Soutenance mémoire
Les procédés biologiques d’épuration
Réutilisation des eaux usées
Introduction
La réutilisation des eaux usées est un enjeu politique et socio-économique pour le développement futur des services d’eau potable et d’assainissement à l’échelle mondiale. Elle présente, en effet, l’avantage majeur d’assurer une ressource alternative à moindre coût permettant de limiter les pénuries d’eau, de mieux préserver les ressources naturelles et de contribuer à la gestion intégrée de l’eau [45].
Notion de risque
Les études d’estimation du risque distinguent deux types de risque : le risque potentiel et le risque réel. a) Le risque potentiel : comprend lui-même le risque théorique et le risque expérimental. Le risque théorique est défini par le critère d’absence ou de présence d’un contaminant (micro-organisme, métal lourd, etc.). Il dépend de la population qui produit les eaux usées et d’autres facteurs (présence de rejet industriel, réseau unitaire, etc.). Les différents dangers liés à la composition des eaux usées ont déjà été abordés dans la première partie. Le risque expérimental est le risque que le contaminant soit transmis à un individu. Il dépend de la dose de départ, de l’efficacité du traitement, de la capacité de survie (pour les microorganismes) ou de rétention (pour les micropolluants), et de la dose minimale nécessaire pour contaminer un individu (i.e. dose infectante pour les micro-organismes et seuil de toxicité pour les micropolluants). Pour les micro-organismes, des facteurs particuliers interviennent, comme la latence ou la multiplication dans l’environnement. Quant aux micropolluants, leur passage dans le milieu naturel peut les dégrader en produits plus ou moins dangereux et aux propriétés souvent inconnues.
b) Le risque réel correspond à la probabilité d’être contaminé dans une population exposée. Il dépend des facteurs liés au risque potentiel, et dépend également des capacités immunitaires de l’individu (naturelles ou acquises), ainsi que d’autres facteurs comme l’âge, le sexe, l’état de santé, la nutrition, l’hygiène et la capacité diagnostique (clinique, sérologique et portage) des acteurs de santé [6].
Risques sanitaires liés à la réutilisation des eaux usées épurées
Les eaux usées contiennent de nombreuses substances présentant des dangers pour la santé humaine. Ce sont les micro-organismes pathogènes (virus, bactéries et parasites) et les micropolluants (métaux lourds et micropolluants organiques). Dans les stations d’épuration, des traitements (décantation, filtration, digestion bactérienne, etc.) permettent de réduire fortement les concentrations de ces contaminants. Le risque sanitaire lié à l’utilisation d’eaux épurées dépend à la fois des concentrations en contaminants dans ces eaux, c’est à dire du niveau de traitement supplémentaire appliqué et du degré d’exposition des populations. Ce degré d’exposition dépend de l’usage qui sera fait de l’eau. Celui-ci pouvant être agricole, industriel ou urbain [46].
Réutilisation des eaux usées épurées (REUE) en agriculture et risques sanitaires
L’irrigation est l’activité humaine qui consomme le plus d’eau. La réutilisation agricole des eaux épurées comme moyen d’économiser la ressource a donc été une des premières voies de développement des projets de REUE. Certains pays devant faire face à de graves pénuries d’eau ont développé en ce sens une politique à l’échelle nationale. Dans le cas spécifique de l’irrigation, les bénéfices ne résident pas seulement dans la préservation du milieu et de la ressource, mais aussi dans la nature des eaux usées. En effet, elles contiennent des éléments fertilisants (azote, phosphore et potassium) ainsi que des oligoéléments (fer, cuivre, manganèse, zinc, etc.) qui sont bénéfiques pour les cultures, et qui peuvent augmenter significativement le rendement. Les MES contribuent également à la fertilisation des sols car elles sont riches en matières organiques. L’utilisation d’eaux usées à la place d’engrais de synthèse coûteux est économiquement intéressante pour les agriculteurs. De plus, l’arrosage avec des eaux usées constitue une sorte de fertigation, c’est-à-dire l’application combinée d’eau et de fertilisants via le système d’irrigation. La fertigation permet un apport fractionné et à faible dose des engrais ; en cela elle est bénéfique pour l’environnement car elle évite la pollution