par voie biochimique des matières organiques contenues dans
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 23 l’échantillon, dans les conditions de l’essai (Rodier et al., 2009). On utilise souvent la DBO5, c’est-à-dire la quantité d’oxygène consommée après 5 jours d’incubation. La DBO5 est un paramètre traditionnel en ce qui concerne l’évaluation de la charge organique des eaux. Des valeurs élevées de DBO5 et de DCO témoignent d’une forte charge organique de l’influent.
Plus la DBO5 est élevée, plus le degré de pollution de l’eau sera élevé (CEAEQ, 2002).
5.3.4. Azote KJELDHAL (NTK)
Le NTK évalue les teneurs totales en azote organique et en ammonium. C’est un paramètre clé de traitement des eaux usées (Rodier et al., 2009). En présence des phosphates, les nitrates favorisent l’eutrophisation. Ce phénomène se manifeste par une prolifération massive de plantes et d’algues, qui réduisent la teneur en oxygène dans l’eau, parfois jusqu’à une teneur létale pour la faune aquatique (Idrissi, 2006).
5.3.5. Les orthophosphates
Le phosphore se retrouve dans les EUD sous forme d’orthophosphates (entre 50 et 80%) (Rejsek, 2002). La détermination du phosphore se fait donc à travers celle des orthophosphates. On détermine le taux de phosphore dans un effluent car il fait partie des principales causes de l’eutrophisation.
Tableau 3: Tableau récapitulatif des appareils de mesure des paramètres globaux de pollution et les normes correspondantes.
Paramètres Appareil Méthode Norme
MES Etuve, balance, membrane, système de filtration, dessiccateur
Filtration NF EN 872
DCO Réacteur DCO, système de dosage Volumétrique NF T 90-101 DBO5 Armoire thermostatique, Oxytops Manométrique
NTK
Minéralisateur (NTK), distillateur, système de dosage
Minéralisation au
sélénium NF EN 25663
PO43-
Spectrophotomètre DR2800 Spectrophotométrique
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 24
CHAPITRE C: Résultats et discussion.
6. Caractérisation de la fosse septique du bâtiment F canadien.
Les résultats de cette caractérisation représentent les valeurs des paramètres à l’entrée de la mini station. Les eaux usées domestiques caractérisées ont été prélevées le 19/05/2013.
6.1. Paramètres physico-chimiques
Le tableau 8 présente les paramètres de suivi du fonctionnement de la fosse septique.
Tableau 4: Paramètres de suivi du fonctionnement de la fosse septique du bâtiment F
PARAMETRES Valeurs obtenues
pH 6,45
Température (°C) 27,8
eH (mV) 24,2
rH 13
Χ (µS/cm) 632
O
2(mg/L) 0,58
Turb (NTU) 232
La valeur du pH n’est pas comprise entre 7,5 et 8,5. Selon REJSEK (2002), même si la valeur du pH n’est pas comprise entre ces deux valeurs, il est favorable aux activités des microorganismes. Cette valeur de pH répond néanmoins aux normes de rejet suivant la réglementation béninoise (pH compris entre 6-9). Nous avons une température supérieure à 20°C. Cette température est favorable au développement des microorganismes responsables de la réduction de la pollution.
La valeur du rH est inférieure à 15. Cette valeur est indicatrice du milieu anaérobie. Ce qui est tout à fait normal puisque l’effluent analysé a été prélevé au niveau des fosses septiques totalement fermés sans condition aérobie. On est donc en présence de fortes activités microbiennes liées à la présence des microorganismes anaérobies, très actifs dans la dégradation de la pollution carbonée. Cela explique aussi la faible valeur de l’oxygène dissous (0,58). La valeur de la conductivité quant à elle est indicatrice de présence de sels dans le milieu. La turbidité (232 NTU) est caractéristique de la charge polluante des eaux analysées
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 25 (Eaux usées domestiques). A titre comparatif les résultats des paramètres physiques précédemment obtenus par AKOWANOU (2012) nous permettent de constater qu’il y a une légère variabilité entre les valeurs de la température (28,7 contre 26,4), du pH (6,451 contre 6,3), ainsi que de l’oxygène dissous (0,58 contre 0,3) obtenues. Cette variation des résultats indique qu’il y a une évolution significative de la fosse septique.
6.2. Paramètres globaux de mesure de la pollution
Les paramètres globaux de mesure de la pollution servent à déterminer les caractéristiques des eaux traitées. Le tableau 9 présente les paramètres globaux de mesure de la pollution.
