Soutenance mémoire
Les eaux usées
Définition Une eau est dite polluée une fois qu’elle perd ses caractéristiques physiques, chimiques et organoleptiques. Selon Bouziani (2000), la plupart des eaux usées sont agressive, d’autres sont pathogènes, elles peuvent être à l’origine de graves problèmes de santé publique. Les eaux usées sont les eaux évacuées résultant de toutes les activités humaines journalières. On peut distinguer selon leurs origines :
*les eaux usées agricoles qui résultent de l’élevage et de la culture ;
*les eaux usées industrielles dont les caractéristiques dépendent toujours de l’usage de l’eau dans les procédés de fabrication ;
*les eaux de ruissellement pluviales qui sont rejetées après la pluie par les systèmes d’évacuation prévus pour les surfaces imperméables ;
Les eaux épurées qui ne sont que très rarement des eaux pures mais plutôt des eaux usées traitées jusqu’à un niveau de pollution toléré par la législation pour leur émission dans la nature (Anonyme, 2000). Pour comprendre comment on mesure la pollution d’un utilisateur d’eau, il faut tout d’abord répertorier les substances variées qui sont utilisées à la maison et dont nous nous débarrassons avec de l’eau. Généralement, le jargon des hygiénistes fait appel à la couleur, on parle d’eaux grises pour toutes les eaux de lavage et d’eaux noires pour les eaux fécales des W.C que l’on appelle aussi eaux vannes. Cette différence de couleur traduit le niveau du risque sanitaire lié à la dispersion de chacun des deux types d’eau. Suivant des catégories de type chimique, les substances rejetées dans l’eau se répartissent en :
• Matières organiques biodégradables (protéines, graisses, hydrates de carbone) qui peuvent servir de nourriture à des microorganismes et que ceux-ci vont transformer, en partie, en composés minéraux simples ;
• Sels inorganiques (sodium, potassium, Calcium, Magnésium, chlorures, sulfates, phosphates, nitrates,) dont l’origine vient des savons et des produits de nettoyage et aussi de la minéralisation initiale de l’eau ;
• Produits minéraux éliminés par l’organisme (ammoniaque, phosphates …)
• Microorganismes apportés par les matières fécales ;
• Substances dangereuses indésirables et toxiques, très peu biodégradables dans le milieu aquatique telles que ;
o Métaux lourds : Mercure Hg, Plomb Pb….
o Hydrocarbures : huiles minérales de vidange, solvants pour peinture
Les eaux urbaines résiduaires : Les eaux usées urbaines résiduaires sont des eaux ménagères ou qui résultent du mélange d’eaux ménagères avec des eaux industrielles et/ou des eaux de ruissellement. Eaux usées d’origine industrielle : C’est une eau qui à subit des modifications physico-chimiques et qui rentre dans les processus industriels et qui est rejetée à la fin de la chaîne industrielle, souvent chargée par des huiles ou des métaux lourds. Eaux usées d’origine domestique : C’est une eau issue généralement des groupes des agglomérations arrivant des rejets des activités domestiques, elle est constituée par :
– eau ménagère (lavage corporel et du linge, eaux de cuisine),
– eaux vannes chargées de fèces et d’urines,
– eaux de lavage de voirie,
– eaux pluviales,
Elle contient des matières minérales et organiques dans les trois phases solide, liquide et gazeuse et dans les trois états de dispersion : débris grossiers, suspensions (émulsion), colloïdes, molécules dissoutes dissociées ou non. Les eaux usées véhiculent aussi les microorganismes pathogènes ou sporophytes et virus. Selon Richard (1996), cette eau contient des détergents anioniques (alkylsulfates alkylaryl sulfaté) qui agissent comme émulsionnants, moussant mouillants. Ils ont la faculté de diminuer la capacité de ré oxygénation des eaux de surface et d’inhiber l’épuration biologique par des bactéries (Collas, 1962).
Les bactéries indicatrices de pollution
Cette classe de bactéries comprend des genres et espèces dont la présence dans les eaux ne constituées pas en elle-même un risque sur la santé des populations, mais indique l’importance de la pollution biologique des eaux.
Les coliformes Les coliformes sont divisés, en général, en deux types
• Les coliformes d’origines fécales, comprennent les espèces des genres citobacter, levinea, Klebsiellapneumoniae, Enterbactrercloacae…. Etc, rencontre dans les matières fécales humaines ou animales, les eaux usées et les eaux de surface polluées ;
• Les coliformes non fécaux ; correspondant a de nouvelle espèces, Serratiafonticola, Buttiauxellaagrestis, Enterobecterintermédium, klebsiellaterrigéna…. Etc qui provient uniquement des eaux d’alimentations et des sols incultes. (Youness A. ; 2009)
Les Streptocoques fécaux Ce sont les espèces appartenant au groupe D (possédant les propriétés qui leurs permettent de se multiplier dans des conditions hostiles de croissance) qui sont recherchées comme test de contamination fécale. Exemples : Enterococcusavium, Enterococcusfaecalis, Streptococcus bovis, Streptococcus equinus…etc. Chez les espèces fécales, il existerait une spécificité d’habitat, cette particularité jouerait un rôle dans la détermination de l’origine de contamination (Youness, 2009).
