Soutenance mémoire
Les procédés actuels de traitement des eaux
Généralités
L’eau potable est un constituant essentiel pour le développement de la vie et deux questions se posent: d’où vient l’eau du robinet ? et où vont les eaux usées ? L’eau brute, provenant des eaux souterraines et eaux superficielles, est propre mais pas forcément potable. Elle est donc envoyée vers une usine de potabilisation des eaux. Ensuite, l’eau traitée est stockée dans des châteaux d’eau puis distribuée aux usagers. La qualité de l’eau de robinet dépend de la qualité de l’eau brute, des traitements effectués dans l’usine de potabilisation et du mode de distribution. Une fois l’eau utilisée, elle est dirigée vers les égouts. Puis les eaux usées provenant des eaux domestiques et des eaux industrielles sont récupérées par les stations d’épuration des eaux (STEPs). L’eau traitée à la sortie des STEPs est rejetée dans le milieu naturel et le cycle de l’eau recommence. Il est à noter que l’eau rejetée contient toujours des micropolluants qui contaminent les eaux ressources.
Les différentes étapes de traitement des eaux
Les opérations de traitement des eaux dépendent de la nature de l’eau à traiter, eaux usées ou eaux potables.
Traitement des eaux usées
Les stations d’épuration des eaux usées (STEPs) ont pour objectif le traitement des eaux industrielles et des eaux domestiques. Lors de la restitution de l’eau dans le milieu naturel, sa qualité doit respecter les normes de rejet. Les traitements varient selon la nature des eaux usées (charge polluante). Le procédé de traitement comprend différentes étapes[18] :
Prétraitement
Le prétraitement a pour objectif d’éliminer les éléments les plus grossiers qui sont susceptibles de gêner les traitements ultérieurs et d’endommager les équipements.
➤ Dégrillage: il s’agit de se débarrasser des déchets volumineux. Les eaux usées passent au travers d’une grille dont les barreaux, plus ou moins espacés, retiennent les matières les plus volumineuses. Le tamisage qui utilise des grilles dont l’espacement est plus réduit, complète cette phase de prétraitement si nécessaire.
➤ Dessablage: il débarrasse les eaux usées des sables par sédimentation. L’écoulement de l’eau à une vitesse réduite dans un bassin appelé « déssableur » entraîne leur dépôt au fond de l’ouvrage.
➤ Dégraissage: il vise à éliminer les graisses par flottation (en injectant de l’air). celles-ci peuvent gêner l’efficacité des traitements biologiques qui interviennent ultérieurement.
Traitement primaire
Après les prétraitements, il reste dans l’eau une charge polluante dissoute et des matières en suspension (MES). Ce traitement consiste à éliminer ces matières en suspension ;
♦ soit par décantation afin de les agglomérer
♦ soit par un traitement physicochimique en utilisant par exemple, un coagulant comme le chlorure ferrique qui permet d’agglomérer les particules en suspension dans la solution. On peut également utiliser le sulfate d’aluminium ou un floculant. Les matières solides se déposent au fond d’un ouvrage appelé décanteur pour former les boues primaires.
Ce traitement permet d’éliminer une forte proportion des matières en suspension (MES). Cependant, il génère ce qu’on appelle « les boues primaires ».
Traitement secondaire (ou biologique)
Trois principales techniques d’épuration biologiques sont appliquées. Elles utilisent l’activité des bactéries présentes dans l’eau pour dégrader les matières organiques. Ces techniques sont soit anaérobies, c’est-à-dire se déroulant en absence d’oxygène, soit aérobies, c’est-à-dire nécessitant un apport d’oxygène. En fonction des besoins, l’oxygène indispensable à l’activité des bactéries peut être apporté par une agitation mécanique de l’eau en certains endroits.
♦ Le lagunage: dans ce procédé, les eaux usées sont exposées à la lumière du soleil dans une série de bassins de faible profondeur. Les microalgues vivant dans ces eaux s’y développent. Elles dégagent ainsi de l’oxygène qui, ajouté à celui qui s’échange entre l’air et l’eau, permet aux bactéries épuratrices de se reproduire rapidement et d’éliminer ainsi une partie de la pollution.
♦ Les lits bactériens ou biofiltres: ce procédé consiste à faire passer l’eau usée sur des supports sur lesquels les microorganismes épuratoires se fixent. Ce système est aéré artificiellement, il est intensif et n’utilise pas d’algues.
♦ Les boues activées: ce procédé très majoritairement utilisé en France (80% des STEPs) épure les eaux grâce à une culture en suspension des microorganismes épurateurs. Les bassins sont fortement aérés et brassés.
