CARACTERISATION ET ESSAIS DE TRAITEMENT DES EAUX USEES INDUSTRIELLES AVEC LE SULFATE D’ALUMINIUM ET DES MATERIAUX LOCAUX :

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REPUBLIQUE DU BENIN

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MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

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UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI (U.A.C.)

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ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY CALAVI (EPAC)

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LICENCE PROFESSIONNELLE EN SCIENCES ET TECHNIQUES DE L’EAU (S.T.E)

THEME

Présenté par : AÏSSI Valdina Judie

Sous l’encadrement de : Sous la supervision de : Mme Irma NOUGBODE Dr Daouda MAMA

3^ème Promotion

CARACTERISATION ET ESSAIS DE TRAITEMENT DES EAUX USEES INDUSTRIELLES AVEC LE SULFATE D’ALUMINIUM ET DES MATERIAUX LOCAUX : cas des cendres d’épluchures de bananes plantains et du jus

d’opuntia dillenii

Année scolaire : 2013-2014

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Présenté par Valdina Judie AÏSSI Page ii

COMPOSITION DES MEMBRES DE JURY

 Président : Professeur CODO François de Paule, Enseignant à l’EPAC/UAC

 Rapporteur 1°) M. AZAGNANDJI Ruben, Ingénieur en Génie Civil

 Rapporteur 2°) M. LAADE Cyprien, Ingénieur en Génie Civil

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Caractérisation et essais de traitement des eaux usées industrielles avec le sulfate d’aluminium et

des matériaux locaux : cas du jus d’Opuntia dillénii et des cendres d’épluchures de bananes plantains

Présenté par Valdina Judie AÏSSI Page iii

A

Dieu le Tout - PUISSANT, celui en qui nous nous fortifions.

DEDICACE

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Présenté par Valdina Judie AÏSSI Page iv

Le présent travail est l’aboutissement de trois années de formation en Licence Professionnelle en Sciences et Techniques de l’Eau (STE), suivi d’un stage effectué dans le Laboratoire d’Hydrologie Appliquée (LHA) en collaboration avec les structures de l’eau de la place.

Ce travail décrit les différentes étapes entrant en jeu dans les essais de traitement des eaux usées industrielles avec le sulfate d’aluminium et des matériaux locaux. Il illustre à ce titre clairement les méthodes et techniques qui entrent dans cette procédure de traitement des eaux usées industrielles.

Des difficultés ont émaillé notre parcours, mais elles n’ont pas émoussé notre ardeur de réaliser ce travail scientifique qui pourrait être d’une utilité certaine pour les structures en charge de la résolution des problèmes liés aux eaux usées industrielles.

AVANT PROPOS

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Présenté par Valdina Judie AÏSSI Page v

Au terme de ces trois années de formation pour l’obtention de la Licence Professionnelle en Sciences et Technique de l’Eau (STE), qu’il nous soit permis de remercier tous ceux qui nous ont facilité la tâche en œuvrant pour son bon déroulement et pour son heureux aboutissement.

En premier lieu, nous voudrions vivement remercier :

 Le Docteur Daouda MAMA, Coordonnateur de la formation en hydrologie et Responsable de l’option Ecohydrologie;

 Le chef service du laboratoire de la SONEB, Mme Irma NOUGBODE pour l’encadrement technique et professionnel sur le terrain ;

 Le Professeur Martin Pépin AÏNA, Maître de Conférences des Universités, Chef du département de Génie Civil, qui malgré ses multiples occupations a accepté de diriger ce travail avec patience. Recevez ici notre profonde gratitude et notre profond respect ;

 Le Professeur François de Paule CODO, Ing.PhD, Maître de Conférences des Universités du CAMES, Enseignant-Chercheur à l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi (EPAC), Chef d’option Science et Technique de l’Eau (STE), qui malgré ses multiples occupations a accepté de diriger ce travail avec patience. Recevez ici notre profonde gratitude et notre profond respect.

Nos sincères remerciements vont à l'endroit des enseignants et personnels qui n'ont ménagé aucun effort et conseil pour nous encadrer lors de ces trois années de formation. Nous voulons nommer :

 Le Professeur Clément BONOU, Maître de conférences des Universités, Directeur Adjoint de l’EPAC ;

REMERCIEMENTS

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Présenté par Valdina Judie AÏSSI Page vi

 Le Professeur Félicien AVLESSI, Professeur Titulaire des Universités, Directeur de l’EPAC ;

 Le Professeur Gérard DEGAN, Professeur Titulaire des Universités, Enseignant à l’EPAC ;

 Le Professeur Edmond ADJOVI, Maître de Conférences des Universités, Enseignant à l’EPAC ;

 Le Professeur Gérard GBAGUIDI, Maître de conférences des Universités, Enseignant à l’EPAC ;

 Le Professeur Victor GBAGUIDI, Maître de Conférences des Universités, Enseignant à l’EPAC ;

 Le Professeur Jean-Claude M. GBODOGBE, Enseignant à l’EPAC ;

 Le Professeur Epiphane WANKPO, Enseignant à l’EPAC ;

 Le Professeur Taofic BACHAROU, Enseignant à l’EPAC ;

 Le Professeur Jean Gossou HOUINOU, Enseignant à l’EPAC ;

 Le Professeur Luc Codjo ZINSOU, Enseignant à l’EPAC ;

 Le Professeur Dieudonné ZOGO, Directeur Régional SONEB- Cotonou, Enseignant-Chercheur à l’EPAC ;

 Le Professeur Elisabeth YEHOUENOU AZEHOUN PAZOU, Biologiste Ecotoxilogue, Maitre-Assistant des universités, Enseignante à l’EPAC ;

 De l’Ingénieur Elena AHONONGA, Enseignante à l’EPAC ;

 De l’Ingénieur Paul LANMANDJEKPOGNI, Enseignant à l’EPAC ;

 De l’Ingénieur Joël ZINZALO, Enseignant à l’EPAC ;

Nous adressons nos profondes gratitudes à l’endroit de :

 Monsieur le président et les membres du jury qui ont accepté d’apprécier ce travail malgré leurs multiples occupations ;

 Notre père Johannès AÏSSI qui nous a inculqué les valeurs morales en nous rappelant à tout instant les vertus du travail bien fait ;

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Présenté par Valdina Judie AÏSSI Page vii

 Notre mère Judith NASSARAH qui nous a toujours accordée leur tendresse, affection et soutien

 Notre sœur Vanessa et notre frère Védel-Johann AÏSSI ;

 Mr. Yannick SODJI, Mr. Mohamed ABIBOU, Mr. Achille et Mme Reine pour nous avoir soutenue et accompagnée tout au long de la rédaction de ce document ;

 Tous les collègues de la troisième promotion de Licence Professionnelle de l’EPAC pour les moments forts de peine et d’espoir, qui ont régné tout au long de notre cursus ;

Enfin, nous prions toutes les personnes, camarades, parents et amis, qui nous ont entouré de leur affection, de leur soutien moral et matériel de trouver ici nos vifs sentiments de reconnaissance.

