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UNIVERSITE D’ANTANANARIVO
ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE
DEPARTEMENT GENIE DES PROCEDES
CHIMIQUES ET INDUSTRIELS
Mémoire de fin d’étude en vue de l’obtention du diplôme
DE LICENCE EN GENIE CHIMIQUE
Mention : SCIENCES ET TECHNIQUES DES PROCEDES
Présenté par : RAHAJARIZAKA Lalatiana Elysé
Soutenu le : 28 mars 2017
Promotion 2016
DIMENSIONNEMENT ET REHABILITATION DU BASSIN DE
TRAITEMENT DES EAUX USEES DE TEINTURERIE, CAS DE LA
SOCIETE ORIGINAL CONFECTION MADA
UNIVERSITE D’ANTANANARIVO
ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE
DEPARTEMENT GENIE DES PROCEDES
CHIMIQUES ET INDUSTRIELS
Mémoire de fin d’étude en vue de l’obtention du diplôme
DE LICENCE EN GENIE CHIMIQUE
Mention : SCIENCES ET TECHNIQUES DES PROCEDES
Présenté par : RAHAJARIZAKA Lalatiana Elysé
Président : ANDRIANARY Philippe, Professeur Titulaire
Rapporteur : RAKOTOSAONA Rijalalaina, Professeur
Examinateur : ANDRIANAIVORAVELONA Jaconnet, Professeur
Examinateur : RAZANAJAO Jules, Assistant
Promotion 2016
DIMENSIONNEMENT ET REHABILITATION DU BASSIN DE
TRAITEMENT DES EAUX USEES DE TEINTURERIE, CAS DE LA
SOCIETE ORIGINAL CONFECTION MADA
i
REMERCIEMENTS
Je débute cet ouvrage en rendant grâce à Dieu qui m’a entouré de personnes
formidables qui ont, chacun à leur manière, contribué à la réalisation de ce travail.
Je voudrais aussi exprimer, à travers ces quelques lignes, mes remerciements les plus
vifs, et témoigner ma gratitude à :
➢ Monsieur ANDRIANAHARISON Yvon, Professeur, directeur de l’Ecole
Supérieur Polytechnique
➢ Monsieur RANDRIANA Nambinina Richard, professeur, chef de département
de la mention génie des Procédés Chimiques et Industriels
➢ Monsieur ANDRIANARY Philipe Antoine, Professeur et président de jury
➢ Monsieur RAKOTOSAONA Rijalalaina, Professeur et Responsable du
parcours Science et Technique de Procédé, mon encadreur
➢ Les honorables Membres du jury :
- ANDRIANAIVORAVELONA Jaconnet, Professeur
- RAZANAJAO Jules, Assistant
➢ Messieurs RANDRIANJAFIARISAONA Israely Andrianavalonarivo, et
ANDRIAMIHAJA Nokasaina, encadreur professionnel et chef de projet.
➢ Tous les enseignants de l’Ecole Supérieur Polytechnique d’Antananarivo pour
les connaissances acquises durant mon cursus.
Je tiens aussi à exprimer ma reconnaissance envers ma famille qui m’a soutenu
moralement, matériellement tout au long de mes études.
ii
SOMMAIRE
SOMMAIRE ........................................................................................................................... ii
GLOSSAIRE ......................................................................................................................... vi
ACRONYMES ...................................................................................................................... vii
NOTATIONS ET UNITÉ ...................................................................................................... viii
LISTE DES TABLEAUX ........................................................................................................ x
LISTE DES FIGURES ........................................................................................................... xi
CHAPITRE 1 Présentation de la société d’accueil ............................................................. 2
1.1 Introduction ................................................................................................................ 2
1.2 Localisation et historique .......................................................................................... 2
1.3 Activités ...................................................................................................................... 3
1.3.1 Présentation .......................................................................................................... 3
1.3.2 Teinture ................................................................................................................. 3
1.3.3 Traitements complémentaires des tissus ........................................................... 4
1.3.4 Lavage ................................................................................................................... 5
1.4 Conclusion partielle ................................................................................................... 5
CHAPITRE 2 Étude bibliographie ........................................................................................ 7
2.1 Introduction ................................................................................................................ 7
2.2 Rappel sur les eaux usées : ....................................................................................... 7
2.3 But de traitement ........................................................................................................ 7
2.4 Différents modes d’épuration .................................................................................... 8
iii
2.5 Les principaux polluants ........................................................................................... 8
2.5.1 Les matières en suspension (MES) .................................................................... 8
2.5.2 Les éléments traces ............................................................................................. 9
2.5.3 Autres polluants ................................................................................................... 9
2.6 Technique de traitement des eaux usées ............................................................... 10
2.6.1 Traitement préliminaire ...................................................................................... 11
2.6.2 Traitement secondaire ....................................................................................... 12
2.6.3 Traitement tertiaire ............................................................................................. 19
2.6.4 Traitement quaternaire ....................................................................................... 22
2.7 Conclusion partielle ................................................................................................. 31
CHAPITRE 3 Représentation de traitement et interprétation de la zone ........................ 32
3.1 Introduction .............................................................................................................. 32
3.2 Méthodologie ............................................................................................................ 32
3.3 État de lieu ................................................................................................................ 33
3.3.1 Contexte du projet .............................................................................................. 33
3.3.2 Les principaux polluants détectés dans les eaux usées de la société : ......... 33
3.4 Infrastructure existant .............................................................................................. 33
3.5 Étapes de traitements .............................................................................................. 38
3.6 Essai au laboratoire ................................................................................................. 39
3.6.1 Principe ............................................................................................................... 39
3.6.2 Matériels .............................................................................................................. 39
3.6.3 Réactifs ............................................................................................................... 39
iv
3.6.4 Détermination du pH .......................................................................................... 39
3.6.5 Détermination de MES........................................................................................ 40
3.6.6 Analyse chimique de l’eau ................................................................................. 41
3.6.7 Essai de coagulation et floculation : ................................................................. 43
3.6.8 Essais de filtration .............................................................................................. 46
3.7 Critique et modifications nécessaires sur l’installation existant .......................... 47
3.8 Dimensionnement de bassin de traitements .......................................................... 50
3.9 Plan de réhabilitation de la station de traitement .................................................. 50
3.9.1 Plan de masse de l’installation .......................................................................... 51
3.9.2 Étapes de traitement .......................................................................................... 54
3.10 Conclusion .............................................................................................................. 55
CHAPITRE 4 Fonctionnement de la station et résultats de traitement et perspective .. 56
4.1 Introduction .............................................................................................................. 56
4.2 Mise en route de l’installation ................................................................................. 56
4.2.2 Mode opératoire de conduite de la station ....................................................... 57
4.2.3 Affinement du traitement ................................................................................... 57
4.2.4 Premières constatations .................................................................................... 59
4.3 Analyse de l’eau traitée ............................................................................................ 60
4.4 Perspectives d’amélioration du processus ............................................................ 61
4.5 Perspective pour la réutilisation de l’eau ............................................................... 62
4.5.1 Proposition d’utilisation de nano filtration ....................................................... 63
4.5.2 Proposition d’utilisation de la pervaporation ................................................... 63
v
4.5.3 Proposition d’utilisation d’un filtre osmose inverse ........................................ 63
4.6 Conclusion partielle ................................................................................................. 64
CONCLUSION GENERALE ................................................................................................ 65
LISTE DES ANNEXES .......................................................................................................... 1
ANNEXE 1 : Classification des rejets Malagasy ............................................................... a1
ANNEXE 2 : Normes de rejets Malagasy ...................................................................... a2
ANNEXE 3 : Quantitatif des ouvrages de génie civil ................................................... a4
ANNEXE 4 : Matériels nécessaires pour le nouveau processus de traitement ......... a5
BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................. 68
vi
GLOSSAIRE
Rejets industriel : ce sont des émissions de substances d’origine industrielle dans
l’eau, l’air ou le sol.
