Memoire Online - Traitement des eaux usées domestiques par biodénétrification : effet du nitrate

A mes très chers parents qui ont toujours été là pour moi, et qui m'ont donné un magnifique modèle de labeur et de persévérance. J'espère qu'ils trouveront dans ce travail toute ma reconnaissance et tout mon amour.

A mes meilleurs amis :jamal,al mehdi,abdlatif,simo,brahim , ismail , mouhssine , tamou, fatima,sanae,rhizlan,zahra , hassna .

REMERCIEMENTS

Après mes louanges à Dieu, et au terme de mon stage, je tiens à exprimer mes remerciements à Mr. O. ASSOBHEI mon encadrant,qui a dirigé mon travail.

Je tiens également à exprimer mes vifs remerciements au jeune doctorant Mlle I.KADER YETTEFTIpour son aide et ces conseils.

Je tiens aussi à remercier particulièrement tous les étudiants du Laboratoire de Biotechnologies Marine et de l'Environnement pour leurs soutiens. Ainsi à mes amis de la faculté.

Et enfin, je voudrais adresser mes remerciements sincères aux membres de jury qui vont me soutenir et qui me feront honneur par leurs présences.

LISTEDESABREVIATIONS

LISTE DES FIGURES

Figure1 : Schéma général d'une boue activée ........................................................9

Figure2 : Schéma de la filière lit bactérien.........................................................................10

Figure3: Coupe schématique d'une station à lits fixes rotatifs....................................11

Figure4: Photo qui représente une vue général de la Step RALBI...............................14

Figure5 : Fonctionnement de Step RALBI............................................................15

Figure6: Photos 1) bassin tampon 2) décanteur- digesteur.......................................16

Figure7 : Schéma descriptif de RALBI...............................................................18

Figure 8: Photo de filtre planté........................................................................19

figure9 : Garnissage de filtre...........................................................................19

Figure10: Photo de biofiltre............................................................................20

Figure11 : Variation de la DCO au cours du traitement...........................................22

Figure12 : Taux d'abattement spécifié de chaque unité............................................23

Figure 13 : Concentration du nitrate dans chaque unité...........................................24

RESUME

Mon stage de fin d'étude s'inscrit dans le cadre général qui vise le traitement biologique des eaux usées. Il a été réalisé au laboratoire BIOMARE, au sein de l'équipe de Biotechnologie Marine et de l'Environnement de la Faculté des Sciences d'El Jadida, sous la direction du Professeur Monsieur Omar ASSOBHEI.

Mon travail comporte une étude bibliographique sur les eaux usées et leurs étapes de traitement en éclairant, l'étape du traitement secondaire, qui `est un traitement biologique, qui vise a éliminé la pollution d'origine organique. Et en a prenant comme exemples : les boues activées, lits bactérienne aérobie,lits bactérienne anaérobie, et les disques biologiques.

Ce travail comporte aussi une partie expérimentale réalisée au laboratoire de Biotechnologies Marine et de l'Environnement qui consiste a testé la performance de la station RALBI pour ce qui concerne la DCO et le nitrate

SOMMAIRE

INTRODUCTION......................................................................................1

CHAPITRE I . CONCLUSION........................................................................................25

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES..........................................................26

ANNEXES............................................................................................28

INTRODUCTION

Le Maroc est caractérisé par un climat méditerranéen très variable, qui est accompagné par des périodes de sécheresse de plus en plus répétitives causant de sérieux problèmes socio-économique. En plus de l'important accroissement démographique qu'a connu pendant ces dernières décennies. Ces gènes ont poussé le Maroc de développer une politique de mobilisation des ressources en eau, permettant de stocker près de 70% de son potentiel hydrique d'eau de surface. Le potentiel des ressources en eau naturelles, est évalué actuellement au Maroc à 22 milliards de m³ par an. Selon Bzioui et al. (2004), vers 2030, 14 millions d'habitants, soit 35 % de la population totale du pays, disposeraient de moins de 500 m³/hab/an, qui est une quantité inférieure à la valeur limite de la pénurie d'eau, soit 720 m³/hab/an.

Le déséquilibre entre l'offre et la demande en eau devrait être ressenti vers 2020 : Les ressources en eau par habitant seront équivalentes à la moitié des ressources actuelles et le manque d'eau pourrait devenir un frein au développement du Maroc à cause notamment des changements climatiques et des problèmes de pollution des ressources en eau.

Actuellement, les aspects concernant la qualité de la ressource n'ont été que peu considérés : Le secteur de l'assainissement connaît un grand retard et plus de 90% des eaux usées sont rejetées dans le milieu naturel sans traitement préalable. Selon Reffouh et al. (2007), le volume des eaux usées a été évalué à 600 millions de m³/an en 2005 et sera porté à 900 millions de m³/an en 2020.

Actuellement, seulement moins de 10% des rejets du pays sont traités. Ce retard est dû essentiellement au manque d'infrastructure d'épuration, et aussi au coût élevé du traitement. Il apparaît donc clairement que le Maroc doit développer des techniques d'épuration adaptées au contexte national, qui tiennent compte d'une part des ces capacités techniques et financières.

Ce travail a pour objectif de tester l'efficacité d'une station de traitement des eaux usées domestique à l'université Chouaib Doukkali, faculté des science dont un procédé innovant réacteur biologique a lit bactérien immergé (RALBI) comme traitement secondaire, et d'évaluer les performances épuratoires de ce procédé afin d'améliorer la gestion et le fonctionnement de la station.