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Présenté par Valdina Judie AÏSSI Page viii

Le travail présenté dans ce rapport de stage est relatif au traitement des eaux usées industrielles par le procédé de coagulation-floculation. Le but de notre étude est de caractériser l’effluent brut de l’Abattoir de la ville de Cotonou et d’effectuer des essais de traitement permettant son recyclage, en vue de réduire la pollution environnementale causée par le rejet de ces eaux usées industrielles dans la nature et de pallier également aux problèmes d’approvisionnement en eau par la redistribution de cette eau recyclée.

L’atteinte de cet objectif passe alors par le prélèvement des eaux usées industrielles, leur traitement suivi du control des paramètres physico-chimiques en vue d’une confirmation de l’efficacité de la méthode utilisée. Ainsi les travaux effectués nous ont montré une présence importante d’éléments physico- chimiques à savoir : les matières en suspension, les sels dissouts, les nutriments, les solides totaux dissouts et aussi les bactéries.

La démarche méthodologique a consisté en un premier temps à caractériser les échantillons d’eaux usées provenant de l’abattoir puis en un second temps à préparer d’une part le jus de l’Opuntia dillenii et les cendres d’épluchures de bananes plantains d’autre part. Ce qui nous a permis enfin de réaliser les différents essais portant sur le sulfate d’aluminium et sur les différents matériaux locaux utilisés.

Au terme de l’étude, nous avons pu effectivement déterminer les abattements des différents paramètres évalués et procéder à leur interprétation afin de définir le caractère traitant des réactifs mis en expérience.

Mots clés : Traitement - Eaux usées - Coagulation - Floculation - Opuntia dillenii – Cendres – Abattement

RESUME

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Présenté par Valdina Judie AÏSSI Page ix

Work presented in this memory is relative to the treatment of the industrial worn-out waters by the process of coagulation-floculation. The goal of our survey is to characterize the raw sewage of the slaughterhouse of the city of Cotonou and to do tests of treatment permitting his/her/its retraining, in order to reduce the environmental pollution caused by the dismissal of these industrial worn-out waters in the nature and to palliate also to the problems of provision in water by the redistribution of this water recycled.

The attack of this objective passes then by the withdrawal of the industrial worn- out waters, their consistent treatment of the control of the physico-chemical parameters in view of a confirmation of the efficiency of the method used.

So the done works showed us a presence important of physico-chemical elements to know: matters in suspension, the dissolved salts, the nutriments, the strong dissolved totals and also the bacteria.

The methodological gait consisted in a first time in characterizing the samples of worn-out waters coming then from the slaughterhouse in a second time to prepare the juice of the Opuntia dillenii and the ashes of peelings of bananas plantains on the one hand on the other hand. What finally allowed us to achieve the different tests carrying on the sulphate of aluminum and on the different used local materials.

To the term of the survey, we could determine the exhaustions of the different estimated parameters effectively and could conduct their interpretation in order to define the medicated character of the reagents put in experience.

Key words: Treatment - worn-out Waters - Coagulation - Floculation - Opuntia dillenii - Ashes - Exhaustion

ABSTRACT

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Présenté par Valdina Judie AÏSSI Page x

INTRODUCTION ... 1

PROBLEMATIQUE ... 3

CHAPITRE 1 : CADRE D’ETUDE ET REVUE DE BIBLIOGRAPHIE ... 5

1. Cadre d’étude ... 5

2. Généralités sur les eaux usées ... 8

2.1. Définition ... 8

2.2. Les différents types d’eaux usées ... 8

2.2.1. Les eaux usées domestiques ... 8

2.2.2. Les eaux de ruissellement ... 8

2.2.3. Les eaux usées industrielles ... 9

2.3. Origine des eaux usées... 9

2.4. Conséquences du rejet de ces eaux usées ... 10

3. Les différents traitements des eaux usées existants ... 13

3.1. Les prétraitements... 14

3.2. Le traitement primaire ... 15

3.2.1. Définition de la coagulation-floculation ... 16

3.2.2. But de la coagulation-floculation ... 16

3.2.3. Principe de la coagulation-floculation ... 17

3.3. Le traitement secondaire ... 18

3.4. Le traitement tertiaire ... 23

4. Généralités sur le sulfate d’aluminium et sur les matériaux locaux ... 25

4.1. Historique ... 26

4.2. Définition et description du sulfate d’aluminium ... 26

4.3. Définition et description du jus de l’Opuntia dillenii ... 27

TABLE DES MATIERES

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Présenté par Valdina Judie AÏSSI Page xi

4.4. Définition et description des cendres d’épluchures de bananes plantains ... 29

CHAPITRE II : MATERIELS ET METHODOLOGIE DE TRAVAIL ... 31

1. Matériels d’étude ... 31

1.1. Matériels ... 31

1.1.1. Matériels de prélèvement ... 31

1.1.2. Matériels d’analyses ... 31

2. Méthodologie de travail ... 33

2.1. Préparations des matériaux locaux entrant dans le traitement... 33

2.2. L’échantillonnage ... 35

2.3. Les méthodes d’analyses ... 35

2.4. Essai de jar-test ... 44

3. Calcul du taux d’abattement de chaque paramètre ... 45

CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSIONS ... 47

1. Résultats ... 47

1.1. Caractérisation des eaux usées de l’abattoir ... 47

1.2. Evaluation de la pollution organique des eaux usées ... 49

1.3. Essais de traitement des eaux usées ... 50

2. Discussions ... 57

CONCLUSION ... 58

SUGGESTIONS ... 59

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ... 60

ANNEXES ... 63

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Présenté par Valdina Judie AÏSSI Page xii

EPAC : Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi

LSTE : Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau SONEB : Société Nationale des Eaux au Bénin

LHA : Laboratoire d’Hydrologie Appliquée MES : Matières en suspension

DBO5 : Demande Biologique en Oxygène après 5 jours DCO : Demande Chimique en Oxygène

COT : Carbone Organique Total NTK: Azote Kjeldhal

Pt : Phosphore total

CET : Centre d’Enfouissement Technique OMS : Organisation Mondiale de la Santé STEP : Station d’Epuration

EB : Eau Brute E : Essai

C : Conductivité T : Turbidité

µS : micro Siemens

DEFINITIONS DES SIGLES ET ABBREVIATIONS

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Présenté par Valdina Judie AÏSSI Page xiii