Eutrophisation : est une forme de pollution qui se produit lorsqu’un milieu aquatique
reçoit trop de matières nutritives assimilables par les algues et que celles-ci prolifèrent.
Affinage biologique : élimination des matières organiques et des micropolluants
Polluants: est une substance introduite artificiellement par l’homme dans la biosphère
ou qui existe dans les conditions naturelles mais dont le taux est accru par la civilisation
technologiques.
Décantations: séparation des particules solide, des huiles, des acides gras…
Coagulation: est la déstabilisation de particules colloïdales par addition d’un réactif
chimique appelé coagulant.
Floculation: est l’agglomération de particules déstabilisés en microfloc et ensuit en
flocons plus volumineux que l’on appelle flocs.
Osmose inverse: est un systéme de purification de l’eau contenant des matières en
solution par un système de filtrage tres fin qui ne laisse passe que les molécules d’eau.
Station d’épuration: c’est une installation destinée à épurer les eaux usées
domestiques ou industrielles et les eaux pluviales avant de rejet dans le milieu naturel.
vii
ACRONYMES
ESPA Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo
DBO Demande Biologique en Oxygène
DCO Demande Chimique en Oxygène
MES Matières En Suspension
MVS Matières Volatile Sèche
OCM Original Confection Mada
Ph Potentiel Hydrogène
TH Titre Hydrotimétrique
JIRAMA Jiro sy Rano Malagasy
STEP STation d’EPuration
TA Titre Alcalimétrique
TAC Titre Alcalimétrique Complet
NTU Nephelometric Turbidity Unit
Re nombre de Reynold
R taux de rejet
rpm rotation tour par minute
viii
NOTATIONS ET UNITÉ
Η viscosité dynamique de l’eau,
p perte de charge à travers la couche filtrante,
K perméabilité de la couche filtrante
Vf vitesse de filtration
V viscosité cinématique de l’eau m2/s
Dh diamètre hydraulique équivalent m
R résistance à la filtration de la couche filtrante
Vc vitesse de circulation de l’eau m/s
Co est la concentration de l’espèce à retenir dans la
solution
Cp est la concentration de la même espèce dans le
permeat
l largeur du bassin en forme rectangulaire)
A est la perméabilité de la membrane au solvant (m-1.s.)
S la surface de la membrane (m2)
ix
ρ la masse volumique du solvant (kg.m3),
ΔP la différence de pression de part et d’autre de la
membrane
ΔΠ la différence de pression osmotique de part et d’autre
de la membrane
L longueur du bassin i est le nombre d’espèces d’ions
constituant le soluté,
C la concentration molaire du soluté (mol .m-3),
T la température (K)
R la constante des gaz parfaits (8.31 J.mol-1.K-1)
x
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 3.01: pH de l’eau de la JIRAMA et Eau Usées textile ................................. 40
Tableau 3.02: Taux de MES entre une eau de source et l’Eau usée de OCM ........... 41
Tableau 3.03: Mesure de TAC sur une Eau de source et l’eau usée de l’OCM ......... 43
Tableau 3.04: Essai de coagulation ........................................................................... 45
Tableau 3.05: Critiques et modifications .................................................................... 47
Tableau 4.01: Variation du pH de l’eau usée ............................................................. 57
Tableau 4.02: Consommation de produits de traitement ............................................ 60
Tableau 4.03: Résultats d’analyse de l’eau traité ....................................................... 61
Tableau A1.01 : classification des rejets Malagasy .................................................... a1
Tableau A2.01 : norme des rejets Malagasy .............................................................. a2
Tableau A3.01 : quantitatif des ouvrages de génie civil ............................................. a4
xi
LISTE DES FIGURES
Figure 1.01 : Vue aérienne de la société OCM ......................................................... 3
Figure 3.01 : Plan de masse de la station existante ................................................ 34
Figure 3.02 : Pompes de surface ............................................................................ 35
Figure 3.03 : Bassins tampons ................................................................................ 35
Figure 3.04 : Fûts à produits ................................................................................... 36
Figure 3.05 : Floculateur ......................................................................................... 36
Figure 3.06 : Bassin de décantation ........................................................................ 37
Figure 3.07 : Regard final ........................................................................................ 37
Figure 3.08 : Étapes de traitement .......................................................................... 38
Figure 3.09 : Échantillon d’eau d’industrie textile .................................................... 46
Figure 3.10 : Floculation de l’eau usée après ajout sulfate d’alumine ..................... 46
Figure 3.11 : Plan d’installation ............................................................................ 51
Figure 3.12 : 02 Nouveaux bassins des décanteurs ............................................... 52
Figure 3.13 : bassin de filtre à sable ....................................................................... 52
Figure 3.14 : Bassin de floculateur .......................................................................... 52
Figure 3.15 : Quelques bassins dans la STEP ........................................................ 53
Figure 3.16 : Nouveau processus de traitement ...................................................... 54
1
INTRODUCTION
L’eau est source de vie. L’eau polluée peut être considérée comme une
catastrophe car elle entraîne des effets environnementaux néfastes. La présentation
du mémoire a pour thème le traitement des eaux. Ceci consiste en un ensemble
d’opération qui vise à rendre l’eau pure ou potable selon les besoins.
Les résultats présentés dans cet ouvrage concernent un contrat entre la société OCM
(Original Confection Mada) et X2Z sur la réhabilitation et le dimensionnement de
traitement des eaux de la société OCM; ceci a été également l’objet de mon stage.
L’eau à traiter provient de la teinturerie de textiles et le but est de la rendre conforme
aux critères de rejets Malagasy.
Le plan de cet ouvrage est comme suit :
- Le premier chapitre présente le cadre de travail : la société OCM, sa
spécialisation, ses besoins en termes de traitement des eaux et
l’infrastructure à améliorer.
- Le second chapitre concerne les différentes recherches dans les
littératures sur les caractéristiques des eaux usées, les différentes
modes d’épuration et techniques de traitement, ainsi que les résultats
attendus.
- Le troisième chapitre explique le travail effectué : l’état de lieu, l’étude de
l’existant, les modifications apportées à l’infrastructure déjà en place, les
essais au laboratoire et les essais de traitement.
- Le quatrième et dernier chapitre montre les résultats d’analyses, les
interprétations et les perspectives à explorer.
2
CHAPITRE 1
PRESENTATION DE LA SOCIETE D’ACCUEIL
La Société Original est une société anonyme Franche créée en 2011. Elle est parmi
celles qui produisent de la confection des effets vestimentaires.