Les Clostridium sulfito-réductrices Les Clostridium sulfito- réductrice ne sont pas seulement d’origine fécale, mais sont des germes ubiquistes, dont la présence dans l’eau est souvent révélatrice d’infiltration telluriques ou de matières organiques en putréfaction, bien que C. perfringens soient un indicateur assez spécifique de la pollution liée aux déjections animales. La présence de ses spores permet donc de détecter une contamination ancienne ou intermittente. Leur absence indique une bonne protection des nappes
Historique de la phytoépuration
Les marais artificiels sont l’écosystème le plus important sur terre pour ses conditions hydrologiques et son rôle comme étant un écotone entre les deux systèmes terrestre et aquatique (Vymazal, 2010). L’usage des marais pour recevoir les eaux usées remonte au début du siècle. Les marais, les marécages et les tourbières étaient perçus comme des milieux récepteurs d’eaux usées, mais jouaient tout de même un rôle épuratoire non négligeable. Les premières notions scientifiques relatives à l’usage des marais pour le traitement des eaux usées remontent aux environs de 1946 avec Seidel (Vymazal, 2005). Le procédé développé par Seidel, aussi appelé « Max Planck Institute System (MPIS) » ou « Krefeld Process (KP) », comporte plusieurs étages successifs. Les plantes généralement utilisées sont le phragmite (Phragmites australis), le scirpe (Scirpus sp.), I’iris (Iris sp.) et la quenouille (Typha. sp.). Ce type de procédé fut introduit en 1964 par Kickuth en Allemagne (Vymazal, 2010). Kickuth a développé en Allemagne, depuis 1964, un procédé de traitement à écoulement horizontal sous la surface. Ce procédé utilise surtout le roseau commun (Phragmites australis) mais peut aussi comprendre, pour certaines applications particulières, le jonc (Joncus sp.), le scirpe (Scirpus sp.), l’iris des marais (Iris pseudacorus) ou la menthe d’eau (Mentha aquatica). Un premier système fut mis en exploitation à Othfresen en 1974 (Vymazal, 2002). Ce procédé utilise un mélange de sol organique, de sable et d’argile dont la perméabilité est relativement faible. Ce mélange est sélectionné afin de favoriser la croissance des plantes et d’augmenter la capacité d’adsorption du sol en vue principalement d’enlever tous les nutriments. La capacité hydraulique est maintenue par le réseau de racines et de rhizomes des plantes qui croissent et qui meurent. Selon Kickuth, le développement des plantes permet d’obtenir, après 3 ans, une perméabilité de l’ordre de (10-1 à 9.10-1 cm/s -1 ), quel que soit le type de sol retenu (Greenway, 2010).
Rôle des micro-organismes
Les bactéries se nourrissent des matières dont sont chargées les eaux usées. Elles les transforment en molécules inoffensives. La dégradation de la matière organique et la dénitrification d’azote dans la region des racines des plantes où s’effectue le traitement est médiaturé par les microorganismes. L’émission d’oxygène par les racines des macrophytes crée des zones oxydées autour des racines. La plupart du contenu organique des eaux résiduaires est décomposé en dioxyde de carbone (CO2) et eau dans ces zones en utilisant l’oxygène comme dernier accepteur d’électrons. En plus l’ammoniaque est oxydée en nitrates par bactéries nitrifiante dans ces zones. Par ces processus les nitrates sont convertis en azote (N2), qui s’évapore vers l’atmosphère. Dans une région de la rhizosphère, la matière organique peut être décomposée anaérobiquement en dioxyde de carbone (CO2) et méthane (CH4) par des processus fermentifs. L’existence simultanée des zones oxydées, anoxiques, et de réduction, et l’interaction entre les différents types de processus de dégradation microbiennes dans ces zones, est essentiel pour une décomposition de la matière organique et un prélèvement des nutriments efficace dans la région des racines des plantes où s’effectue le traitement. En plus de tels interactions peuvent être favorables pour la décomposition des composés persistants, tel que les hydrocarbures chlorées (Kobayashi et Rittman,1982).