Tableau 1: Catégories des effets nocifs sur la santé des populations ... 12

Tableau 2: Procédés utilisés pour les traitements des polluants contenus dans les eaux usées ... 25

Tableau 3: Composition du jus de cactus ... 28

Tableau 4: Composition des épluchures de bananes plantains ... 30

Tableau 5: Valeurs des turbidités ... 37

Tableau 6: Caractéristiques des paramètres physico-chimiques des eaux usées d'Abattoir ... 47

Tableau 7: Essai de traitement avec le sulfate d'aluminium ... 50

Tableau 8: Taux d'abattement de l'essai 6 ... 51

Tableau 9: Essai de traitement avec le jus de l'Opuntia dillénii ... 52

Tableau 11: Essai de traitement par les cendres d'épluchures de bananes plantains ... 54

Tableau 13: Essai de traitement et taux d'abattement de l'essai 1 ... 56 LISTE DES TABLEAUX

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Présenté par Valdina Judie AÏSSI Page xiv

Figure 1: Carte d'accès à l'Abattoir de Apkapka ... 6

Figure 2: Plan de situation de l'Abattoir ... 7

Figure 3: Nature de la pollution des eaux ... 10

Figure 4: Différentes phases de la coagulation et de la floculation ... 16

Figure 5: Vue de cactus à la plage de Fidjrossè ... 29

Figure 6: Epluchures de bananes plantains à l’état brute ... 30

Figure 7: Jus d’Opuntia dillenii ... 34

Figure 8:Les épluchures de bananes plantains carbonisées ... 34

Figure 9: Les cendres d’épluchures de bananes plantains... 35

Figure 10: Courbe d’étalonnage du phosphore... 38

Figure 11: Essai de Jar-test ... 45 LISTE DES FIGURES

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Présenté par Valdina Judie AÏSSI Page xv

Graphique 1: Evolution de la turbidité et des MES en fonction des doses de sulfate ... 51 Graphique 2: Evolution des MES et de la Turbidité en fonction de la dose du Jus d'opuntia dillénii ... 52 Graphique 3: Evolution de la Turbidité et des MES en fonction de la dose des cendres ... 54

LISTE DES GRAPHIQUES

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Présenté par Valdina Judie AÏSSI Page 1

INTRODUCTION

La qualité de l’eau qu’elle soit destinée à la consommation humaine, à l’irrigation ou tout simplement rejetée dans la nature, vers les rivières, les océans ou le sol, est devenue un problème capital et un souci majeur pour les pouvoirs publics, les instances et organismes nationaux et internationaux (Khalfaoui, 2012). Les propriétés physico-chimiques de l’eau sont certainement une des principales conditions qui ont permis la naissance de la vie il y a environ trois milliards d’années, mais à cause de son utilisation irrationnelle par l’homme, elle a subi de graves agressions avec la dégradation de sa qualité, entamant ainsi son rôle de garante de la vie. Le rejet brutal et massif de résidus toxiques dans le milieu naturel a conduit à l’apparition de nombreux risques pour l’équilibre du milieu naturel et des écosystèmes, mais aussi pour l’homme lui-même, le producteur de ces déchets, et investigateur de ce grand déséquilibre. Ceci a donc stimulé et encouragé l’amélioration des techniques de dépollution existantes et le développement de nouveaux procédés permettant de satisfaire et de se conformer aux normes internationales de plus en plus restrictives. Compte tenu des impacts sur l’environnement et des règlements en vigueur ou en devenir, la gestion des eaux usées, comprenant la mise en œuvre de procédés de traitements, est devenue l’un des enjeux majeurs de notre société. Aujourd’hui, il existe de nombreuses méthodes pour traiter ces eaux usées industrielles. Le traitement des eaux usées industrielles avec les matériaux locaux a été déjà l’objet de nombreuses études. Mais il s’agira dans le cadre de notre étude de faire des essais de traitement des eaux usées industrielles avec le sulfate d’aluminium et les matériaux locaux tels que le jus de l’Opuntia dillenii et les cendres d’épluchures de bananes plantains.

De façon spécifique, il s’agira pour nous de :

 Caractériser les échantillons d’eaux usées provenant de l’abattoir ;

(17)

 Vérifier l’effet du jus de l’Opuntia dillenii et des cendres d’épluchures de bananes plantains utilisés dans le traitement des eaux usées.

 Evaluer l’abattement des charges polluantes des eaux usées de l’abattoir du sulfate d’aluminium et des matériaux locaux utilisés dans le traitement par un procédé physico-chimique, le jar-test.

Pour ce faire, il faudra en un premier temps revoir les travaux antérieurs réalisés sur notre sujet d’étude, ensuite effectuer des travaux de terrain et après réaliser les expériences au laboratoire. Nos hypothèses de travail sont les suivantes :

Les eaux usées de l’abattoir sont des eaux usées de très fortes charges en matières polluantes ;

L’utilisation des cendres d’épluchures de bananes plantains et du jus d’opuntia dillenii comme des coagulant / floculant ;

L’utilisation des matériaux locaux (cendre d’épluchure de banane plantain et jus d’opuntia dillenii) contribue également à l’élimination des charges polluantes des eaux usées utilisées.

Après avoir présenté le Cadre d’étude et la Revue de bibliographie qui fait le résumé des travaux qui sont en rapport avec ce thème, nous allons exposer les matériels et la méthodologie de travail qui décrivent les différentes étapes suivies pour réaliser les essais. Nous finirons notre étude en donnant les résultats et discussions qui présentent les analyses des données et l’interprétation de ces derniers.

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PROBLEMATIQUE

L’eau, cette ressource rare essentielle pour la vie, doit être considérée comme un trésor naturel faisant partie de l‘héritage commun de l‘humanité (Mayor, 1997) et par conséquent, pour certains, un bien public qui doit demeurer sous contrôle public (Ferney et al., 1997). Le problème des eaux usées industrielles est presque toujours en relation avec la santé publique que ces eaux soient ou non nocives pour l’homme (OMS, 1956). Depuis toujours, l’eau est indissociable de l’activité humaine et joue un rôle majeur dans les industries de procédés. Ainsi, l’eau qui entre dans l’usine, appelée eau de procédé, doit avoir une certaine qualité suivant le procédé dans lequel elle sera utilisée (Hanhou, 2011). Le rejet des eaux usées chargées en substances polluantes dans le milieu récepteur est ainsi un motif de préoccupation croissant, compte tenu des effets indésirables qu’elles peuvent engendrer sur l’environnement et la santé. Par ailleurs, l’eau qui sort de l’usine doit aussi disposer de certaines qualités dans le respect des réglementations environnementales de plus en plus strictes.