1.1 Introduction
Le projet présenté dans cet ouvrage concerne la société OCM qui sera l’objet de ce
premier chapitre. Nous allons commencer par présenter globalement cette société
(localisation, historique, …) et ensuite nous nous concentrerons sur ses activités afin
de connaître ses besoins en termes de traitement d’eaux usées. Nous terminerons le
chapitre par l’étude de l’infrastructure existante qui devra être réhabilitée.
1.2 Localisation et historique
La Société Originale Confection Mada Sarl est localisée ainsi :
• Fokontany : Ankadimbahoaka
• Commune : Antananarivo Renivohitra
• Région : Analamanga
Le marché concerne surtout l’étranger, plus précisément les pays européens, mais il
est resté au niveau national à cause de la loi régissant les zones franches.
Parlant du personnel, la société emploie environ 500 ouvriers et plusieurs techniciens
et des spécialistes en industrie pour assurer son bon fonctionnement.
Le personnel travaille en chaîne, réparti sur plus de trente rangées groupées en une
dizaine de section. La production s’élève à 1000 mètres /heure.
Elle a déjà obtenu le permis environnemental dans la catégorie du PREE, qui a été
octroyé par le Vice Primature chargé de l’industrie et l’économie.
3
1.3 Activités
1.3.1 Présentation
Actuellement, il y a une extension de ses activités, à savoir la teinture et le lavage. Ce
sont ces deux dernières activités qui font que la Société ORIGINAL CONFECTION
MADA SARL doit demander un permis environnemental auprès de l’Office Nationale
pour l’Environnement. En effet, l’unité de teinture et de lavage engendrent des rejets
liquides polluants. Ce problème doit être résolu à temps car ceci peut provoquer des
impacts négatifs sur l’environnement s’il n’y a pas de mesures correspondantes.
En conséquence, suite à la situation actuelle, la mise en place de l’unité de traitement
provisoire des rejets à raison de 30m3/h doit être prioritaire, suivi de l’unité de
traitement de rejets définitives au fur et à mesure de l’évolution de la situation et en
fonction du respect des normes exigées en ce sens.
Figure 1.01 : Vue aérienne de la société OCM
1.3.2 Teinture
Les colorants sont définis comme étant des produits capables de teindre une
substance d’une manière durable. Les colorants étaient, pendant très longtemps,
STEP de la société OCM
4
extraits du milieu naturel : plantes, animaux et minéraux. Les coûts d’obtention étaient
souvent très élevés. Les procédés d’application plus ou moins reproductibles sont très
fastidieux. Les premiers colorants synthétiques datent du milieu du 19eme siècle.
L’évolution de l’industrie des colorants est étroitement liée au développement de la
teinture synthétique et de la chimie en général. Un colorant proprement dit est une
substance qui possèdent deux propriétés spécifiques indépendantes l’une de l’autre :
la couleur et l’aptitude à être fixée sur un support tel qu’un textile (exemple : coton). [1]
Il existe deux types de teinte utilisée en teinturerie :
• Teinture à base de colorant :
Les teintures sont des composés chimiques, principalement organiques, ayant une
affinité chimique ou physico-chimique pour les fibres textiles. Exposées au soleil, à
l'eau, aux détergents et à l'usure, elles maintiennent leur couleur dans les fibres.
• Teinture à base de pigment :
Les pigments sont des composés colorants insolubles, qui n'ont pas d'affinité chimique
pour les fibres. À l'inverse des colorants, on ne peut les fixer sur les fibres sans utiliser
de liant ou de résine.
1.3.3 Traitements complémentaires des tissus
[1] Les traitements complémentaires se font au cas où le test de l’échantillon est
négatif. Ces traitements sont des modifications des proportions de colorants (ou de
pigments) lors de la production dans le cas d’une différence non tolérable entre le
vêtement coloré et celui de référence.
La coloration du vêtement (ou tissu) sera jugée à l’œil nu et par le spectromètre.
L’opérateur additionne les proportions adéquates de colorants (ou de pigments) et
détermine le chiffre correct.
Ce traitement est généralement composé de :
5
• L’essorage : procédé permettant de réduire la quantité d’eau dans le linge en
faisant tourner à une grande vitesse les linges dans l’essoreuse.
• Le séchage : processus se déroulant dans la machine pour sécher les linges.
1.3.4 Lavage
Le traitement des tissus ou des vêtements est basés sur le stylisme, les visions des
observateurs et la sensation agréable au toucher. Ainsi, il existe au sein de la société
: le lavage simple et le lavage avec création d’effet. Ces principaux types de lavages
seront détaillés dans les paragraphes suivants. [1]
a. Lavage simple
Ce type de lavage consiste à éliminer les saletés et à créer une sensation de douceur
sur le tissu du vêtement. Ici on a une ratio de bain de 1/35.
Les produits chimiques utilisés sont des produits détergents et adoucissants.
b. Lavage avec création d’effet
Actuellement il existe plusieurs types de styles faisables sur les vêtements. Ainsi la
création d’effet sur les pantalons est la plus fréquente dans la société. Il s’agit
d’éliminer les couleurs sur certaines parties de fibre textile ayant les mêmes positions
dans la superposition des fibres constituants les pantalons. La création de ces effets
se fait au sein de la société généralement par l’utilisation des enzymes.
c. Traitement de finition
Ces deux types de lavages cités précédemment sont toujours suivis de l’essorage,
séchage et conditionnement expliqué précédemment.
1.4 Conclusion partielle
Ce chapitre nous a présenté globalement la société OCM qui est le cadre de notre
projet. Nous avons vu ses procédés au niveau du lavage et de la teinture : ses
principaux traitements. Nous avons aussi relevés les problèmes sur le bassin de
6
traitements d’eaux usées en place. Avant de les solutionner, il faut d’abord connaître
les procédés de traitement d’eaux existants et ceci sera l’objet du second chapitre.
7
CHAPITRE 2
ÉTUDE BIBLIOGRAPHIE
2.1 Introduction
Le chapitre suivant a pour objectif de nous introduire dans le traitement d’eaux usées.
L’eau usée est une calamité pour l’environnement dans lequel elle sera déversée, il
est donc impératif de la traiter auparavant. Pour ce faire, il faut d’abord connaître ses
caractéristiques (compositions, formule chimique, pH, …) avant d’effectuer le bon
traitement. Divers techniques peuvent correspondre que nous allons montrer et nous
indiquerons celui que nous avons choisi.
2.2 Rappel sur les eaux usées :
L’industrie textile utilise une quantité importante d’eau. L’eau est utilisée pour nettoyer
les matières premières et pour de nombreuses étapes de traitement pendant la
production. Les rejets produits doivent être débarrassé de la graisse, d’huile, de la
couleur et d’autres produits chimiques qui sont utilisés pendant les étapes de la
production. Le processus de nettoyage dépendra de la quantité des rejets (les usines
n’appliquent pas le même processus de production) et de la qualité de l’eau utilisée.