I. LES EAUX USEES

I.1 DÉFINITION

Une eau usée appelée encore eau résiduaire ou effluent est une eau qui a subi une détérioration après usage. La pollution des eaux dans son sens le plus large est défini comme « Tout changement défavorable des caractéristiques naturelles (biologiques ou physico-chimiques) dont les causes sont directement ou indirectement en relation avec les activités humaines ».

I.2 LES TYPES DES EAUX USÉES

Suivant l'origine des substances polluantes on distingue entre quatre catégories d'eaux usées :

I . 1 . 1 . 1 . 1. les eaux usées industrielles.

I . 1 . 1 . 2 . 2. Les eaux pluviales.

I . 1 . 1 . 3 . 3. Les eaux de ruissellement dans les zones agricoles.

I . 1 . 1 . 4 . 4. Les eaux usées domestiques

I.2.1. Les eaux usées industrielles

Sont classés dans les eaux industrielles tous les rejets correspondant à une utilisation de l'eau autre que domestique. Les caractéristiques de ces eaux sont extrêmement variables et directement liées au type d'industrie. En plus de matières organiques, azotées ou phosphorées, elle peut également contenir des produits toxiques, des solvants, des micropolluants organiques, des hydrocarbures, des produits chimiques (acides, bases...), des métaux lourds (mercure, cadmium, ...), des molécules de synthèse (pesticides, ...), des produits radioactifs, de la chaleur (eaux de refroidissement, ...) et cette liste est loin d'être exhaustive ! Elles sont mêlées aux eaux domestiques que lorsqu'elles ne présentent plus de danger pour les réseaux de collecte et ne perturbent pas le fonctionnement des usines de dépollution (Richard, 1996).

I.2.2. Les eaux pluviales

Eau pluviale est le nom que l'on donne à l'eau de pluie après qu'elle a touché le sol ou une surface construite ou naturelle susceptible de l'intercepter ou de la récupérer (toiture, terrasse, arbre..). Ces eaux peuvent constituer la cause de pollutions importantes des cours d'eau, notamment pendant les périodes orageuses. L'eau de pluie se charge d'impuretés au contact de l'air (fumées industrielles), puis, en ruisselant, des résidus déposés sur les toits et les chaussées des villes (huiles de vidange, carburants, résidus de pneus et métaux lourds...). Lorsque le système d'assainissement est dit ''unitaire'', les eaux pluviales sont mêlées aux eaux usées domestiques. En cas de fortes précipitations, les contraintes de préservation des installations d'épuration peuvent imposer un déversement de ce mélange très pollué dans le milieu naturel.

I.2.3. Les eaux de ruissellement dans les zones agricoles

Il s'agit de rejets liquides agricoles issus du ruissellement d'eau d'irrigation qui entraîne des engrais des pesticides, des herbicides ou des rejets organiques dus à un élevage important. (Degremont, 1989).

I.2.4. Les eaux usées domestiques

Désigne les eaux résiduaires qui proviennent des différents usages domestiques. Elles sont essentiellement porteuses de polluants organiques. La composition de ces eaux est à peu prés la même pour toutes les habitations. Et elles sont subdivisées en deux catégories :

I.2.5. Eaux grise :

Les eaux grises sont les eaux des baignoires, douches, lavabos, éviers, machines à laver. Elles représentent près de 40 % de notre consommation quotidienne. Ce sont des eaux peu chargées en matières polluantes.. Leur charge polluante est surtout composée de savons, de détergents (produits de nettoyage, de lessive, de vaisselle, d'hygiène personnelle, etc.), de graisses et parfois des phosphates provenant de certains produits de lessives , est l'absence quasi totale de matières organiques azotées (protéines, urée), de résidus de médicaments (oestrogènes, antibiotiques) et de phosphore organique d'origine métabolique.

I.2.6. Eaux noires :

(Ou eaux vannes) sont les eaux usées issues des Sanitaires. Elles contiennent diverses substances plus polluantes ou plus difficiles à éliminer tels que des matières fécales, des produits cosmétiques (Ghazi, 2007). Elles peuvent être un danger pour la santé car elles véhiculent des maladies d'origine virale et bactérienne.

I.3. CARACTÉRISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES ET BACTÉRIOLOGIQUES DES EAUX USÉES

Les eaux usées sont principalement composées d'eau et d'autres matériaux qui ne représentent qu'une petite partie des eaux usées, mais peuvent être présents en quantités suffisantes pour mettre en danger la santé publique et l'environnement, donc avant de rejeter les eaux usées dans le milieu naturel, il faut définir des paramètres pour avoir des renseignements sur la composition et les caractéristiques qualitatives et quantitatives des eaux usées et de leurs impacts sur le milieu récepteur.

I.3.1. Paramètres physico-chimiques

La température joue un rôle important en ce qui concerne la solubilité des sels et des gaz. Par ailleurs, la température détermine le taux et la vitesse des réactions de dégradation biochimique. Plus la température est importante, plus les réactions sont rapides. La température des eaux usées influent beaucoup sur l'efficacité du procédé de traitement. Par exemple, la décantation est plus efficace à des températures élevées. (Grunditz&Dalhaùùar, 2001) verifier le non de l'auteur

Le pH (potentiel hydrogène), est le reflet de la concentration d'une eau en ions H+. Le pH, indique l'alcalinité des eaux usées, son rôle est capital pour la croissance des microorganismes qui ont généralement un pH optimum variant de 6,5 à 8. Lorsque le pH est inférieur à 5 ou supérieur à 8,5, la croissance des microorganismes est directement affectée. (Hamdani, 2002)

On appelle matières en suspension les très fines particules qui sont non dissoute dans l'eau (Gomella et Guerree, 1978) (sable, argile, produits organiques, particules de produits polluant, micro-organismes,...) qui donnent un aspect trouble à l'eau, (turbidité) est s'opposent à la pénétration de la lumière nécessaire à la vie aquatique. En trop grande quantité elles constituent donc une pollution solide des eaux.