A l’issue des traitements, une décantation permet de séparer l’eau épurée des boues issues de la dégradation des matières organiques. Cette décantation s’effectue dans des ouvrages spécifiques « les clarificateurs » ou décanteurs secondaires. L’eau épurée peut alors être rejetée dans le milieu naturel. Les boues récupérées au fond de l’ouvrage sont en partie renvoyées vers le bassin d’aération pour y maintenir la concentration voulue en micro-organismes épuratoires. Les boues restantes sont extraites, déshydratées et valorisées (épandage agricole, incinération, compostage).
Traitement tertiaire
Les traitements primaires et secondaires ne suffisent pas toujours pour atteindre les normes de rejet attendues localement. Un traitement tertiaire est alors mis en place pour éliminer par exemple les germes pathogènes. Ce traitement est effectué avant une zone de baignade ou d’aquaculture, par exemples : désinfection en utilisant du chlore (ou lagunage).
Traitement quaternaire
Ce traitement vise à éliminer les micropolluants qui restent dans l’eau à des concentrations très faibles mais suffisantes pour générer un problème environnemental. Parmi ces micropolluants, on peut citer les médicaments, les œstrogènes, les cosmétiques, les parfums, les métaux, les biocides, les retardateurs de flamme. Des techniques membranaires sont parfois utilisées pour assurer un niveau de traitement équivalent à la production d’eau potable. Ces méthodes sont cependant très chères tant à l’investissement qu’à l’exploitation.
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Table des matières
Introduction
Chapitre I Contexte de l’étude
I Les polluants
II Réglementation
III Les procédés actuels de traitement des eaux
III.1 Généralités
III.2 Les différentes étapes de traitement des eaux
IV Les adsorbants
V Le magnétisme dans le traitement des eaux
Chapitre II Matériaux et méthodes
I Introduction
II Techniques de caractérisation
II.1 Spectrométrie d’absorption atomique
II.2 Spectrophotométrie UV-Visible
II.3 Mesure de magnétisme
III Modèles théoriques
III.1 Modélisation des isothermes d’adsorption
III.2 Modélisation des cinétiques d’adsorption
III.3 Les polluants modèles
IV Ferrofluide
IV.1 Définitions
IV.2 Effet du pH sur la stabilité des ferrofluides
IV.3 Propriétés magnétiques des ferrofluides
IV.4 Synthèse des Ferrofluides
IV.5 Caractérisation des ferrofluides
V Conclusion
Chapitre III Synthèse et caractérisation des billes
I Introduction
II Les polymères
II.1 Alginate
II.2 Chitosane
III Les hydrogels
III.1 Généralités
III.2 Gel d’alginate
III.3 Les gels de chitosane
III.4 Méthode de synthèse de billes de biopolymère
III.5 Caractérisation des billes
IV Conclusion
Chapitre IV Adsorption par des billes simples
I Introduction
II Préparation et analyse des échantillons
III Propriétés d’adsorption des billes
III.1 Billes de chitosane
III.2 Billes d’alginate
III.3 Régénération des billes
III.4 Conclusion
Chapitre V Effet d’un tensioactif sur l’adsorption du p-nitrophénol par des billes d’alginate
I Introduction
II Expériences préliminaires
III Adsorption de CPC par les billes magnétiques d’alginate
III.1 Chlorure de cétylpyridinium (CPC)
III.2 Préparation des échantillons
III.3 Observation des échantillons
III.4 Isotherme d’adsorption
III.5 Effet du temps de contact sur l’adsorption
III.6 Effet du pH
IV Adsorption du p-nitrophénol par des billes alginate/CPC
IV.1 Préparation des échantillons
IV.2 Effet de la concentration en tensioactif sur l’adsorption du p-nitrophénol
IV.3 Isotherme d’adsorption du p-nitrophénol
IV.4 Effet du pH sur l’adsorption du p-nitrophénol
IV.5 Cinétique d’adsorption du p-nitrophénol
Chapitre VI Adsorption du p-nitrophénol par des billes alginate/Argile
I Introduction
II Les argiles: généralités
II.1 Structure des argiles
II.2 Classification des argiles
II.3 Quelques propriétés caractéristiques des argiles
II.4 Les argiles pontées
III Etude de l’adsorption du p-nitrophénol par des billes alginate/argile
III.1 Les organobentonites
III.2 Synthèse et caractérisation des billes d’alginate modifiées
III.3 Propriétés d’adsorption des billes d’alginate avec argile
III.4 Conclusion
Conclusion
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