De plus, les usines n’utilisent pas tous les mêmes produits chimiques, en particulier
les sociétés, ayant des normes environnementales, qui essaient de garder l’eau propre
à chaque production. Ainsi les méthodes pour traiter l’eau diffèrent d’une entreprise à
l’autre.
Il est tout à fait difficile de définir une norme de qualité générale pour la réutilisation
de l’eau à cause du processus (par exemple, la teinture, le lavage) et des différentes
qualités exigées pour le tissu final.
2.3 But de traitement
Le milieu aquatique est le site privilégié de rejet des eaux usées que ce soit en milieu
urbain ou en milieu rural, industriel ou non.
8
Le but des traitements des eaux usées est d’éviter au milieu récepteur de subir les
conséquences des activités humaines. Son objectif est l’obtention d’une eau épurée
qui satisfait les normes de rejet Malagasy et qui peut par la suite être évacuée sans
danger dans le milieu naturel ou bien être réutilisé ou recyclé dans le cadre des
mesures nécessaires à une bonne gestion de l’eau.
Les rejets textiles font partie des eaux usées les plus difficiles à traiter et sont
caractérisés par de fortes colorations, de fer et de variation du pH. Le traitement de
ces rejets est donc nécessaire avant qu’ils soient déversés dans le milieu naturel.
2.4 Différents modes d’épuration
Il est rare que l’on trouve un seul type de pollution dans un rejet. Une eau usée contient
un mélange de produits organiques et minéraux et ces produits sont généralement
présent sous les 3 formes solubles, colloïdale et en suspension.
L’élimination de la pollution conduit toujours à la conception d’une chaîne de traitement
constituée d’une succession d’opération unitaire destinée à éliminer ces produits.
Pour un même type de rejet, on peut envisager des solutions diverses. Le choix entre
ces solutions doit tenir non seulement en considération l’ordre technique mais aussi
le côté économique, portant sur le frais de la première installation mais également
sur le frais de fonctionnement et d’exploitation. Enfin, les solutions choisies doivent
être suffisamment souples pour permettre des aménagements ultérieurs tenant
compte de l’évolution rapide de techniques d’épuration. [2]
2.5 Les principaux polluants
2.5.1 Les matières en suspension (MES)
[2] Les MES représentent l’ensemble des matières solides et colloïdales floculées,
organique ou minérale, contenues dans une eau et pouvant être retenues par
centrifugation ou par filtration.
Les matières en suspension MES: sont en majeur partie de nature biodégradable.
La plus grande partie des microorganismes pathogènes contenu dans les eaux est
9
transportée par les MES. Elles donnent également à l’eau une apparence trouble, un
mauvais goût et une mauvaise odeur.
Les Matière volatile sèche (MVS): les MVS représentent la partie organique de
MES, la partie restante représente les matières minérales. Cette partie organique
comprend les particules de biomasse, vivante ou morte, ainsi que certaines particules
organiques n’intervenant pas dans le processus de dépollution biologique.
2.5.2 Les éléments traces
Les métaux lourds que l’on trouve dans les eaux usées sont extrêmement
nombreux. Les plus abondants (de l’ordre de quelque µg /l) sont le fer, le zinc, le
cuivre et le plomb. [2]
Les autres métaux (manganèse, aluminium, chrome, nickel, etc….) sont présents à
l’état de traces.
2.5.3 Autres polluants
2.5.3.1 Les sels minéraux :
Ils représentent, à la fois les mises en cause et les effets biologiques des polluants
majeurs. Ils nuisent aux potabilités des eaux superficielles et même aux usages
industriels si leur concentration est importante.
2.5.3.2 Les acides et les alcalins :
Déchargés par l’industrie chimique et d’autres installations industrielles, ils sont
indésirables non seulement pour les activités récréatives (nage, pèche, navigation),
mais aussi pour la vie aquatique. Il est généralement admis que pour la survie des
poissons, le pH doit se situer dans une fourchette comprise entre 4,5 et 9,5. En théorie,
le pH devrait être neutre pour que l’eau soit considérée comme pure. Le
fonctionnement d’une station d’épuration est également perturbé par la présence de
ces polluants.
10
2.5.3.3 Les matières colorantes :
[4] Leur déversement dans le milieu aquatique, même à de très faibles concentration,
a un grand impact .Elles modifient la transparence et l’éclairement du milieu. L’action
chlorophyllienne s’en trouve ralentie, la production d’oxygène en est diminuée et il y a
une tendance à l’installation des conditions anaérobies et d’eutrophisation.
2.5.3.4 Les détergents synthétiques :
[4] Ils comprennent un groupe de produits qui sont à la fois émulsionnants et
moussants. Ils ont plusieurs inconvénients tels que la formation de mousse sur la
rivière qui apparaît à partir de 0.3 à 1 mg/L. Leur dégradation par les bactéries peut
s’accumuler dans les organismes.
2.5.3.5 Les déchets solides divers :
Ce sont des objets divers d’origines variées, qui posent des problèmes
d’esthétique (rejet sur les rives et les plages) et de gêne (avarie des engins de pêche)
et peuvent, en se déposant sur les fonds, causer des préjudices à la faune et à la flore
aquatique.
2.6 Technique de traitement des eaux usées
L’objectif principale du traitement est de produire des effluents traités à un niveau
approprié et acceptable du point de vue risque pour la santé humaine et
environnementale.
À cet égard, le traitement des eaux résiduaires le plus appropriés est celui qui fournit
avec certitude, des effluents de qualité chimique et microbiologique exigée, pour un
certain usage spécifique, à bas prix et de besoins d’opérations d’entretiens minimaux.
Les stations d’épuration des eaux résiduaire, indépendamment du type de
traitement, réduisent la charge organique et les solides en suspension et enlèvent les
constituants biologiques (microbes pathogène) qui affectent la santé publique en
général.
11
En fonction des caractéristiques des effluents à traiter et du degré d’épuration voulu,
on est amené à concevoir différentes chaînes de traitement de l’eau et de boue. Les
eaux usées sont des liquides de composition hétérogène, on distingue classiquement
la succession de stade de traitement suivant pour les traiter :
2.6.1 Traitement préliminaire
[2] Le vrai but de cette première étape est d’homogénéiser l’eau. Aussi, c’est à ce
niveau que l’on fait l’enlèvement des solides grossiers et d’autres grands fragments
dans l’eau usée brute en tête d’une station d’épuration. Ces procédés permettent de
retenir les matières volumineuse grâces à des grilles (dégrillage), les sables
(dessablage), des matières flottantes grossières (écumage) et des liquides moins
dense que l’eau (déshuilage et désavonnage).
Ce traitement consiste en trois étapes principales : le dégrillage, le dessablage et le
déshuilage.
Toutes les stations d'épuration ne sont pas forcément équipées de ces trois étapes.
Seul le dégrillage est généralisé, parfois le déshuilage.
2.6.1.1 Dégrillage
Dans une société textile, il est nécessaire d’utiliser le dégrillage pour éliminer les
bouts de tissus venant du procédé de teinture.
L’opération consiste à enlever les matières abrasives, le sable et les autres
particules lourdes qui pourraient endommager les équipements mécaniques de
traitement de boues et embourber les bassins.