L’industrie est responsable globalement de la moitié des rejets ponctuels de polluants organiques dans le milieu naturel, l’autre moitié provenant des collectivités locales, ainsi que des rejets toxiques dans l’eau (métaux lourds, produits chimiques cancérogènes et/ou mutagènes) (Hanhou, 2011). Les différentes observations faites sur la pollution des eaux usées industrielles et la dégradation de l’environnement nous ont poussée à trouver une solution pour remédier à ce fléau ; d’où l’utilité de notre thème à réaliser des essais de traitement sur les eaux usées industrielles. Désormais, il est possible de traiter les eaux usées industrielles par l’utilisation de matériaux locaux. Le traitement s’effectue à plusieurs stades (traitements 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

(19)

(bases, acides) (Dégremont, 2005). S’ajoutent également à ces réactifs, les coagulants naturels (animaux et végétaux). Les coagulants et floculants qui ont le plus été utilisés dans le traitement des eaux sont le sulfate d’aluminium, le chlorure ferrique, la chaux et les polymères synthétiques. Mais ces produits chimiques, onéreux peuvent avoir des effets nuisibles sur la santé et l’environnement (Nougbodé, et al., 2013), comme c’est le cas de la maladie d’Alzheimer causée par le sulfate d’aluminium (Boom, 2008). Il a été démontré que l’utilisation des floculants comme les épluchures de fruits, les noix de coco permet également la clarification de l’eau permettant ainsi d’éliminer les métaux comme le nickel, le fer, le zinc, le chrome, le cuivre (Nougbodé et al., 2013).

Les grains de Moringa et le cactus sont aussi utilisés comme coagulants dans le traitement des eaux. Les études faites sur le cactus (famille des cactacea), montrent que l’opuntia dillenii est un coagulant naturel. Son jus possède des propriétés physico-chimiques remarquables pour le traitement de nombreuses maladies et aussi pour le traitement des eaux de turbidité élevées (Aceituno et al., 2007). Il s’agira donc, dans le cadre de notre étude d’utiliser comme matériaux locaux la cendre d’épluchures de banane plantain et le jus d’Opuntia dillenii de façon individuelle dans le traitement des eaux usées. Cela permettra d’étudier et de confirmer le pouvoir coagulant ou floculant de ces matériaux et de voir la possibilité de combiner le sulfate d’aluminium très toxique avec l’un de ces matériaux dans le traitement des eaux usées.

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CHAPITRE 1 : CADRE D’ETUDE ET REVUE DE BIBLIOGRAPHIE 1. Cadre d’étude

Les prélèvements des échantillons se sont effectués à l’Abattoir. L’Abattoir de Cotonou-Porto-Novo est situé à Akpakpa sur la route Inter-Etat Bénin- Nigéria, dans le 1er Arrondissement de la Commune de Cotonou. Il s’étend sur une superficie initiale de 3,5 ha (6°21' de latitude Nord et 2° 25' de longitude Est). Les animaux abattus à l’Abattoir de Cotonou-Porto-Novo, proviennent des Départements de l’Alibori et du Borgou. Les lagunaires y sont rarement abattus.

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Caractérisation et essais de traitement des eaux usées industrielles avec le sulfate d’aluminium et des matériaux locaux : cas du jus d’Opuntia dillénii et des cendres d’épluchures de bananes plantains

Figure 1: Carte d'accès à l'Abattoir de Apkapka

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Le plan de situation de l’Abattoir se présente comme suit :

Figure 2: Plan de situation de l'Abattoir

L’analyse des échantillons prélevés à l’abattoir se fera dans deux laboratoires à savoir : la SONEB et la LSTE.

 La SONEB

En 2003, au terme du processus de la réforme institutionnelle de la Société Béninoise d’Electricité et d’Eau (SBEE) qui a abouti à la séparation des deux activités «Eau et Electricité», la Société Nationale des Eaux au Bénin (SONEB) a été créée par décret n°2003-203 du 12 Juin 2003.

La Société Nationale des Eaux au Bénin a pour objet la captation, le transfert, le traitement et la distribution de l’eau potable ainsi que l’évacuation des eaux usées. Ses activités s’étendent sur l’ensemble du territoire national. Elle intervient en milieu urbain. La SONEB est placée sous la tutelle du Ministère de l'Energie, des Recherches Pétrolières et Minières, de l'Eau et du Développement des Energies Renouvelables (MERPMEDER).

 Le LSTE

Le laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau a été créé le 26 Juillet 2010 par le projet d’appui au développement des filières Eau et Assainissement, NPT 151 financé par NUFFIC. Le Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau (LSTE) est une structure pédagogique et de recherche. Il est installé au

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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, l’analyse des données visant à répondre à une question ou résoudre un problème lié à l’eau.

2. Généralités sur les eaux usées 2.1. Définition

Les eaux usées sont des eaux initialement potables ou à usage domestique ou industrielle, souillées par les activités domestiques et/ou industrielles humaines (Bousseboua, 2005). Les eaux usées regroupent les eaux usées domestiques, les eaux de ruissellement et les effluents industriels (Baumont, 2004).

2.2. Les différents types d’eaux usées 2.2.1. Les eaux usées domestiques

Elles comprennent les eaux ménagères (eaux de toilettes, de lessive, de cuisine) et les eaux vannes (urines et matières fécales) dans le système dit « tout à l’égout ». Les eaux usées domestiques contiennent des matières minérales et des matières organiques.

2.2.2. Les eaux de ruissellement

Elles comprennent les eaux pluviales, eaux d’arrosage et de lavage des voies publiques. Les eaux qui ruissellent sur les toitures, les cours, les jardins, les espaces verts, les voies publiques et les marchés entraînent toutes sortes de déchets minéraux et organiques : de la terre, des limons, des boues, des silts des sables, des déchets végétaux (herbes, pailles, feuilles, graines, etc.) et toutes sortes de micropolluants (hydrocarbures, pesticides, détergents…) (Vaillant, 1974).

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2.2.3. Les eaux usées industrielles

Elles ont une composition très différente de celle des eaux usées domestiques. Leurs caractéristiques varient d’une industrie à une autre. En plus de matières organiques, azotées ou phosphorées, elles peuvent également contenir des produits toxiques, des solvants, des métaux lourds, des micropolluants organiques, des hydrocarbures. Certaines d’entre elles nécessitent un prétraitement de la part des industriels avant d’être rejetées dans les réseaux de collecte. Elles ne sont mêlées aux eaux domestiques que si elles ne présentent plus de danger pour les réseaux de collecte et ne perturbent pas le fonctionnement des usines de dépollution (Direction de l’environnement et des établissements classés, 2007). Les eaux usées contiennent en plus de toutes ces matières, toutes sortes de micro-organismes : champignons, protozoaires, bactéries, virus.