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Table des matières
Introduction
PARTIE BIBLIOGRAPHIQUE
Chapitres I: Généralités Sur les eaux usées
1 Les eaux usées
1.1 Définition
1.2 Les eaux urbaines résiduaires
Eaux usées d’origine industrielle
Eaux usées d’origine domestique
1.3 Les eaux de drainage
1.4 Caractéristiques des eaux usées
1.4.1 Paramètres physiques
1.4.1.1 La température
1.4.1.2 La matière en suspension (MES)
1.5 Paramètres Organoleptiques
1.5.1 L’odeur
1.5.2 La couleur
1.6 Paramètres Chimique
1.6.1 Le potentiel Hydrogène (pH)
1.6.2 La Conductivité
1.6.4 La Demande Chimique en Oxygène (DCO)
1.6.5 La Demande Biochimique en Oxygène (DBO)
1.6.6 L’azote
1.6.7 Le Phosphore
1.7 Les bactéries indicatrices de pollution
1.7 1 Les coliformes
1.7.2 Les Streptocoques fécaux
1.7.3 Les Clostridium sulfito-réductrices
Chapitre II : Traitement des eaux usées
2. Traitement des eaux usées
2.1 Traitement par boue activées
2.2 Traitement par lagunage
2.2.1 Principe générale du lagunage
2.2.2 Les différents systèmes de lagunages
a) Lagunage naturel
b) Lagunage aéré
2.3 Le pouvoir épuratoire par macrophytes
2.3.1 – Phytoépuration
2.3.2 – Les types de filtres plantés
2.3.2.1 – Les filtres plantés à écoulement vertical
2.3.2.2 – Les filtres plantés à écoulement horizontal
Chapitre III: Phytoépuration
3. Phytoépuration
3.1 Historique de la phytoépuration
3.2 Généralités sur les systèmes de la phytoépuration
3.2.1 Les marais artificiels
3.2.1.1 Les composantes d’un marais artificiel
a) L’eau
b) Le substrat, sédiment et détritus
c) La végétation
d) Les micro-organismes
e) Les animaux
3.2.1.2 Les types des marais construits
a) Bassin à écoulement en surface
b) Bassin à écoulement sous-surface
c) Les systèmes hybrides
3.3 Principe de fonctionnement
3.3.1. Rôle des micro-organismes
3.3.1.2. Rôle des macrophytes
3.3.1.3. Plantes utilisées
PARTIE EXPERIMENTALE
Chapitre IV: Présentation de la région d’étude
4. Présentation de la région d’étude
4.1 Le cadre géographique
4.2. Climatologie
4.2.1 La température
4.2.2 L’humidité
4.2.3 Le vent
4.2.4 L’évaporation
4.2.5 L’insolation
4.2.6 Les précipitations
4.3 Synthèse climatique
4.3.1 Diagramme ombrothermique de Bagnouls et Gaussen
4.4. Géomorphologie
4.5. Géologie
4.6. Pédologie
4.7. Hydrogéologie
4.7.1. Hydrologie superficielle
4.7.2. Hydrologie souterraine
4.8. Topographie
4.9 Points de rejets des eaux usées à Témacine
Chapitre V: Matériel et méthodes
5. Matériel et méthodes
5.1 Description de la station de traitement des eaux usées
5.1.1 Création de station pilote
5.1.2 Présentation de la station pilote WasteWater Garden
5.1.3. Fonctionnement de la station
a) Principe de système WWG
b) La fosse septique et ses composants
c) Le bassin WWG
c) Le boîtier de contrôle
d) La zone de drain (filtre vert)
f) Traitement secondaire
5.1.4 Les espèces épuratrices dans le bassin de traitement de la station WWG
5.1.5 Zone de drainage
5.2 Echantillonnage
5.2. 1 Les analyses des eaux
5.2.1.1 Paramètres physico chimiques
a) La Température
b) L’oxygène dissous
c) Le potentiel hydrogène
d) La conductivité électrique
e) La matière en suspension MES
f) Détermination de la demande chimique en oxygène (DCO) : Norme AFNOR T 90 101
g) Détermination de la demande biochimique en oxygène : Norme AFNOR
h) Les nitrites N-NO2 et nitrates N-NO3
5.2.1.2 Analyses bactériologiques
a) Recherche et dénombrement des Coliformes totaux
b) le test de confirmation appelé aussi test de Mac Kenzie
c) Recherche et dénombrement des Streptocoques fécaux
d) Recherche et dénombrement des spores de bactéries anaérobies Sulfito-réducteurs (BSR)
e) Recherche de salmonella et shigella
d) Identification
5.2.1.3 Les analyses des plantes
Chapitre VII: Résultats et discussion
6. Résultats et discussion
6.1. Résultats des analyses physico-chimiques des eaux
6.1.1. La température
6.1.2. Le pH
6.1.3. La conductivité électrique (CE)
6.1.4. Les matières en suspension (MES)
6.1.5. Les matières volatiles
6.1.6. Les nitrites
6.1.7. Les nitrates
6.1.8. L’oxygène dissous
6.1.9. Demande biochimique en oxygène (DBO5)
6.1.10. Demande chimique en oxygène (DCO)
6.2. Résultats des analyses bactériologiques
6.2.1. Recherche et dénombrement des coliformes totaux
6.2.2. Recherche et dénombrement des Coliformes fécaux
6-2-3. Recherche et dénombrement des streptocoques fécaux
6.2.4. Dénombrement des bactéries anaérobies sulfito-réductrices (BSR)
6.3. Mesure morphométrique du végétale
6.3.1. Nerium oleander
6.3.2. Le Cyperus alternifolius
6.3.3. Juncus effususs
6.3.3.1 Hauteur des tiges
6.3.4 Typha latifolia
6.4. Les résultats d’analyse chimique des macroéléments
6.4.1. L’azote
6.4.2. Le potassium
6.4.3 Hydrocarbures aromatiques polycycliques
Conclusion générale
Références bibliographiques
Annexes
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