DBO₅, comme il est couramment abrégé, est l'un des paramètres les plus importants et utiles indiquant la force organique des eaux usées. La demande biologique en oxygène est, par définition la quantité d'oxygène dissous nécessaire par les systèmes biologiques aérobies naturels dans les eaux usées pour décomposer les matières organiques décomposables dans des conditions définies. Elle est exprimée en mg O₂ /L. ( Eckenfelder, 1982). La gamme habituelle de la DBO₅ des eaux usées urbaines au Maroc est 200-400mg/L (Foutlane, 2005).

Est définie comme la quantité d'un spécifiée oxydant qui réagit avec l'échantillon dans des conditions contrôlées. La quantité d'oxydant consommée est exprimé en termes de son oxygène équivalence. En raison de ses propriétés chimiques uniques, l'ion dichromate (Cr₂O₇ est réduite on ion de chrome (Cr ⁺³), À la fois les composants organiques et inorganiques de l'échantillon sont soumis à l'oxydation, mais dans la plupart des cas, le composant organique prédomine. Elle est exprimée en mg O₂ /L. Vu la simplicité de mesure de DCO et sa précision, il s'est avéré nécessaire de développer des corrélations entre la DBO5 et la DCO ainsi le rapport DCO/ DBO₅ des eaux usées urbaines est proche de 2 (Gomella et Guerree, 1978), le rapport DCO/ DBO₅ des effluents domestiques est de 1,9 à 2,5. (Hamdani et al, 2002).

L'azote existe sous plusieurs formes. Les types d'azote Principaux sujets de préoccupation pour le traitement des eaux usées sont: l'azote total (TN), azote Total Kejeldahl (NTK), l'ammoniac (NH₃), l'azote organique (ORG-N), les nitrates (NO₃) et nitrites (NO₂). Les concentrations sont indiquées en mg / L.

Azote Total Kejeldahl (NTK) : c'est la somme de l'azote ammoniacal et d'azote lié organiquement, mais n'inclut pas l'azote des nitrates ou des nitrites.

Azote Total (NT) : est la somme de l'azote des nitrates (NO₃^-), des nitrites (NO₂^-), l'azote ammoniacal (NH₃-N) et azote lié organiquement.

I.3.2. Paramètres microbiologiques

La plupart des micro-organismes connus pour les microbiologistes peuvent être trouvés dans les eaux usées :

Ils sont présents dans les eaux usées à l'état de kystes. la principale forme pathogène pour l'homme est Entamoebahistolytica, agent responsable de la dysenterie amibienne.(Bouhoum et al, 1997)

Les eaux usées ont susceptibles de véhiculer un grand nombre d'helminthes parasites d'origine humaine ou animale (El Shazly et al., 2003). La plupart des ces parasites sont excrétés dans le milieu extérieur sous forme d'oeufs, éliminés avec les matières fécales, le nombre et la variété des oeufs d'helminthes dans les eaux résiduaires sont liés au niveau d'infestation de la population humaine et /ou animal desservies. (Moubarrad, 2005.)

Les virus se trouvent dans les eaux résiduaires à des concentrations de l'ordre de milliers d'unités infectieuses par millilitre d'eau. Parmi les infections virales d'origine hydrique, on trouve la poliomyélite, également on peut citer l'hépatite A.

Une contamination fécale est anormale, elle révèle un problème d'hygiène générale. Il est impossible de rechercher dans les eaux usées la présence systématique de tous les pathogènes. On évalue alors la qualité sanitaire en recherchant la présence de bactéries fécales dites témoins de contamination fécale; parce que cela signifie la présence possible d'un grand nombre de pathogènes transmis par les fèces ou les urines de l'homme et des animaux à sang chaud. (Martin, 1982)

C'est un groupe de bactéries utilisé comme indicateur de contamination fécale. Ils appartiennent à la classe des Enterobacteriaceaes. (Manuel Bergey (1984)) Ce sont des bacilles à gram négatif, asporogénes, oxydase négative, aérobies ou anaérobie facultatifs, capables de se multiplier et de fermenter le lactose et produisent de gaz, d'acide et d'aldéhyde (Guedira, 2001). On les considère comme bons indicateurs de contamination fécale, ils se cultivent à 44°C les coliformes totaux se développent à 37°C. Ces derniers peuvent avoir une origine non strictement fécale : Le sol, les insectes et les plantes peuvent les héberger. Les coliformes totaux sont inclus dans les germes témoins de contamination fécale de deuxième ordre. (Imziln, 1990).

Ces bactéries appartiennent à la famille des streptococcaceae, sont des cocci généralement disposées en diplocoques ou en courte Chain, à gram négatif, asporulantes, immobiles, aérobies facultatifs et possédant un métabolisme fermentatif. Ces germes colonisent l'intestin de l'homme et des animaux à sang chaud. Leur présence dans le milieu hydrique prouve une pollution d'origine fécale de l'eau. Cependant, on peut trouver aussi des streptocoques fécaux dans le sol, les plantes et les insectes (Papadakis, 1982).