des sols et les dépendances aux fertilisants, qui sont des phénomènes qui apparaissent avec une fertilisation classique. Le bénéfice d’une REUE peut donc être double : – Au niveau économique, car en plus d’une préservation quantitative de la ressource, les agriculteurs font des économies d’engrais ; – Au niveau écologique, car en plus de la diminution des rejets d’eaux usées dans le milieu, la pollution agricole diminue. Mais il faut faire attention à ne pas apporter ces éléments fertilisants en excès. Il y a en effet un triple risque : Un risque sanitaire: les MES protègent les micro-organismes de beaucoup de traitements, comme les traitements au chlore ou aux ultraviolets. Il existe donc une compétition entre l’élimination des micro-organismes et la préservation de MES en vue d’une utilisation agricole ; Un risque technique: si les MES sont présentes en trop grand nombre, elles peuvent entraîner le bouchage des canalisations et systèmes d’irrigation ; Un risque agronomique et environnemental: il est possible que les éléments soient apportés en excès. Dans ce cas, il y a un risque de pollution des sols et de diminution du rendement. Les taux en éléments nutritifs (nitrate essentiellement) et la salinité de l’eau utilisée (cause de la dégradation des sols) sont de première importance. Il faut donc trouver le bon équilibre entre le niveau de traitement, les besoins des cultures et la nature du sol. Enfin, il faut signaler que l’utilisation d’eaux épurées pour l’irrigation doit donc se faire avec
précaution [6].
La réutilisation des eaux usées épurées (REUE) en industrie et risques sanitaires
La REUE peut trouver des applications industrielles, notamment dans les circuits de refroidissement (centrale électrique) ou dans les industries consommatrices d’eau (papeteries, usines textiles…). Les applications urbaines de la REUE sont essentiellement l’arrosage des parcs et jardins, les bassins d’agrément, les eaux vannes, la climatisation d’immeubles, les réservoirs anti-incendie et le nettoyage de la voirie. Les autres applications possibles concernent les laveries industrielles, les stations de lavage de voiture, l’industrie du papier, la production d’acier, de textiles, les industries d’électronique et de semi-conducteurs, etc. La qualité requise est spécifique à chaque industrie parce que sa composition chimique peut avoir des répercussions sur les process industriels [6].
La réutilisation des eaux usées épurées en zone urbaine
Les utilisations possibles d’eaux épurées en zone urbaine sont extrêmement nombreuses, et il en existe de multiples exemples à travers le monde. Ces projets concernent : l’arrosage de parcs, de terrains de sport, de terrains de golf, d’aires de jeux ; les bassins d’agréments, bassins pour la pêche et la navigation de plaisance ; les eaux des sanitaires d’un immeuble ou d’un groupe d’immeubles ; le lavage de voirie, réservoirs anti-incendie, etc.
La réutilisation des eaux usées épurées (REUE) en zone urbaine nécessite un réseau double qui permet de distribuer séparément les eaux épurées et l’eau potable. Il peut y avoir un réseau double à l’échelle de la ville entière ou à l’échelle de l’habitation. Lors de la modification d’un système déjà existant, l’installation d’un second réseau de distribution peut représenter jusqu’à 70 % du prix d’un projet de REUE, ce qui peut rendre le projet économiquement irréalisable ; cependant, si le double réseau est installé en une seule fois, lors de la construction d’un nouveau lotissement par exemple, le coût est moins élevé. Ainsi, le surcoût de l’installation d’un réseau double dans un immeuble en construction est inférieur à 10 % du prix du réseau non doublé.
Aux États-Unis, les premiers systèmes de ce genre ont été développés il y a plus de 70 ans. Le premier a été construit à Grand Canyon Village (Arizona) en 1926, pour fournir aux habitants de l’eau épurée pour l’arrosage. La qualité requise dans les projets de REUE en zone urbaine a des exigences similaires aux autres réutilisations, avec quelques variances : la qualité esthétique est importante : la présence de mousse, d’algues, etc. est à éviter (mauvaise perception de la part du public). Il faut également réduire le développement d’insectes (moustiques…) ; la présence d’une faune concentrant des polluants (mercure, DDT, etc.) peut poser problème pour les activités de pêche [6], [47].