Dans le cadre de notre étude, on ne s’intéressera qu’aux eaux usées industrielles.

2.3. Origine des eaux usées

Selon Eckenfelder (1982), les eaux usées proviennent de quatre sources principales :

Les eaux usées domestiques ; Les eaux usées industrielles ;

Les eaux de pluie et de ruissellement dans les villes ; Le ruissellement dans les zones agricoles.

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Source : Direction de l’environnement, 1990 Figure 3: Nature de la pollution des eaux

2.4. Conséquences du rejet de ces eaux usées

 Sur l’environnement

Ces effluents représentent une contamination du milieu marin, d’eau douce des rivières et des lacs et une influence sur les eaux souterraines (Bouchard C. et Sérode J., 2002) ainsi que la vie aquatique, en plus du dégagement des mauvaises odeurs. Le rejet direct des eaux usées industrielles dans le milieu naturel perturbe l’équilibre aquatique en transformant les rivières en égouts à ciel ouvert. Cette pollution peut aller jusqu'à la disparition de toute vie. Quand les eaux usées ou les eaux résiduaires industrielles ne sont pas épurées avant rejet dans le milieu naturel, l’altération de ce dernier et les déséquilibres qui s’y produisent ont non seulement des effets immédiats sur les utilisations de l’eau,

Usage domestique

Activités industrielles

Activités agricoles

Eaux pluviales

A la durée des émissions

A la nature des milieux récepteurs A l’intensité

des rejets A la nature

des matières polluantes

Pollution de l’eau due :

- Physique - Chimique - Bactériologique - Radioactivité

- Permanente - Saisonnière - Occasionnelle - Accidentelle

- Très variables - Importance - Sensibilité

- Etangs - Lacs et mers - Canaux, rivières

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mais aussi des effets à long terme, parfois irréversibles dans le domaine de la vie humaine (Vaillant, 1974).Il faut retirer des eaux usées un maximum de déchets, avant de les rejeter dans l’environnement, pour que leur incidence sur la qualité de l'eau, en tant que milieu naturel aquatique, soit la plus faible possible (Chellé, 2005).

 Sur la santé des populations

Les activités humaines peuvent être à l’origine d’impacts sur la santé. Les effets nocifs de substances sur les populations sont très variés. Ils sont présentés dans le tableau 1 d’après Bliefert (Directive UE, 1999 et Bonnard, 2001).

Les effets nocifs sur la santé sont provoqués par des composés de natures très différentes :

 Les microorganismes pathogènes : virus, bactéries, protozoaires, champignons, algues…

 Les métaux lourds : mercures, plomb, cadmium, chrome, zinc, cuivre, nickel…

 Les composés de traces organiques : dioxines et furanes, pesticides, hydrocarbures, perturbateurs endocriniens…

 Composé gazeux : ammoniac (NH3), hydroxyde de souffre (H2S), oxydes de soufre (SOx) et d’azote (NOx), acides (HCl, H₂SO4), poussières, oxydes de carbone CO…

Toutefois ce n’est pas la présence ou l’absence de ces composés qui va provoquer une allergie, une maladie ou la mort mais la dose admise au sein de l’organisme : « Tout est poison, rien n’est poison, seule la dose fait le poison»

(Paracelse, 2001 ). L’absorption du polluant dans le corps peut se faire à travers trois voies :

 par ingestion (voie orale, estomac et système digestif),

(27)

 par pénétration cutanée (absorption à travers la peau),

 par inhalation (par la respiration et pénétration à la surface des poumons).

Il existe également différentes échelles d’effet. On parle ainsi :

 d’effet aigu : l’effet se déclenche après un temps court suite à l’absorption unique d’un ou plusieurs composés,

 d’effet chronique : lorsque l’effet apparaît après une durée plus ou moins importante (plus de six mois) après l’absorption de petites ou de très petites quantités d’un ou plusieurs composés.

Tableau 1: Catégories des effets nocifs sur la santé des populations

EFFETS DESCRIPTIONS

Nocif Par inhalation, ingestion ou pénétration cutanée, les substances peuvent entrainer la mort ou nuire à la santé de manière aiguë ou chronique.

Toxique Par inhalation, ingestion ou pénétration cutanée en petites quantités, les substances entrainent la mort ou nuisent à la santé de manière aiguë ou chronique.

Très toxique Par inhalation, ingestion ou pénétration cutanée en très petites quantités, les substances entrainent la mort ou nuisent à la santé de manière aiguë ou chronique.

Corrosif En contact avec les tissus vivants, les substances peuvent exercer une action destructrice sur ces derniers.

Irritant N’étant pas corrosives, les substances peuvent provoquer une réaction inflammatoire par contact immédiat, prolongée ou répétée avec la peau ou les muqueuses.

Sensibilisant Par inhalation ou pénétration cutanée, les substances

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peuvent donner lieu à une réaction d’hypersensibilisation de telle sorte qu’une nouvelle exposition à la substance produit des effets néfastes caractéristiques.

Cancérigène Par inhalation, ingestion ou pénétration cutanée, les substances peuvent induire le cancer ou en augmenter la fréquence.

Mutagène Par inhalation, ingestion ou pénétration cutanée, les substances peuvent entrainer des défauts génétiques héréditaires ou en augmenter la fréquence.

Toxique pour la reproduction

Par inhalation, ingestion ou pénétration cutanée, les substances peuvent produire ou augmenter la fréquence d’effets nocifs non héréditaires dans la progéniture ou porter atteinte aux fonctions ou capacités reproductives mâles ou femelles.

Infectieux Par inhalation, ingestion ou pénétration cutanée, les micro- organismes peuvent se développer dans le corps sans provoquer d’effets délétères, ou en provoquant une maladie (pathogène). La pathogénéicité d’un agent infectieux peut se réaliser par colonisation superficielle ou profonde des tissus, ou par la production de toxines.

Source : Bliefert (Directive UE, 1999 et Bonnard, 2001)

3. Les différents traitements des eaux usées existants

La dépollution des eaux usées se décompose en quatre étapes : - Les prétraitements

- Le traitement primaire - Le traitement secondaire

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- Le traitement tertiaire

3.1. Les prétraitements

Les prétraitements visent à retirer de l’eau usée les matières qui peuvent nuire à la qualité du traitement en aval ou à la pérennité des ouvrages. Ces matières sont :

- Les objets encombrants : un dégrilleur retient les objets trop volumineux et encombrants qui pourraient dégrader les pompes ou obstruer les canalisations. Les dégrilleurs modernes disposent de râteaux d’évacuation des objets avec des systèmes automatisés d’ensachage des refus de dégrillage. Les refus de dégrillage sont envoyés soit au Centre d’Enfouissement Technique (CET), soit en incinération.