2.6.1.2 Déshuilage et désavonnage
Après le passage dans le dégrilleur, l’eau devrait être acheminée vers un grand
bassin tampon. Le terme « déshuilage » indique généralement le principe de la
flottation qui est utilisé pour l'élimination des huiles.
12
Le déshuilage permet de faire remonter les graisses en surface (les graisses sont
hydrophobes) ainsi donc les sables se décantent au fond du bassin.
2.6.2 Traitement secondaire
[2] Cela consiste à enlever les constituants spécifiques de l’eau usée tel que les
nutriments et les métaux lourds, qui ne sont pas enlevés par le traitement primaire.
2.6.2.1 Traitement physico-chimique
Ce sont de traitements complémentaires dénommés parfois traitement avancés
(coagulation, physico-chimique, filtration sur sable, chloration, etc…..).
Une désinfection habituelle avec du chlore est employée pour réduire les constituants
microbiologiques.
C’est à ce stade que l’on fait l’enlèvement des matières organiques soluble et des
matières en suspension des eaux usées traitées en primaire.
2.6.2.2 Traitement biologique
Les procédés d’épuration secondaire biologique comprennent des procèdes
biologique, naturels ou artificiels, faisant intervenir des microorganismes aérobies pour
décomposer les matières organique dissoutes ou finement dispersées.
2.6.2.3 Enjeu du traitement secondaire
L’eau contient de nombreux composés qui peuvent se regroupe en trois catégories :
a. Matière en suspension
Ces produits peuvent être d’origine minérale (sable, limons, argiles,….) ou organique
(produits de la décomposition des matières végétales ou animales, acides humiques).
A ces composés s’ajoutent les micro-organismes tels que bactéries, plancton, algues
et virus.
13
Ces substances sont responsables, en particulier, de la turbidité et de la couleur.
b. Matière colloïdales
Ce sont des MES de même origine que les précédentes mais de plus petite taille dont
la décantation est excessivement lente.
c. Matière dissoutes
Ce sont des cations ou des anions. Une partie de la matière organique est également
sous forme dissoute.
2.6.2.4 Rôle de la coagulation –floculation
Les procédés de coagulation et de floculation facilitent l’élimination (des matières
dissoutes), de MES et colloïdales. Celle-ci est réalisée dans une étape ultérieure de
séparation solide liquide : décantation, floculation.
L’élimination des substances dissoutes nécessite pour chaque espèce un traitement
spécifique, précédé ou non d’une coagulation-floculation, c’est la séparation solide-
liquide.
2.6.2.5 Temps de coagulation et de floculation
Le temps nécessaire pour les réactions de coagulation et de floculation est un
paramètre essentiel. La cinétique est influencée par la nature du milieu, la
température, la concentration en colloïdes, etc…
2.6.2.6 Les coagulants
a. Cations trivalents
La neutralisation de la charge superficielle négative du colloïde est réalisée par l’ajout
de cations dans le cas de coagulants minéraux. La coagulation est d’ autant plus
efficace que la valence du cation est élevée. Le choix du coagulant doit tenir compte
14
de l’innocuité du produit choisi et son coût. Ainsi que le sel de fer ou aluminium
trivalents ont été, et continuent d’être, largement utilisés dans tous les traitements de
coagulation de l’eau.
b. Coagulants organiques :
Des coagulants organiques peuvent également être employés. Ce sont des
polyélectrolytes cationiques qui neutralisent directement les colloïdes négatifs. Le
volume de boue produit est alors considérablement réduit.
2.6.2.7 Le floculant
Des polymères minéraux (silice activée) et des polymères naturels (amidon, alginité)
ont d’abord été utilisés. Mais, l’apparition de polymères de synthèse très diversifiés a
fait évoluer considérablement les performances de la floculation.
Le taux de traitement à mettre en œuvre est donné, comme pour la coagulation, par
un essai de floculation. Le temps à respecter entre les ajouts du coagulant et du
floculant est primordial. En effet, un floculant n’est en général efficace que lorsque la
phase de coagulation est achevée. La durée de cette dernière dépend de la nature
des colloïdes, mais aussi de la température de l’eau brute. Les paramètres principaux
à considérer sont la taille, la cohésion du floc et sa vitesse de la décantation.
2.6.2.8 Les réactifs
Les réactifs de coagulation et de floculants dont des produits d’origine minérale, des
polymères naturels ou de polymères de synthèse.
2.6.2.9 Décantation
La décantation est une opération de séparation mécanique, sous l'action de la
gravitation, de plusieurs phases non-miscibles dont l'une au moins est liquide. On peut
ainsi séparer soit plusieurs liquides non-miscibles de densités différentes, soit des
solides insolubles en suspension dans un liquide.
15
La décantation est la méthode de séparation la plus fréquente de MES et des colloïdes.
La chute des particules sphérique suit la loi de STOCKES. La vitesse de chute est
donnée par la formule :
𝑉 =2
9𝑔
(𝑑−1)
𝜇R2
a. Différents types de décantation
Il y a divers types de matière décantables à distinguer :
• Les particules grenues : décantent indépendamment les unes des autres avec
chacune une vitesse de chute constante.
• Les particules plus ou moins floculées : ont des tailles et des vitesses de
décantation variables. Lorsque la concentration est faible, la vitesse de chute
augmente au fur et à mesure que les dimensions du floc s’accroissent par suite
de rencontres avec d’autres particules, c’est la décantation diffuse.
Pour des concentrations plus élevées, l’abondance des flocs crée une décantation
d’ensemble freinée, le plus souvent caractérisée par une interface nettement marquée
entre la masse boueuse et le liquide surnageant. C’est la décantation piston.
b. Calcul des décanteurs
La surface d’un décanteur est déterminée à l’aide de deux critères :
• Influence de la charge hydraulique superficielle :
Cette charge est directement liées à la vitesse de décantation de MES. Les
paragraphes précédents indiquent que cette vitesse est déterminée par la loi de
STOKES dans le cas de particules grenues et peut être mesurée facilement dans le
cas de la décantation diffuse de particules floculées.
Le dimensionnement des décanteurs ne dépend dans ces cas que de la charge
hydraulique superficielle.
16
• Influence du flux massique :
Dans le cas de la décantation freinée des particules floculées où les phénomènes
d’épaississement interviennent, le flux massique est généralement déterminant pour
le calcul de la surface de décantation.
Soit un décanteur de la section S alimenté par un débit d’entrée Qe avec la
concentration en MES Ce ; les boues sont soutirées à sa partie inférieure à un débit
Qs avec la concentration Cs on a :
✓ Débit traité : Q = Qe − Qs
✓ Bilan matière : QsCs = QeCe
Ou en flux massique :
QsCs
S=
QeCe
S
c. Structure des décanteurs
En pratique, il n’y a pas de décanteur idéal : des tourbillons se produisent au sein du
liquide, le vent peut créer des vagues à sa surface; des courants de convexion liés aux
différences locales de température (ensoleillement) et de densité affectent le
rendement de décantation. Il faut s’efforcer d’obtenir autant que possible une
circulation laminaire et stable caractérisée par des valeurs appropriées du nombre de
Reynolds défini par :
𝑅𝑒 =Vcdh
𝑉
Avec :
Re : nombre de Reynolds (caractérisant l’écoulement du fluide)
17
Vc : vitesse de circulation de l’eau m/s
Dh : diamètre hydraulique équivalent m
V : viscosité cinématique de l’eau m2/s
La charge hydraulique superficielle caractérisant le volume d’effluent à traiter par unité
de surface et de temps (m3/m2.h).