II TRAITEMENT DES EAUX USEES

Le traitement des eaux usées sert à éviter le plus possible de polluer le milieu naturel ou elles sont rejetées. Pour cela, on dispose des stations d'épuration qui nettoient ces eaux. Aujourd'hui, les stations de traitement des eaux usées sont devenues des usines de dépollution compactes, couvertes, désodorisées, automatisées. Elles mettent en oeuvre des traitements de plus en plus performants, capables d'éliminer à la fois les différentes substances polluantes carbonées, azotées et phosphorées. Ces stations sont dimensionnées pour traiter une certaines charges de pollution et assurer un rejet conforme aux valeurs limites définies par l'arrêté préfectoral d'autorisation.

II.1. LES ÉTAPES DE TRAITEMENT DES EAUX

De l'entrée de la station jusqu'au rejet dans le milieu naturel, les différentes étapes du traitement des eaux usées sont classiquement les suivantes :

II.1.1. Le prétraitement

Les prétraitements ont pour objectif d'éliminé les éléments les plus grossiers. Il s'agit de dégrillage pour les déchets volumineux, de dessablage des sables et graviers et dégraissage pour éliminer les graisses et les huiles (Gomella et guerrée année ????).Les eaux usées débarrassées des objets encombrants, des graisses et des sables, peuvent alors être dirigées vers le traitement primaire.

II.1.2. Le traitement primaire

Le traitement primaire fait appel à une étape de décantation, qui consiste en une séparation des éléments liquides et des éléments solides sous l'effet de la pesanteur. Les matières solides se déposent au fond d'un ouvrage appelé "décanteur" pour former les "boues primaires". Ce traitement élimine 50 à 60 % des matières en suspension et réduit d'environ 25% à 50% de la DBO (Jouraiphy.2007). La décantation est encore plus performante lorsqu'elle s'accompagne d'une floculation préalable. La coagulation-floculation permet d'éliminer jusqu'à 90 % des matières en suspension. Cette technique comporte une première phase d'adjonction d'un réactif, qui provoque l'agglomération des particules en suspension, puis une accélération de leur chute au fond de l'ouvrage. Le traitement primaire est une étape facultative et dans de nombreuses stations d'épuration, les eaux usées prétraitées sont directement acheminées vers la phase de traitement secondaire.

II.1.3. Le traitement secondaire

Il s'agit d'un traitement biologique dont l'objectif est l'élimination de la pollution carbonée, azotée et phosphorée. Le principe de l'épuration par voie biologique consiste, dans un premier temps, à faire assimiler la pollution carbonée par des microorganismes dont l'activité est améliorée en la plaçant dans des conditions optimales, la pollution de l'eau est alors transformée en biomasse. Puis cette biomasse est extraite de l'eau sous forme de boues.

II.1.4. Les boues activées

Le traitement par boues activées est très largement utilisé. Il s'agit d'un réacteur qui contient les eaux à traiter mélangées avec microorganismes floculant et de l'oxygène dissous. Les bactéries consomment la matière organique et contribuent à l'élimination de l'azote et du phosphate. Le bassin d'aération est équipé d'un système d'aération fonctionnant en discontinu. La nitrification s'effectue durant les phases aérobies et la dénitrification durant les phases d'anoxie. (figure1)

Figure1 :schéma général d'une boue activée (d'après Barnard et al. 1998)

II.1.5 . Lits bactériens aérobie

C'est un système à cellules immobilisées le plus largement utilisé. Dans ce type de réacteur, la biomasse est fixée sur un support solide circulaire surmonté d'un distributeur rotatif. L'effluent à traiter est introduit par le haut et s'écoule par gravité sur le lit bactérien. (Figure2) Les matériaux supports ont tout d'abord été constitués de gros morceaux de pierre avec une surface relative assez limitée. Dorénavant des supports en plastique à faible densité (polystyrène) sont couramment utilisés et offrent des surfaces relatives importantes.L'injection d'air pour la nitrification se fait par le fond du lit (Andersson et al. 1994).

II.1.6. Lits bactériens anaérobie

Les lits bactérien anaérobie ou digesteurs anaérobie sont des réacteurs biologiques ou la biomasse est maintenue à l'abri de l'aire et de la lumière. La flore en cause se caractérise par un métabolisme anaérobie libérant comparativement très peu d'énergie, donc ne provoquant qu'une faible production de biomasse comme elle assure la transformation de la majeur partie du carbone organique en dioxyde de carbone et de méthane. (Edeline.1993)

II.1.7. Les disques biologiques

Les biodisques sont des bioréacteurs dans lesquels des disques fixés sur un axe horizontal sont mis en rotation à vitesse lente. Sur ces biodisques se développe un biofilm bactérien. Lors de leur émersion, ces bactéries respirent dans l'air l'oxygène nécessaire à leur survie, tandis que pendant leur immersion dans les eaux usées, elles absorbent comme nourriture la pollution dissoute dans les eaux usées. (Figure3) Avec le temps le biofilm grossit et vieillit, puis finit par se détacher sous forme de flocs de boues des disques rotatifs. Ces résidus de boues biologiques sont entraînés vers un décanteur secondaire, où s'opère alors leur séparation avec les eaux épurées. Les boues biologiques sont généralement recyclées par pompage vers un digesteur pour y être minéralisées.