- Les graisses, huiles et autres matières flottantes : elles sont récupérées dans un dégraisseur, ouvrage dans lequel, par diffusion de fines bulles d’air, les huiles et graisses remontent à la surface où elles sont raclées. Les graisses peuvent être soit traitées, soit évacuées en CET. Les graisses perturbent les traitements biologiques en limitant la diffusion de l’oxygène dans l’eau et en gênant la décantation des boues. Par leurs propriétés chimiques, elles peuvent également être source d’odeurs nauséabondes et de colmatage des canalisations. Elles diminuent aussi les performances de la déshydratation des boues. Enfin, les substances lipidiques favorisent le développement des bactéries filamenteuses, sources de graves perturbations sur les stations (CANLER, 2001).

- Les sables et les matières facilement décantables : un dessableur récupère par décantation les sables, protégeant ainsi les ouvrages en aval d’un ensablement et les pompes d’une usure accélérée.

En station d’épuration, les prétraitements commencent par le dégrillage, puis par le dégraisseur et le dessaleur qui sont le plus souvent combinés dans un

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même ouvrage. Les eaux usées, débarrassées des objets encombrants, des graisses et des sables, peuvent alors être dirigées vers le traitement primaire ou directement en traitement secondaire.

3.2. Le traitement primaire

Le traitement primaire consiste en une étape de décantation et/ou flottation. Cette phase permet d’éliminer une fraction des matières en suspension jusqu’à 60% et de la matière organique, de l’ordre du tiers de la DBO₅ entrante (Degrémont, 1989). Cette pollution constitue alors les boues primaires, fortement organiques et fermentescibles qui sont envoyées vers la chaîne de traitement des boues. Le traitement primaire permet de réduire la charge polluante arrivant au traitement secondaire mais génère un volume important de boues. Ce traitement ne permet pas d’atteindre les seuils de rejets règlementaires. Dans les stations qui fonctionnent uniquement par traitement physico-chimique, le traitement primaire est la seule étape de traitement de l’eau. Dans ce cas, la décantation est optimisée par un conditionnement préalable avec un coagulant. Ce dernier est mélangé à l’eau usée (coagulation) et regroupe les particules et colloïdes faiblement décantables en flocs plus lourds (floculation) qui sont alors piégés par décantation. La décantation lamellaire, version optimisée de la décantation classique, permet également d’améliorer la performance de cette étape et de diminuer l’emprise au sol des ouvrages.

Le traitement primaire et une étape facultative et dans de nombreuses Station d’Epuration (STEP) les eaux usées prétraitées sont directement acheminées vers la phase de traitement secondaire.

Il existe plusieurs méthodes intervenant dans le traitement physico-chimique.

Elles sont différentes les unes par rapport aux autres et peuvent être citées à titre d’illustration la coagulation-floculation, l’absorption, l’électrolyse, la flottation, la précipitation, les échanges d’ions, l’extraction liquide-liquide, la filtration

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membranaire etc. (KHALFAOUI, 2012). Dans le cadre de notre étude, on ne s’intéressera qu’à la coagulation-floculation.

3.2.1. Définition de la coagulation-floculation

Ce procédé est un traitement primaire qui permet de débarrasser les eaux usées des impuretés qu’elles contiennent grâce à la réaction d’émulsion.

Coagulation et floculation sont des processus souvent indissociables. En effet, la coagulation, en diminuant les forces de répulsion entre les particules, favorise les collisions et la formation d'agrégats ; et la floculation, en permettant la croissance des agrégats accélère la séparation des phases.

(Source : Mottot Y., 2000)

Figure 4: Différentes phases de la coagulation et de la floculation

3.2.2. But de la coagulation-floculation

On trouve en suspension dans l’eau des solides qui, par dimensions décroissantes, vont de matières dont la structure est assez grossière et qui se

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déposent facilement, aux particules très fines qui ne sédimentent que si elles s’agglomèrent d’abord elles-mêmes ou si on ajoute à l’eau un coagulant. Les précipités formés par la coagulation sont finement divisés, à moins que leurs éléments n’aient été agglomérés en particules solides de plus fort diamètre ou en véritable floc par agitation de l’eau procédée qui met en contact entre elles les fins éléments solides, de sorte qu’ils adhèrent les uns aux autres et forment des particules de plus en plus volumineuses. Ces grosses particules du floc se déposent ensuite dans les bassins.

3.2.3. Principe de la coagulation-floculation

Pour bien comprendre les procédés de coagulation et de floculation, il convient de distinguer les phases successives du processus. En premier lieu, on ajoute à l’eau une substance chimique coagulante. Ce réactif ne peut agir de manière uniforme que s’il est réparti rapidement dans toute la masse liquide.

Cela exige donc une agitation (ou un mélange) rapide au point d’introduction du coagulant. En second lieu, se produit un ensemble complexe de réactions et de modifications chimiques et physico-chimiques aboutissant à la coagulation et à la formation de particules microscopiques. En troisième lieu, en agitant l’eau beaucoup plus doucement cette fois-ci, on provoque l’agglomération de ces fines particules, autrement dit la floculation, dont le produit dénommé « floc » sédimente.

On considérait autrefois la floculation comme une opération de « mélange » et on désignait sous ce nom l’ensemble du processus. On s’est maintenant rendu compte qu’agiter vivement l’eau pour y assurer la bonne répartition du coagulant n’est que le premier temps de la floculation. Ce mélange rapide, ou même éclaire, est indispensable car le coagulant ne diffuserait que très lentement en eau calme et les réactions chimiques initiales ne se produiraient que dans la zone d’introduction du coagulant concentré.

L’opération n’aurait donc que des résultats localisés, tous différents de ceux que

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l’on voulait obtenir, car la nature des réactions provoquées varie grandement avec la concentration du réactif. D’autre part, si le calme succédait à la phase d’agitation rapide, il faudrait trop de temps pour passer, par agglomération, du procédé fin à un floc de dimensions suffisantes. Pour obtenir, dans des conditions économiques, une clarification satisfaisante, il faut donc que la coagulation et la floculation soient achevées avant que les eaux traitées arrivent aux bassins de sédimentation.

Le processus de coagulation est courant dans la nature : ainsi la chaleur modifie l’état physique du blanc d’œuf, qui devient gel ou solide ; de même, l’acide lactique du lait aigre fait coaguler la caséine, ce qui donne du lait caillé.

Des forces complexes entrent en jeu dans la coagulation et la floculation de l’eau, phénomènes qui dépendent du caractère et de la qualité de l’eau, de la nature du coagulant employé et de la dose utilisée, de la température de l’eau, de la durée de cycle et de l’intensité de l’agitation. Tous ces divers facteurs, qui jouent un rôle de premier plan et sont contrôlés par un agent des services d’exploitation, doivent avoir été bien compris pour que l’on puisse obtenir les résultats voulus.