Le flux massique caractérisant la qualité de MES à décanter par unité de surface et
de temps (kg/m2.h).
2.6.2.10 Filtration
La filtration est un procédé de séparation permettant de séparer les constituants d'un
mélange qui possède une phase liquide et une phase solide au travers d'un milieu
poreux. La filtration est une technique très utilisée que ce soit dans le domaine de
l'agro-alimentaire ou de la pharmacie ou dans le domaine de traitement des eaux.
La filtration est un processus d’élimination des matériels particulaires d’eau en forçant
l’eau à travers un milieu poreux. Ce milieu poreux peut être naturel, du sable, du
gravier et argile, ou il peut être une paroi de la membrane de plusieurs matériaux. Des
fois, les grandes particules se déposent avant la filtration. La taille des matériaux qui
peuvent s’éliminer pendant la filtration dépend de la taille des pores du filtre.
L'utilisation d'un filtre permet de retenir les particules du mélange hétérogène qui sont
plus grosses que les trous du filtre (porosité). Le liquide ayant subi la filtration se
nomme filtrat, et ce que le filtre retient se nomme un résidu (aussi communément
appelé "gâteau" ou retentât).
Cette filtration s’effectue le plus souvent sur une couche de sable. La filtration sera
d’autant plus efficace que les grains seront plus fins. Elle contribue à l’élimination des
particules en suspension invisibles mais encore présentes. La filtration est réalisée sur
des matériaux classiques (sables) ou adsorbants (charbon actifs en grain ou en
poudre). L’usage d’une couche de sable très fin permet un écoulement plus lent pour
18
favoriser le développement d’un biofilm (voile d’algue ou bactéries) à la surface du
sable. L’activité épuratrice de ce biofilm permet la dégradation de matière organique.
On distingue trois grandes catégories de processus de filtration selon le mode de mise
en œuvre :
• La filtration sur support : le tamisage, filtration fine,
• La filtration sur lit granulaire
• La filtration avec gâteau
a. Loi générale
La filtration étant l’écoulement d’un liquide dans un milieu poreux est régie par les
vitesses usuellement appliquées en traitement d’eau par la loi de Darcy :
𝑉𝑓 =𝐾
ŋ
∆𝑃
∆𝐻=
1
𝑅ŋ
∆𝑃
∆𝐻
Avec :
Vf : vitesse de filtration
K : perméabilité de la couche filtrante
p : perte de charge à travers la couche filtrante,
η: viscosité dynamique de l’eau,
R : résistance à la filtration de la couche filtrante
2.6.2.11 Exposition à l’air libre
Lorsque la teneur en oxygène dissous est suffisante, la dégradation des agents
polluants se fait par voie aérobie (bactéries en présence d’O2). Il y a oxydation et
minéralisation des substances organiques sans créer de nuisance: le carbone passe
à l'état de CO2 et l'hydrogène à l'état d'eau; l'azote est transformé en nitrates (NO3-),
le soufre en sulfates (SO4-2) et le phosphore en phosphates (PO4
-3), etc. Si, au
19
contraire, l'oxygène dissous fait défaut, la dégradation des matières organiques se fait
selon un processus anaérobie (bactéries en absence d’O2) avec les conséquences
indésirables qui en découlent: dégagement de méthane (CH4) pour le carbone, de
sulfure d’hydrogène (H2S) pour le soufre et d’ammoniac (NH3) pour l'azote, ainsi que
formation de substances toxiques telles que les nitrites et les nitrosamines. C'est donc
dire que la faculté d'autoépuration de l’eau est aussi désirable que limitée et qu'elle
sera d'autant plus efficace que l'oxygène utilisé pour l'oxydation des matières
organiques sera plus rapidement régénéré par diffusion de l'air dans l'eau.
2.6.2.12 Dessalement par évaporation
Le dessalement est un processus qui permet d’obtenir de l’eau douce et donc potable
à partir d’une eau saumâtre ou salée .Sous peine de mourir, les hommes sont
incapables d’absorber de l’eau salée. Le dessalement d’une eau salée est un
processus en deux temps: cet article propose plusieurs méthodes qui se basent sur
l’évaporation et la transformation de la vapeur d’eau en eau potable. [2]
2.6.3 Traitement tertiaire
[3] le traitement tertiaire est l’enlèvement des matières organiques solubles et des
matières en suspension des eaux usées traitées primaire. Les procèdes d’épuration
secondaire (biologique) comprennent des procèdes biologiques, naturels ou artificiels,
faisant intervenir des microorganismes aérobie pour décomposer les matières
organique dissoutes ou finement dispersées.
2.6.3.1 Affinage biologique
L’épuration des eaux par lit bactérien est une méthode d’épuration biologique par
cultures fixées. Cette technique consiste à faire supporter les micro-organismes
épurateurs par des matériaux poreux ou caverneux. L'eau à traiter est dispersée en
tête de réacteur, traverse le garnissage et peut être reprise pour une recirculation.
Dans les lits bactériens (ou filtres bactériens ou bio-filtre), la masse active des micro-
organismes se fixe sur des supports poreux inertes ayant un taux de vide d'environ
20
50% (minéraux, comme la pouzzolane et le coke métallurgique, plastiques, les roches
volcaniques, les cailloux) à travers lesquels on filtre l'effluent à traiter.
Ces traitements constituent le mode classique d’épuration de la pollution organique
carboné et azote biodégradable. Ces techniques reposent sur les conditions qui
permettent aux flores microbiennes de se développer pour assurer la dégradation des
matières organiques polluantes qui sont éliminées dans la mesure où elles servent
d’aliments aux bactéries.
Les traitements biologiques les plus utilisés sont les traitements aérobies. Les
traitements biologiques aérobies s’effectuent dans un réacteur où l’on met en contact
les microorganismes épurateurs et les polluantes organiques de l’eau, en présence de
l’O2 généralement fournie par l’air.
a. Culture aérobies –culture anaérobies
Les traitements biologiques utilisés en traitement d’eau ne font que reprendre des
phénomènes naturels. Deux voies sont possibles pour dépolluer les effluents :
• voie aérobies : si l’oxygène est associé à la réaction .Cette voie est celle qui
s’instaure spontanément dans les eaux suffisamment aérées. Le carbone
organique se retrouve sous forme de CO2 et de biomasse.
• la voie anaérobie, si les réactions s’effectuent à l’abri de l’air, en milieu
réducteur. Le carbone organique, après dégradation, se retrouve sous forme
de CO2, CH4 et biomasse. Le faible potentiel d’oxydo-réduction fait passer
l’azote sous forme NH3, le soufre sous forme H2S ou de différents types de
composés soufres organiques. [2]
b. Lagunage aéré et lit fixe :
• Lagunage aéré :
L’apport d’oxygène est essentiellement assuré de façon artificielle par un aérateur
mécanique flottant ou fixe, insufflation d’air. En l’absence d’un compartimentage bien
délimite le réacteur biologique peut se rapprocher d’un système à mélange intégral.