II.2. TRAITEMENT TERTIAIRE

Les traitements tertiaires visent à extraire la fraction des polluants non traités par les traitements primaires ou secondaires. Ils sont mis en place pour respecter les normes de rejet au milieu récepteur établies par des arrêtés préfectoraux. Parmi les techniques utilisées dans ce traitement en distingue : Filtre à sable, Filtre planté de macrophytes, l'UV, l'ozone (O₃) ces deux derniers sont utilisés pour l'élimination des germes pathogène.

III. LA NITRIFICATION ET LA DENETRIFICATION BIOLOGIQUE

III.1. LA NITRIFICATION BIOLOGIQUE

La nitrification est un processus contrôlé par l'action de certains micro-organismes spécifiques, qui conduit à la transformation de l'ammoniaque ou de l'ammonium en nitrate, c'est à dire la conversion biologique de la forme réduite, NH₄⁺, NH₃ en la forme oxydée NO₃^-

Cette transformation est effectuée par les bactéries autotrophes nitrifiantes, en présence d'oxygène, est se divise en deux étapes :

Nitritation : c'est l'oxydation de l'ammonium en nitrites, il est réalisé par des bactéries nitreuses, Nitrosomonas en particulier, mais également Nitrosococcuset Nitrospira.

Nitratation : c'est l'oxydation de nitrite en nitrate, est se fait par des bactéries nitriques du genre Nitrobacter.

Plusieurs facteurs influencent la nitrification, notamment la disponibilité du substrat, la concentration d'oxygène dissous, la température, le pH. Pour lesquels il existe une limite de tolérance et un optimum. En plus la nitrification est inhibée par une large variété de composés. On peut citer notamment les métaux lourds (comme le cuivre, le nickel, le cobalt, le zinc et le chrome), les amines, les phénols, les composés sulfurés, chlorés et les composés cycliques azotés. Cependant, tous ces composés ne sont pas inhibiteurs aux mêmes concentrations et il faut noter que les micro-organismes nitrifiants possèdent une forte capacité d'adaptation (Martin, 1979).

III.2. LA DÉNITRIFICATION BIOLOGIQUE

La dénitrification biologique est un procédé qui consiste à la réduction du nitrate en azote gazeux avec la formation des composés intermédiaires tels que le nitrite, l'oxyde nitrique et l'oxyde nitreux en conditions anoxies. La réaction de la dénitrification peu se résumé de la façon suivant :

251659264251662336251661312251660288NO₃ NAR NO₂ NIR NO NOR N₂O N₂OR N₂

Chaque étape étant catalysée par une enzyme particulière (Schwartzbrod et Martin, 1985)

La dénitrification est aussi un mode respiratoire qui permet aux bactéries anaérobies facultatives d'utilisé l'oxygène des nitrates comme accepteur final d'électron dans les réactions d'oxydation des substances organiques ou substances minéral via le nitrate réductase.Dans les réactions hétérotrophes, les bactéries intervenantes utilisent le carbone organique pour leur synthèse cellulaire. Cette réaction peu se résumé de la façon suivante :

La dénitrification est effectue par des bactéries notamment celle qui appartiennent au genre des Pseudomonas et des Alcaligenes.Cependant, des bactéries d'autres genres peuvent aussi intervenir Achromobacter, Aerobacter, Bacillus, Micrococcus, Paracoccus (Knowles, 1982).L'activité et la croissance des bactéries dénitrifiantes est influencés par beaucoup des facteurs, notamment la concentration d'oxygène, qui doit être nul pour que la dénitrification aura lieu, aussi la température, le pH, la charge organique.

IV. DESCRIPTION DE LA STEP RALBI

La Step RALBI (Réacteur Anaérobie à Lit Bactérien Immergé) installé à l'université Chouaib Doukkali à la faculté des sciences, El Jadida à mise en eau le 06 juin 2011 et dirigée par le Professeur Omar ASSOBHEI. La Step RALBI est une filière de traitement robuste et économique qui répondre partiellement a un besoin évident du Maroc en technologies adaptées aux conditions économiques et techniques des petites collectivités rurales, aux zones touristiques, aux campements en zones reculées, aux usines agroalimentaires, aux quartiers résidentiels, hôpitaux...

La Step RALBI est constitue par Le procédé RALBI optimisé, associé à d'autres améliorations techniques, il est dimensionnée pour un volume journalier de 25m d'eaux usées domestiques, est conçue pour épurer les eaux usées de 500 à 1000 équivalent-habitant. Les eaux traitées serviront pour arroser les jardins et les pelouses de l'Université. La Step sert aussi de plate forme de démonstration, de formation par la recherche et d'expérimentation de nouveaux procédés de traitement des eaux usées.

IV.1. FONCTIONNEMENT DE LA STATION RALBI :

IV.2. LES UNITÉS DE LA STATION

Le Step RALBI est composé de 4 unités chaque unités correspond a une étape de traitement :

IV.2.1. Le prétraitement

Le prétraitement est assuré par un dégrilleur qui reçoit les eaux usées brute provenant des toilettes de la faculté des sciences d'El Jadida ainsi que les eaux usées d'une petite communauté à coté. Le dégrilleur assure la rétention des déchets flottants volumineux.

Cette première opération est une méthode simple et efficace pour le bon fonctionnement de la station en retenant les déchets les plus volumineux évitant le colmatage des canalisations et le bon fonctionnement de la STEP.