3.3. Le traitement secondaire

Il s’agit d’un traitement biologique dont l’objectif est l’élimination de la pollution carbonée, azotée et phosphorée. Le traitement biologique utilise la capacité auto-épuratrice de microorganismes dont l’activité est améliorée en la plaçant dans des conditions optimales. L’épuration par la biomasse peut prendre plusieurs formes : systèmes à culture libre ou fixée, procédé intensif ou extensif.

Quelle que soit la technologie, le principe de traitement est le même (Dégremont, 1989).

 Traitement de la pollution carbonée :

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La pollution organique est dégradée par les bactéries hétérotrophes en milieu aérobie. Les substances sont d’abord hydrolysées en molécules simples.

Celles-ci sont alors utilisées par les bactéries comme source d’énergie dans des réactions biologiques, nécessitant la présence d’un oxydant, le plus souvent l’oxygène. Ces réactions assurent l'activité des micro-organismes qui se multiplient. Le volume de biomasse augmente ce qui impose d'extraire régulièrement un volume équivalent de boues pour conserver l'équilibre dans le réacteur. Le carbone des eaux usées est ainsi transformé soit en C02, soit en biomasse. Les charges massiques et volumiques sont les rapports entre la quantité de pollution organique à dégrader, évaluée en DBO ou en DCO, et respectivement la concentration en biomasse dans ce volume ou le volume de réacteur. Ce sont des paramètres importants qui servent à définir différentes gammes de fonctionnement qui conditionnent les volumes de dimensionnement des réacteurs et les performances du traitement biologique. On parle ainsi de forte, moyenne et très faible charge.

Les bactéries hétérotrophes sont sensibles à la charge polluante et réagissent différemment en fonction de celle-ci. En faible charge notamment, le phénomène de respiration endogène, auto-oxydation des bactéries, augmente la demande en oxygène, et donc la consommation d'énergie, mais produit des boues en quantité réduite et plus stabilisées. La nitrification de l'azote n'est possible qu'en très faible charge, à cause du taux de croissance plus faible des bactéries autotrophes nitrifiantes. C'est pourquoi le fonctionnement en faible charge est conseillé par les experts.

 Traitement de la pollution azotée:

Le traitement de l'azote se déroule en deux étapes (Henze, 1997): une phase aérobie, la nitrification, où l'azote organique et l’ion ammonium sont oxydés en ions nitrates par les bactéries autotrophes Nitrosomonas et Nitrobacter qui assurent successivement la conversion de l'ammoniaque en ions

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nitrites , puis celles des nitrites en nitrates. La nitrification est réalisée dans le même réacteur que le traitement de la pollution carbonée. Cependant, compte tenu de la cinétique plus lente de la nitrification, celle-ci ne peut avoir lieu que dans des ouvrages en très faible charge.

La deuxième phase, la dénitrification, a lieu en conditions anoxiques. Les nitrates sont utilisés comme oxydant en remplacement de l'oxygène par les bactéries hétérotrophes qui les réduisent en diazote N2. En plus de conditions d'anoxie, la dénitrification nécessite une source de carbone suffisante. C'est pourquoi dans les systèmes à boues activées, la dénitrification peut avoir lieu dans un bassin séparé qui est alors en amont du bassin biologique aéré. Elle peut également se dérouler dans le même bassin par alternance des phases aération/

anoxie, en programmant les temps de marche et d'arrêt du système d'aération.

L'étape de dénitrification garantit une meilleure gestion de la décantation des boues au niveau du clarificateur. En effet, sans contrôle efficace de la dénitrification, cette étape peut avoir lieu dans le clarificateur ce qui provoque des remontées de boues par dégazage du N2 et des pertes de boues dans le cours d'eau. Une maîtrise du traitement de l'azote par nitrification/ dénitrification permet d'atteindre des rendements jusqu'à 95 % pour l'élimination de l'azote.

 Traitement de la pollution phosphorée:

Contrairement au carbone et à l'azote, le phosphore ne peut pas être évacué vers l'atmosphère. La seule voie d'élimination du phosphore consiste à le concentrer dans les boues. Le traitement de la pollution carbonée peut éliminer 20 à 30 % du phosphore (Deronzier, 2004), performance largement insuffisante.

Un traitement complémentaire est donc nécessaire. Il peut être de deux natures:

biologique ou chimique.

Par voie biologique, la masse bactérienne est soumise à un stress continu par l'alternance de phases aérobies et anaérobies. Durant la phase anaérobie, le phosphore est relargué. Cependant lors de la phase aérobie, le phosphore

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précédemment relargué est réassimilé en quantité supérieure, permettant ainsi une surconsommation biologique du phosphore, qui est extrait avec les boues en excès. La déphosphoration biologique peut atteindre des rendements de 60 à 70

%. Elle nécessite des réglages délicats et une surveillance rigoureuse du fonctionnement biologique. La déphosphoration chimique paraît donc incontournable, soit en complément d'un traitement biologique, soit comme unique traitement de déphosphoration. Elle se réalise par ajout de réactifs chimiques, le plus souvent des sels métalliques, à base de fer ou d'aluminium, et plus rarement par adjonction de chaux. Une réaction de complexation forme un précipité de phosphates métalliques insolubles. Le traitement chimique est fiable et permet d'atteindre des rendements d'élimination supérieurs à 85 % et des concentrations en phosphore total de 1 à 2 mg/L. Cette technique nécessite toutefois des consommations importantes en réactifs chimiques.

Parmi la large gamme de procédés existants, nous décrirons les principales technologies (degremont, 1989):

 Les boues activées: une biomasse principalement hétérotrophe aérobie est maintenue en suspension par un système d'aération qui assure également l'oxygénation des bassins. Ces systèmes d'aération peuvent être des diffuseurs d'air (fines, moyennes ou grosses bulles) situés sur les radiers des bassins ou des agitateurs de surface mélangeant par agitation mécanique l'eau et l'air. Dans les zones (ou lors des phases) d'anoxie, la mise en suspension est assurée par des agitateurs. Les micro-organismes consomment la pollution organique et piègent les colloïdes et les particules dans des excrétions exocellulaires, le biofilm, formant ainsi des flocs en suspension dans l'eau. L'eau usée traitée dans le bassin à boues activées est ensuite dirigée dans un clarificateur où les flocs décantent, produisant les boues secondaires, tandis que l'eau traitée remonte en surface, d'où elle est rejetée à la rivière ou envoyée en traitement tertiaire. Le traitement par boues activées dépollue ainsi les eaux usées par deux actions

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complémentaires: une minéralisation de la pollution organique par la biomasse et une adsorption des substances dissoutes au sein des flocs.