21
Les équilibres biologiques sont voisins de ceux du procédé classique par boue activé
bien qu’un certain développement algal soit inévitable.
La concentration en micro-organisme est faible et la décantation du floc bactérien très
médiocre. Les lagunes aérées sont souvent suivies de vastes lagunes de décantations
Les lagunes aérées peuvent présenter des profondeurs pouvant atteindre 2,5 à 3 m.
La profondeurs maximale admissible est dépendante de la puissance de brassage du
système d’aération. [2]
• Lagunage anaérobie :
Dans ces lagunes, le rendement d’épuration escompté dépeint essentiellement du
développement d’une fermentation méthanique. Il n’est, de ce fait, applicable que sur
des effluents à forte concentration et, plus souvent, à titre de prétraitement avant un
deuxième stade d’épuration de type aérobie.
Les risques de nuisance sont particulièrement importants et ces lagunes deviennent
inefficaces par basse température .Elles ne sont donc utilisables que dans des zones
suffisamment isolées et avec des conditions climatique favorable .Des dispositifs de
couverture de ces lagunes, permettant de récupérer le gaz de digestion et de réduire
les inconvénients propres au système, ont été mis en œuvre sur certains effluents
industriels.[2]
Dans ceux-ci se développent des phénomènes de fermentation aérobie avec
minéralisation de la matière organique et dégagement de CO2, CH4 éventuellement
H2S).
Ces dépôts sont particulièrement visibles sur des effluents contenant beaucoup de
matières en suspension décantable.
Les temps de séjour sont supérieurs à 20 jours et dépassent fréquemment 50 jours.
22
2.6.3.2 Affinage phytologique
Le lagunage ou phyto-épuration, est une technique naturelle d’épuration des eaux
basée sur la déseutrophisation. Il s'inspire des systèmes naturels d'épuration et
filtration par des micro-organismes, des algues et des plantes aquatiques. Parfois, on
fait aussi ruisseler l'eau au travers des racines de plantations d'arbres, éventuellement
des saules traités en taillis coupés en courte rotation (Taillis à courte rotation). Le
lagunage consiste à établir un écoulement lent par gravité des eaux usées dans
plusieurs bassins de rétention peu profonds en éliminant le risque d’infiltration dans
les eaux souterraines.
Le bassin de traitement est composé de 3 parties, différenciées généralement par le
niveau par rapport au sol permettant au bon écoulement de l’eau dans chaque partie,
composée essentiellement de : Vétiver, jacinthes d’eau, algues macroscopiques et des
filtres pouzzolane intercalant après chaque changement de type de système. Après
les croissances, ces algues macroscopiques et ces plantes aquatiques sont capables
d’absorber des substances inorganiques notamment les formes minérales de l’azote
et du phosphore, l’ammonium, le nitrate, l’o-phosphate venant du traitement antérieur
et de les mettre en valeur. Pour connaitre la qualité de l’eau traitée biologiquement des
poissons ont été élevé dans le bassin de traitement avec les diverses plantes ; la santé
de ces animaux aquatiques sont les preuves d’une bonne ou mauvaise qualité de
l’eau.[3]
2.6.4 Traitement quaternaire
Le but de ce traitement est la réutilisation de l’eau traitée. Il existe plusieurs méthodes
pour y parvenir :
2.6.4.1 Échangeuse d’ion
[5] Les échangeurs d’ions sont des substances granulaires insolubles ,comportant
dans leur structure moléculaire des radicaux acides ou basiques susceptibles de
permuter , sans modification apparente de leur aspect physique , et sans altération ou
solubilisation ,les ions positifs ou négatifs , fixés sur ces radicaux , contre des ions de
23
même signe se trouvant en solution dans le liquide à leur contact . Cette permutation
appelée échange d’ion permet de modifier la composition ionique du liquide objet du
traitement, sans modification du nombre total de charges existant dans ce liquide avant
l’échange.
Les échangeurs d’ions ont d’ abord été des terres naturelles (zéolites), puis des
composés synthétique minéraux (silicoaliminates) et organiques, ces derniers étant
presque exclusivement employés actuellement sous le nom de résines. Ce terme a
été généralisé à tort pour désigner l’ensemble des échangeurs. Ils se présentent soit
sous forme de grains soit pour la majorité d’ entre eux, sous forme de billes.
On distingue deux types d’échangeurs :
• Les échangeurs cationiques contiennent en général des macromolécules à
radicaux fortement acide du type sulfonique HSO3 ou des macromolécules à
radicaux faiblement acide du type carboxylique COOH. On parle de permutation
hydrogène H.
• Les échangeurs anioniques renferment des macromolécules possédant des
ions OH- et des radicaux basiques comme l’ammonium quaternaire.
Au bout d’un certain temps, les échangeurs d’ions peuvent être saturés. On peut alors
procéder à leur régénération.
Pour les :
• Échangeur cationique, on peut les lever par une solution concentrée d’ion H+
comme les acides.
• Échangeur anionique, on peut les recycler à l’aide d’une lessive de soude par
exemple.
2.6.4.2 Principaux types d’échangeurs d’ions
Un échangeur d’ions, pour être utilisable industriellement, doit répondre aux
spécifications suivantes :
24
• Le produit doit être insoluble dans les conditions normales d’emploi: En
pratique, tous les échangeurs actuellement utilisés répondent à cette condition,
et leur solubilité vraie aux températures ambiante, est indécelable par les
méthodes courantes d’analyse dans les conditions de débit et de température
habituelles. Ceci n’est plus vrai pour certains échangeurs si la température
dépasse une certaine valeur.
• Le produit doit être conditionné en granulé aussi homogène que possible et de
dimensions telles que leur perte de charge en percolation reste acceptable : En
pratique, les échangeurs d’ions utilisés dans les techniques décrites ci-après
se présentent en granulé ayant des dimensions comprises entre 0.3 et 1.2 mm.
On utilise pour certains usages spéciaux traitement de condensats, d’eaux de
circuits nucléaires) des résines pulvérisées entre 5 et 30 Nm, dites
« microrésines ».
• Les changements d’état de l’échangeur ne doivent pas entrainer la dégradation
de sa structure physique.
a. Échangeur de cations
Échangeurs minéraux et charbons sulfonés : ces produits ne présentent plus qu’un
intérêt historique.
b. Échangeur synthétiques
Ils peuvent se classer en deux groupes :
• les échangeurs de cations fortement acides
• les échangeurs de cations faiblement acides
2.6.4.3 Ultrafiltration (nanofiltration)
L’ultrafiltration enlèvera les particules plus grands, et enlèvera peut être quelque virus.
L’ultrafiltration ne peut pas enlever les substances dissoutes sauf s’ils sont coagulé
avec sel du fer.
25
Un filtre de nanofiltration a un pore d’environ 0.001 micron. Nanofiltration enlève la
majorité de molécules organique presque tous virus la majorité de la matière organique
naturelle et une variété de sels. Le nanofiltration enlevé les ions divalents qui rendent
l’eau dure, alors le nanofiltration est souvent utilisé pour adoucir l’eau dure.