IV.2.2. Le traitement primaire

Les eaux usées préalablement prétraitées sont conduites vers un bassin tampon et pompées vers le décanteur- digesteur par une pompe à débit fixe. Le décanteur- digesteur comporte deux radiais et par conséquent permet de décanter une grande partie des matières en suspension (MES). La digestion anaérobie de la fraction organique de ces matières décantées est aussi assurée à ce niveau. Les matières décantées forment au fond du décanteur un lit de boues appelé boues primaires qui sont pompé par la suite vers un lit de séchage de boue.

IV.2.3. Le traitement secondaire

Le traitement secondaire dans la Step RALBI et assuré par RALBI (Réacteur Anaérobie à Lit Bactérien Immergé). C'est un réacteur biologique basé sur l'oxydation des matières organiques par des bactéries dénitrifiantes hétérotrophes fixé sur un support immergé en milieu anaérobie et en présence du nitrate comme accepteur finale d'électrons .

IV.2.4. Description de RALBI

Il est rempli d'un garnissage plastique qui a une surface spécifique de 162.716m²/m?, une porosité de 90% et une densité 0,877 Kg/L assure une très bonne adhésion du biofilm. Le biofilm est colonisé par une flore dénitrifiant sélectionnée est dont les espèces dominats sont quartes espèces :

Bacillus céreus, bacillusSp, micrococcusSp, ArthrobacterSpvoir avec Mr Assobheiil faut pas mettre les especes du biofilm car c'est un sujet de doctorat en cours. Ainsi que le détail de reacteur

IV.2.5. Caractéristique de réacteur RALBI

· Le lit bactérien offre, une grande surface de contact (par unité de volume) microorganismes / matières à dégrader.

· Son modulation et donc son adaptation aux volumes des flux polluants à traiter

IV.2.6. Fonctionnement de RALBI

RALBI est alimenté par un flux ascendant des eaux usées qui provient de décanteur et par une alimentation du nitrate contrôlé par une pompe.

L'eau usée en passant à travers les garnissages colonisés par les biofilms des bactéries dénitrifiantes, les matières organiques contenues dans ces eaux, subit une dégradation par ces bactéries qui ont des performances métabolique élevées en condition anoxique et en présence du nitrate comme substrat de la réaction.

À la sortie du réacteur l'eau traitée est acheminé vers filtre planté à écoulement vertical subissant un traitement tertiaire.

IV.3. LE TRAITEMENT TERTIAIRE

Afin d'atteindre une qualité d'eau à la sortie de la station conforme aux normes d'irrigation la station contient de plus un traitement tertiaire assuré par les filtres plantés de macrophytes à écoulement vertical. Le filtre est composé de trois bassins parallèles, de forme rectangulaire et d'une superficie de 9 m² chacun. Le garnissage de chaque bassin et composée par trois couches (figure 8).

Ces filtres sont alimentés en alternance par bâchées de sorte que le temps de fonctionnement soit le double de celui du repos. Les eaux usées issues du traitement secondaire passent à travers les filtres en subissant trois types de traitement : physique, chimique et biologique. Les eaux usées traitées sont acheminées vers un bassin de stockage et qui seront utilisées dans l'irrigation des espaces vertes de la station.

IV.4. TRAITEMENT DES ODEURS

Le traitement des odeurs de la station qui proviennent essentiellement des eaux usées brute stockées dans le bassin de stockage ainsi du décanteur est assuré par un biofiltre de 8.74m de volume. Ce biofiltre est remplie de fumier stabilisé qui occupe 5.5m de son volume, et qui représente le matériel de fixation des microorganismes spécifique responsable de la dégradation des composés odorants en eau et dioxyde de carbone.

IV.5. TRAITEMENT DES BOUES

Les boues déshydratées issue du traitement primaire et du traitement secondaire sont collectées et dirigées vers des bassins de séchage des boues et qui sont réutilisé comme composts ayant un rôle dans la fertilisation du sol.

V. PERFORMANCE DE LA STEP RALBI

V.1. ECHANTILLONNAGE :

L'échantillonnage à été fait le 22/4/2013 à partir de 13h50 dans le Step RALBI, en raison de deux échantillons à partir de la sortie de chaque unité de la station .Les échantillons ainsi prélevés sont analysés dans le laboratoire BIOMARE, du département de biologie.

Les paramètres de qualité étudiés pour suivre de façon indirecte l'évolution de la quantité de la charge organique globale au cours de traitement sont seulement deux paramètres : la DCO et le nitrate. (Protocol ; Voir annexe)

V.2. RÉSULTATS :

Les résultats obtenus après les analyses sont représenté par le tableau suivant :

251663360 Paramètre Echantillon	DCO (mgO2/l)	Concentration du nitrate (mg/l)
Eau brute	388	0,035
Décanteur	320	1,251
Ballon du nitrate	251669504	53769,9
Entré de RALBI		43,97
Sortie de RALBI	250	1,797
RALBI 2	124	0
Filtre planté	76	87,95

V.3. DISCUSSIONS

V.3.1. DCO

La valeur de DCO est en diminution contenu au cours de traitement, allant de 388 mg/L dans l'eau usée brute jusqu'à 76 mg/L de l'eau usée traitée, est ca revient à la complémentarité des étapes de traitement. Voir la discussion de la DCO comment il ya un abattement

La valeur de DCO mesuré dans l'eau traité est inférieur àlavaleur limite (250 mg/l ) fixé par Arrêté conjoint du ministre de l'intérieur, du ministre de l'aménagement du territoire, de l'eau et de l'environnement et du ministre de l'industrie, du commerce et de la mise à niveau de l'économie n° 1607-06 du 29 joumada II 1427 (25 juillet 2006).