Tableau 5: Paramètres globaux de mesure de la pollution de la fosse septique du bâtiment F
Paramètres Valeurs obtenues Valeurs usuelles ERU
MES (mg/L) 400 100 - 400
DCO (mgO
2/L) 942,5 300 - 1000
DBO
5(mgO
2/L) 340 150 - 500
NTK (mg/L) 39,2 30 - 100
Pt (mg/L) 162.75 10 - 25
Nos valeurs des paramètres globaux obtenues après analyse des eaux usées de la fosse septique du bâtiment F nous permettent d’affirmer que nous sommes en présence d’eaux usées domestiques qui correspond aux valeurs usuelles ERU sauf celle du phosphore total Pt qui est 6 fois et demi supérieur à la normale. Un excès de phosphore occasionne une carence en azote avec pour conséquence la prolifération des cyanobactéries capable de fixer l’azote atmosphérique dans l’eau, il y a une possibilité que cela explique la faible concentration de l’azote dans le milieu. Le rapport DCO/DBO est inférieur à 3 ; ce qui implique que les eaux usées domestiques sont biodégradables. Un procédé de traitement biologique serait donc approprié.
Les caractéristiques de ces eaux usées domestiques nous ont permis de choisir comme procédé d’épuration les filtres plantés de roseaux.
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 26
6. Performances épuratoires des filtres plantés de roseaux
Les eaux usées domestiques de la fosse septique du bâtiment F canadien ont été traitées pendant 4 jours par un étage de filtres plantés de Typha domingensis. Cet étage est constitué d’un seul bassin. A l’issu des 4 jours de traitement, des analyses ont été effectuées sur les eaux traitées. Dans cette partie, nous présenterons les résultats obtenus.
7.1. Paramètres physico-chimiques
Tableau 6: Les concentrations journalières des paramètres physico-chimique
PARAMETRES UNITES EB 1er jour 2ème jour 3ème jour 4ème jour
Température °C 27,8 28 28 28 27,3
Oxygène dissous mg/L 0,58 2,12 2,35 0,92 2,3
pH - 6,451 6,761 6,471 7,04 6,93
Potentiel Redox mV 24,2 5,7 25,8 -8,8 -2,2
rH 13 13,54 13,04 13,05 13,85
Conductivité µS/cm 632 607 596 568 569
Turbidité NTU 231,9 68,92 18,42 11,09 20,2
Figure 9: Evolution de l’oxygène dissous et du pH en fonction du temps de0 0,5
1 1,5 2 2,5 3
0 1 2 3 4 5
O2 dissous (mgo2/L)
Temps de séjour (jour)
6,4 6,5 6,6 6,7 6,8 6,9 7 7,1
0 1 2 3 4 5
pH
Temps de séjour (jour)
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 27 Dans notre étude, l’évolution journalière de l’oxygène dissous et du pH montre des valeurs qui augmentent. Nous pouvons expliquer cela par le fait que le traitement se passe en condition aérobie contrairement à celui de la fosse septique du bâtiment F. En effet, les teneurs enregistrées pour O2 varient entre 0,58 mg/l et 2,35 mg/l et pour le pH entre 6,45 et 7,04. Malgré les variations du pH, il reste neutre. De plus, l’augmentation de l’O2 indique que les eaux usées introduites au départ ont subi un traitement.
7.1.2.
Les valeurs de la température varient entre 27,3°C et 28°C et celles du potentiel redox enregistrées sont comprises entre -8,8 et 25,8. Selon l’allure des courbes ci-dessus nous constatons que ces deux paramètres ont nettement diminué au cours des quatre jours de traitement.
27,2 27,3 27,4 27,5 27,6 27,7 27,8 27,9 28 28,1
0 1 2 3 4 5
Température (°C)
Temps de séjour (jour) -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30
0 1 2 3 4 5
eH (mV)
Temps de séjour (jour) Figure 10: Evolution de la température et du potentiel redox en fonction du temps de séjour
Rédigé par DJIWA BOUNDI T. Jérôme 28 La répartition de la conductivité et de la turbidité durant les 4 jours du temps de séjour montre une baisse journalière de ces deux paramètres. L’explication de cette baisse durant les 4 jours réside dans l’efficacité de notre macrophyte pour le traitement des charges organiques et minérales dans le milieu ; Cela montre aussi qu’on a un bon abattement des MES. Les valeurs de conductivité varient entre 568 et 632μs/cm et celles de la turbidité se situent entre 11.09 NTU et 231,9 NTU.
560 570 580 590 600 610 620 630 640
0 1 2 3 4 5
Conductivité (µS/cm)
Temps de séjour (jour)
0 50 100 150 200 250
0 1 2 3 4 5
Turbidité (NTU)
Temps de séjour (jour)
Figure 11: : Evolution de la conductivité et de la turbidité en fonction du temps de séjour