 Le lit bactérien: l'eau s'écoule en gravitaire sur un réacteur à garnissage sur lequel se développe la biomasse. Les substances contenues dans l'eau usée qui ruisselle sur le garnissage sont piégées par le biofilm puis dégradées par la biomasse fixée. Périodiquement, des plaques de biofilm se détachent du garnissage et sont entraînées avec l'eau. En sortie du lit bactérien, l'eau passe dans le clarificateur où elle est séparée des boues, constituées des fractions détachées de biofilm, par décantation. L'oxygénation de la biomasse se fait par circulation naturelle de l'air à travers le garnissage et par diffusion de l'oxygène à travers le biofilm. La performance du lit bactérien dépend donc essentiellement de la qualité du garnissage qui se caractérise par sa surface développée, qui conditionne la quantité de biomasse par unité de volume, et le volume de vide, qui favorise la circulation de l'air.

 Le lagunage : c'est un système extensif dans lequel l'eau usée circule à travers un ou plusieurs bassins peu profonds. Tandis que les matières en suspension décantent au fond des bassins, l'auto-épuration est exercée de manière naturelle, et par conséquent assez lente, ce qui impose de longs temps de séjour et donc des ouvrages de grandes surfaces. Aucune source d'énergie n'est nécessaire car l'oxygénation est naturelle et la circulation de l'eau se fait en gravitaire. Le lagunage est particulièrement intéressant pour les collectivités qui disposent du terrain nécessaire et qui n'ont pas les moyens financiers et humains pour entretenir une usine d'épuration.

 La biofiltration : l'eau usée traverse un réacteur rempli d'un garnissage immergé et présentant une grande surface développée. La biomasse croît à la surface de ce garnissage. Par ailleurs, ce dernier est compact, ne laissant que peu de place à l'eau usée pour circuler, de sorte que celle-ci est filtrée en traversant le réacteur.

L'oxygénation est assurée par un système d'injection d'air situé à la base du

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réacteur. Très compact, ce système combine un traitement biologique et une filtration, le tout sur une surface réduite par rapport aux autres technologies.

Ceci en fait un procédé très adapté pour répondre aux contraintes actuelles des grandes agglomérations. Toutefois la biofiltration consomme plus d'énergie, nécessite une automatisation poussée et des temps d'arrêt pour réaliser le rétro- lavage des réacteurs.

 Les disques biologiques: l'eau circule à travers un bassin dans lequel des disques sont à moitié immergés. Ces disques assurent un support au développement de la biomasse et leur rotation lente autour d'un axe permet l'aération des cultures fixées. Mis à part la conception, le principe de traitement est alors le même que celui des lits bactériens. La performance dépend de la surface des disques et de la charge polluante appliquée. Ces systèmes sont plutôt adaptés aux petites STEP.

Le traitement tertiaire

Il s’agit d’un ou plusieurs traitements complémentaires qui améliorent un paramètre spécifique de la qualité de l’eau rejetée en vue de protéger le milieu récepteur dans une zone localement plus vulnérable. Parmi les traitements existants, nous pouvons citer :

 La désinfection : elle est nécessaire lorsque les eaux usées traitées sont rejetées dans un milieu aquatique à usage balnéaire (plages, zones d’activités nautiques ou touristiques…) ou pour diminuer le risque de contamination humaine (prise d’eau potable, conchyliculture…). Pour éliminer les germes pathogènes, les techniques classiques sont utilisées : chloration, ozonation ou irradiation par rayonnement ultraviolet (UV). Toutefois les composés chlorés se révèlent toxiques pour l’écosystème aquatique et le coût de l’ozone est élevé. C’est pourquoi le traitement privilégié est plutôt la désinfection par UV (degremont, 1989). Cette technique nécessite par ailleurs des eaux

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claires. A cette étape, on peut également utiliser un lagunage pour réduire la quantité des micro-organismes pathogènes.

 Les traitements de finition : pour certains usages, il est conseillé d’atteindre les concentrations très basses en MES, en DBO, en DCO, en azote ou en phosphore. Plusieurs procédés peuvent alors être utilisés comme traitement d’affinage. L’avantage de mettre un traitement tertiaire est de pouvoir cibler le paramètre polluant à traiter et de dimensionner l’ouvrage en conséquence.

C’est le cas de filtration sur sable qui permet de réduire les MES. Des traitements secondaires, comme la biofiltration ou le lagunage, sont également employés. Enfin, pour les petites stations d’épuration (STEP), les lits d’infiltration / percolation jouent le rôle de filtres et de traitement biologique poussé.

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Tableau 2: Procédés utilisés pour les traitements des polluants contenus dans les eaux usées

Source : Metcalf et Eddy (1999).

4. Généralités sur le sulfate d’aluminium et sur les matériaux locaux

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4.1. Historique

Comme l’ont relevé certaines études, les coagulants à base d’aluminium, de fer et même les polymères synthétiques présentent un désavantage important : leur toxicité probante pour l’environnement. Cela a donc poussé quelques chercheurs à investiguer la possibilité d’utiliser des composés d’origine naturelle pour réaliser le procédé de coagulation-floculation (Narasiah, 1998).

Historiquement, les coagulants d’origine végétale et animale sont apparus bien avant les coagulants synthétiques comme les sels chimiques (Narasiah, 1998). Des manuscrits anciens en provenance de l’Inde rapportent que les graines de nirmali, une espèce d’arbre, étaient utilisées pour clarifier l’eau de surface, il y a 4000 ans de cela (Shultz et Okum, 1984). Cependant, un manque de connaissances scientifiques au niveau de leurs mécanismes de fonctionnement et de leur efficacité a ralenti les recherches réalisées sur ces coagulants (Narasiah, 1998). Ainsi, l’utilisation de coagulants naturels a été découragée dans les pays développés sous prétexte qu’ils n’ont jamais été soumis à une évaluation scientifique rigoureuse (Jahn, 1981). Dans les pays en voie de développement, leur développement s’est poursuivi si bien qu’aujourd’hui les pays développés recommencent à s’intéresser à cette alternative (Jahn, 1988). Nombreux sont désormais les matériaux locaux utilisés dans le traitement des eaux usées.

4.2. Définition et description du sulfate d’aluminium

Le sulfate d'aluminium (alun) est un produit chimique industriel polyvalent largement utilisé. Il joue un rôle important dans la production de nombreux éléments essentiels que nous utilisons tous les jours à la maison et dans l'industrie. La majorité de l’alun qui est produit de nos jours est utilisé dans l'industrie des pâtes et papiers, ainsi que dans le traitement de l’eau potable et des eaux usées. Il est peu coûteux et efficace pour une vaste gamme de traitements problématiques, car il peut agir comme coagulant, floculant,