Le calcul du taux d'abattement d'un élément (x) exprimé en % est basé sur la formule suivante :

%d'abattement spécifier de l'étape n = %d'abattement de l'étape n+1 -%d'abattement de l'étape n

L'étape qui représente la grande valeur d'abattement de DCO, est l'étape de traitement secondaire avec un taux d'abattement totale des deux réacteurs de 50.52%.

Cet important abattement de DCO est dû à la dégradation des matières organique dissout dans l'eau usée par la flore bactérienne dénitrifiantes, fixé dans le garnissage des réacteurs.

V.3.2. Nitrate :

La concentration du nitrate dans l'eau brute et l'eau décanté est respectivement 0.035 mg/l et 1.251mg/l.se sont des concentrations faible est leur origines peu être due à la nitrification ou l'accumulation des nitrates déjà présent dans l'eau de robinet.

La concentration du nitrate dans l'entré et la sortie de réacteur RALBI est respectivement 43.97mg/l et 1,797mg/L. L'augmentation de la concentration du nitrate au niveau d'entré du réacteur est le résultat de l'alimentation de réacteur par un flux ascendant de la solution du nitrate, la diminution de cette concentration à la sortie de RALBI est due essentiellement à la consommation du nitrate par les bactéries dénitrifiantes présent dans le réacteur.

Pour le filtre planté il y a une augmentation importante, la concentration mesurée à la sortie de filtre est de 87,95mg/l. Cette augmentation témoigne d'une nitrification important au niveau des filtres. La concentration finale du nitrate de l'eau usée traitée est de 87 ,95mg/l .voir limite de nitrate pour l'irrigation Mais il peu être utilisé dans l'irrigation qui assure pour les plantes une source de nutriments supplémentaire.

CONCLUSION

Avec une technologie simple et robuste, le procédé RALBI, permet une épurationtrès performante des eaux usées, en matière d'élimination des polluants organiques en conditions anoxiques et en présence du nitrate comme accepteur final d'électrons,avec une réduction de 50.52% pour la DCO. Età faible coût qui tient compte des conditions socio-économiques et climatiques du Maroc.

Le procédé R.A.L.B.I constitue une alternative de choix pour les petites collectivités locales, pour l'assainissement décentralisé en ville, pour les sites touristiques et les campements en zones reculées.

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

(Martin G. (1979) : Le problème de l'azote dans les eaux. Ed. Tech & Doc, Lavoisier - Paris, France)

BOUHOUM K., AMAHMID O. HABBARI K. et SCHWARTZBROD J. (1997). Devenir des oeufs d'helminthes et des kystes de protozoaires dans un canal à ciel ouvert alimenté par les eaux usées de Marrakech = Fate of helmintheggs and protozoancysts in an open channelreceivingrawwastewaterfrom Marrakech. Revue des sciences de l'eau.

DEGREMONT (1989). Mémento technique de l'eau. 9e éd., Degrémont, Paris, France.

ECKENFELDER W. W. (1982). Gestion des eaux usées urbaines et industrielles. Traduit de l'Américain par L. Vandevenne. Technique et Documentation Lavoisier. Paris.

EDELINE F.(1993) ; l'épuration biologique des eaux .Edition CEBEDOC sprl ,Liége.82-179-241p.

FOUTLANE A. (2005) : Caractérisation qualitative et quantitative des eaux usées brutes et épurées. Journées Surveillance Virologique de l'Environnement. Place de l'INH dans l'Hygiène et la Salubrité Publique, du 02 au 06 mai 2005. Direction Contrôle de la Qualité des Eaux ONEP - Rabat - Maroc.

GHAZI N. (2007). Utilisation des technologies avancées compactes : Réacteur Biologique à Membrane et Réacteur Biologique Séquentiel pour le traitement des eaux grises en vue de leur recyclage à des fins domestiques. Thèse de troisième cycle, institut Agronomique et Vétérinaire Hassan II, Rabat.8p.

GOMELLA C. et GUERREE H. (1978). Le traitement des eaux publiques industrielles et privées. Editions Eyrolles.

Grunditz C. and Dalhammar G., 2001. Development of nitrification inhibition assays using pure cultures of Nitrosomonas and Nitrobacter. Wat.

GUEDIRA S. (2001) : Contribution à l'étude des facteurs influançant la survie des coliformes fécaux et d'un pathogène SALMONELLA typhimurium dans un chenal algal à haut rendement. Thése de doctorat Université Chouaib Doukkali, faculté des sciences d'Eljadida.13p.

HAMDANI . (2002). caractérisation et essais de traitement des effluents d'une industrie laitière : aspects microbiologiques et physico-chimiques. Thése de l'Université Chouaib Doukkali, El jadida, Maroc .

IMZILN B. (1990). Traitement des eaux usées par lagunage anaérobie et aérobie facultatif à Marrakech : Etude bactériologique quantitative et qualitative; antibiorésistance des bactéries d'intérêt sanitaire.

Jouraiphy a. (2007). Compostage des boues activées-déchets verts : analyses physico-chimique, microbiologique ,toxicologie ,bilan humique et valorisation agronomique. Thése à la faculté des sciences semlalia , Marrakech.5p.

Knowles G, Downing AL, Barrett MJ. Determination of kinetic constants for nitrifying bacteria in mixed culture, with the aid of an electronic computer. Journal of General Microbiology. 1965; 38:263-278.

LMAGHARI MOUBARRAD, 2005. caractérisation parasitologique des eaux usées d'el Jadida, leur impact sur le littoral et sur la population infantile la zone de rejet.