Recharge de nappe
Ce mode de réutilisation a lieu essentiellement dans des zones arides qui doivent faire face à des problèmes d’assèchement de nappes, ou dans des zones côtières où les nappes sont envahies par l’eau de mer. La principale motivation concernant la recharge de nappe est la dégradation de sa qualité environnementale et/ou la diminution de sa réserve en eau. Il existe deux moyens de recharger une nappe phréatique : Par percolation : Les effluents traités sont déversés dans des bassins gravitaires Par recharge directe : L’eau est injectée dans la nappe par des puits.
Conclusion
La réutilisation des eaux usées en agriculture a un double objectif d’économie de la ressource : il permet à la fois d’économiser les ressources en amont en les réutilisant, mais aussi de diminuer le volume des rejets pollués. Si le traitement est suffisant, les risques sanitaires présentés par l’utilisation d’eaux usées épurées sont acceptables. Il a été observé que les professionnels qui sont amenés à être en contact avec les eaux usées, traitées ou non, ne sont pas plus malades que la population générale, même s’ils sont plus exposés.
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Table des matières
Introduction générale
A) Etude bibliographique
Chapitre I : Généralités sur les eaux usées
I.1. Définition.
I.2. Origine des eaux usées
I.2.1. Les eaux usées domestiques..
I.2.2. Les eaux pluviales
I.2.3. Les eaux usées industriel
I.2.4. Les effluents agricoles
I.3. Réseaux d’assainissement
I.3.1. Le système unitaire
I.3.2. Le système séparatif
I.3.3. Le système pseudo-séparatif
I.3.4. Le système hybride ou composite
I.3.5. Les systèmes non collectifs
I.4. Composition des eaux usées
I.4.1. Les micro-organismes
I.4.2. Matières en suspension
I.4.3. Les éléments traces ou micropolluants
I.4.4 Les substances nutritives
I.4.5. Salinité
I.5. Paramètres et type de pollution
I.5.1 Les paramètres physico-chimiques
Chapitre II: Procédés d’épuration des eaux usées
II.1. Introduction
II.2. Etapes d’épuration .
II.2.1. Le prétraitement (physique)
II.2.2. Le traitement primaire (biologique)
II.2.3. Traitement secondaire (physico-chimique)
II.2.4. Le traitement tertiaire
II.2.5. Les procédés biologiques d’épuration
II.3. Conclusion
Chapitre III : La Filtration sur Sable
III.1. Définition
III.2. But de la filtration
III.3. Matériaux de filtration
III.3.1. Caractéristiques des matériaux filtrants
III.4. Différents types de filtration
III.4.1. Filtration lente sur sable
III.4.2. Filtration rapide sur sable
III.4.3. La filtration sous pression
III.5. Conclusion
Chapitre IV : Réutilisation des eaux usées
IV.1. Introduction
IV.2. Notion de risque
IV.3. Risques sanitaires liés à la réutilisation des eaux usées épurées
IV.4. Réutilisation des eaux usées épurées (REUE) en agriculture et risques
sanitaires
IV.5. La réutilisation des eaux usées épurées (REUE) en industrie et risques
sanitaires
IV.6. La réutilisation des eaux usées épurées en zone urbaine
IV.7. Recharge de nappe
IV.8. Conclusion
Chapitre V: Description de la station d’épuration d’AIN EL HOUTZ
V.1. Introduction
V.2. Présentation de la STEP de « AÏN EL HOUTZ »
V.2.1. Situation géographique
V.2.2. Principe de fonctionnement
V.2. 3. Description des installations
V.3. Données de base
V.4. Filière de traitement
V.5. Conclusion
B) Etude expérimentale
Chapitre VI : Matériel et méthodes
VI.1. Dispositif expérimental
VI.2. Protocoles expérimentaux
Chapitre VII : Résultats et interprétations
VII.1. Caractéristiques physiques des sables
VII.2. Résultats des analyses microbiologiques .
VII.3. Etude de la filtration sable (Résultats des analyses physicochimiques)
VII.4.Conclusion
Conclusion générale
Références bibliographiques
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