Reffouh, 2007 : Programme National d'Assainissement liquide et d'épuration des eaux usées au Maroc (PNA)

RICHARD C. (1996). Les eaux, les bactéries, les hommes et les animaux. Editions scientifiques et médicales Elsevier, Paris, France).

Schwartzbrod J et Martin G. (1985) Les micro-organismes, agents biogéochimiques, In : Point sur l'épuration et le traitement des effluents (Martin G. Coordon.), Tec. & Doc. Lavoisier Ed., Paris, France

ANNEXES

En présence de salicylate de sodium, les nitrates donnent du paranitrosalicylate de sodium, coloré en jaune et susceptible d'un dosage spectrométrique.

- Solution de salicylate de sodium à 10 g/L à renouveler toutes les 24 heures.

- Solution d'hydroxyde de sodium : hydroxyde de sodium 200 g sel disodique de l'acide éthylène diamine tétracétique 50 g eau déioniséeq.s.p. 1 L

Dissoudre avec précaution l'hydroxyde de sodium dans 800 ml d'eau déionisée ; ajouter

le sel sodique EDTA. Après dissolution et refroidissement, transvaser la solution dans une

fiole jaugée, ajuster le volume à 1 litre. Conserver cette solution dans un flacon de polyéthylène.

- Solution d'azoture de sodium : azoture de sodium 50 mg eau déioniséeq.s.p. 100 ml

- Solution mère étalon d'azote nitrique à 100 mg/L : nitrate de potassium anhydre 722 mg

- Solution fille étalon d'azote nitrique à 5 mg/L. Amener 50 ml de la solution mère à 1 000 ml avec de l'eau déionisée.

Numéro des capsules	T	I	II	III	IV
Solution étalon d'azote nitrique 5mg/l	0	1	2	5	10
Eau déionisé (ml)	10	9	8	5	0
Correspondance en mg/l d'azote nitrique	0	0.5	1	2.5	5
Solution d'azoture de sodium (ml)	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
Acide acétique (ml)	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2

Attendre 5 minutes puis évaporer à sec au bain-marie ou dans une étuve portée à 75-80 °C (ne pas surchauffer ni chauffer trop longtemps). Ajouter 1 ml de solution de salicylate de sodium, mélanger puis évaporer. Laisser refroidir.

Reprendre le résidu par 1 ml d'acide sulfurique concentré ayant soin de l'humecter complètement. Attendre 10 minutes, ajouter 15 ml d'eau déionisée puis 10 ml de solution d'hydroxyde de sodium qui développe la couleur jaune. Effectuer les lectures au spectromètre à la longueur d'onde de 415 nm. Soustraire des unités d'absorbance, lues pour les étalons, la valeur relevée pour le témoin. Construire la courbe d'étalonnage.

Introduire 10 ml d'eau dans une capsule de 60 ml (pour des teneurs en azote nitrique supérieures à 10 mg/L, opérer une dilution). Alcaliniser faiblement avec la solution d'hydroxyde de sodium. Poursuivre le dosage comme pour la courbe d'étalonnage. Préparer de la même façon un témoin avec 10 ml d'eau déionisée. Effectuer les lectures au spectromètre à la longueur d'onde de 415 nm et tenir compte de la valeur lue pour le témoin. Se reporter à la courbe d'étalonnage.

Pour une prise d'essai de 10 ml, la courbe donne directement la teneur en azote nitrique exprimée en milligrammes par litre d'eau. Pour obtenir la teneur en nitrate (NO3), multiplier ce résultat par 4,43.

La demande chimique en oxygène (DCO) est la concentration exprimée en litre d'oxygène équivalent à la quantité de dichromate consommée par les matières dissoutes et en suspension lorsqu'on traite un échantillon d'eau avec cet oxydant dans des conditions définies. 1 mole de dichromate (Cr2O72?) est équivalente à 1.5 mole d'oxygène (O2).

Le principe de ces mesures est l'ébullition a reflux dans les conditions définies dans la présente norme d'une prise d'essai de l'échantillon en milieu acide en présence d'une quantité connue de dichromate de potassium de sulfate d'argent jouant le rôle d'un catalyseur d'oxydation et de sulfate de mercure permettant de complexer les ions chlorures.

Ainsi que la détermination de l'excès de dichromate avec une solution titrée de sulfate de fer et d'ammonium ; couleur de virage du bleu-vert au brun rouge.

Porter à ébullition pendant 2 heures sous réfrigérant à reflux adapté au ballon. Laisser refroidir.

Déterminer la quantité nécessaire de solution sulfate de fer et d'ammonium [(NH4) Fe (SO4)2, 6H2O] 0.025mol/l] pour obtenir le virage au rouge violacé.

+ 35ml d'eau distillée + quelques gouttes de solution de ferroinedans chaque tube

La zone d'équilibre est indiquée par le virage de la couleur de solution de jaune oronge au rouge violacé

· C : concentration exprimée en mol/l de la solution de fer et d'ammonium (0.025N) ;

· V1 : volume en millilitres de la solution de sulfate de fer et d'ammonium utilisé pour

· V2 : volume en millilitres de la solution de sulfate de fer et d'ammonium utilisé pour la détermination.

Traitement des eaux usées domestiques par biodénétrification : effet du nitrate

TRAITEMENT DES EAUX USEES DOMESTIQUE PAR BIODENITRIFICATION : EFFET DU NITRATE

DEDICACE