L’ultrafiltration enlève les bactéries, les protozoaires et quelques virus de l’eau.
Nanofiltration enlève ces microbes, ainsi que la majorité de la matière organique
naturelle et certains minéraux naturels, particulièrement les ions bivalents qui causent
l’eau dure .mais Nanofiltration n’enlèvent pas les composés dissous.
2.6.4.4 Osmose inverse
[6] Une membrane semi-sélective est une membrane permettant certains transferts de
matière entre deux milieu qu’elle sépare , en interdisant d’autres ou plus généralement
en favorisant certains par rapport à d’autre .
L’osmose inverse est un procède de séparation en phase liquide par permissivité à
travers des membranes semi-sélectives sous l’effet d’un gradient de pression.
L’écoulement s’effectue en continu tangentiellement à la membrane. Une partie de la
solution à traiter (débit Q0) se divise au niveau de la membrane en deux parties de
concentration différentes :
Une partie (débit Q0) passe à travers la membrane (perméat).
Une partie qui ne passe pas à travers la membrane (concertât ou retentât) contient les
molécules ou particules retenues par la membrane.
La fraction de débit qui traverse la membrane est le taux de conversion Y définit par :
𝑌 =𝑄𝑝
𝑄𝑜
Le flux de matière dépend des cas de permeat (déminéralisation d’eau) ou de la
concentration de produits alimentaires. Le débit de la solution d’alimentation peut
atteindre une valeur 500 fois supérieure à celle du débit de permeat.
26
Lors d’une filtration classique la suspension à traiter est amenée perpendiculairement
au milieu filtrant ; l’accumulation de matière forme une couche qui diminue la porosité
et ainsi le débit de filtration. L’écoulement tangentiel permet au contraire de limiter
l’accumulation sur la membrane des diverses espèces (particules, molécules, ions)
retenues par cette dernière.
La sélectivité d’une membrane est définie par le taux de rejet R (ou taux de rétention)
de l’espèce que la membrane est censée retenir :
𝑅 =(Co − Cp)
Co= 1 −
Cp
Co
Avec :
Co : est la concentration de l’espèce à retenir dans la solution
Cp : est la concentration de la même espèce dans le permeat
L’osmose inverse utilise des membranes dont la porosité passer le solvant et arrêtent
les ions.
a. Principes de l’osmose inverse
• Pression osmotique :
L’osmose est le transfert de solvant à travers une membrane sous l’effet d’un gradient
de concentration. Si on considère un système à deux compartiments séparés par une
membrane demi-sélective et contenant deux solutions de concentrations différentes,
l’osmose se traduit par un flux d’eau dirigé de la solution diluée vers la solution
concentrée.
Si on applique une pression sur la solution concentrée, la quantité d’eau transférée
par osmose va diminuer. Avec une pression suffisamment forte, le flux d’eau va même
s’annuler : cette pression est nommée la pression osmotique P(en faisant l’hypothèse
que la solution diluée est de l’eau pure).
27
Si on dépasse la valeur de la pression osmotique, on observe un flux d’eau dirigé en
sens inverse du flux osmotique : c’est le phénomène d’osmose inverse.
La pression osmotique des électrolytes est donnée par relation suivante :
II = i. C. R. T
Avec :
✓ i est le nombre d’espèces d’ions constituant le soluté,
✓ C la concentration molaire du soluté (mol .m-3),
✓ T la température (K)
✓ R la constante des gaz parfaits (8.31 J.mol-1.K-1)
✓ Π est exprimée en pascals. Cette relation est valable pour des solutions diluées.
• Mécanisme diffusionnel :
En osmose inverse les transferts de solvant et de soluté se font par solubilisation –
diffusion : toutes les espèces moléculaires (soluté et solvant) se dissolvent à travers
la membrane et diffusent à l’intérieur de celle-ci comme dans un liquide sous l’action
d’un gradient de concentration et de pression. Le transfert ne dépend donc plus de la
dimension des particules mais de leur solubilité dans le milieu membranaire. Les
séparations sont donc d’origine chimique et sont liées au pouvoir solvant de la
membrane.
Le flux massique Jsolvant (Kg.m-2.s-1) de solvant et le débit volumique de solvant (m-
3.s-1) traversant la membrane sont donnés par les relations :
J solvant = A. ( ΔP −ΔΠ)
Et
Qp =ΔS
ρ ∗ ( ΔP −ΔΠ)
28
Avec
A : est la perméabilité de la membrane au solvant (m-1.s.)
S : la surface de la membrane (m2)
ρ : la masse volumique du solvant (kg.m3),
ΔP : la différence de pression de part et d’autre de la membrane
ΔΠ : la différence de pression osmotique de part et d’autre de la membrane. ΔΠ est
la pression osmotique du flux d’alimentation si le permeat est une solution très diluée.
Les pressions sont exprimées en pascales.
Le flux massique Jsolvant (kg.m-2.s-1) de soluté traversant la membrane est donné par
la relation :
J solvant = B. (Co − Cp)
Avec :
B : la perméabilité moyenne de la membrane au soluté (m.s-1, Co)
Cp : On respectivement la concentration en soluté de l’alimentation et du permeat de
part et d’autre de la membrane (kg.m-3)
On montre donc que le flux de solvant est proportionnel à la pression efficace ΔP-ΔΠ
tandis que le flux de soluté en est indépendant .On montre également que le taux de
rejet d’une membrane augmente lorsque la pression efficace augmente.
La sélectivité des membranes d’osmose inverse pour les différentes espèces
chimiques dépend de leur possibilité de solvatation par l’eau. Les espèces les plus
fortement solvants ont un taux de rejet toujours plus important. On peut en tirer les
indications suivantes :
➢ Les ions sont mieux retenus que les molécules.
29
➢ Les protéines ont une rétention plus faible pour des pH proches du point
isoélectrique.
➢ Pour les acides faibles, le taux de rejet est élevé lorsque le pH est
supérieur au pk.
➢ Pour des ions de valence différente, le taux de rejet croit avec la valence
des ions.
➢ Pour des ions de même valence, le taux de rejet diminue si leur masse
molaire augmente.
• Membranes :
Les membranes sont le plus souvent fabriquées en acétate de cellulose ou en
polymères de synthèse (polyamides, polysulfones). Elles peuvent être planes ou
tubulaires (épaisseur de l’ordre de 200μm) ou en fibre creuse obtenue en filant des
polymères (diamètre intérieur de 25 à 800μm et diamètre extérieur de 50 à 1000μm).
Les membranes sont caractérisées par leur qualité de stabilité chimique (pH, oxydants,
dichorée…), de stabilité thermique (important facteur pour les utilisations biologiques
où il y a stérilisation en autoclave), de stabilité microbiologique (dégradation
bactérienne pour les membranes en acétate de cellulose) et de résistance mécanique.
Leur cout intervient dans 40 à 50% de l’investissement d’une unité d’osmose inverse.
Pour être mises en œuvre, les membranes doivent être montées dans des supports
appelés modules. Une enceinte résistant à la pression est toujours nécessaire. On
trouve trois types principaux :
➢ Module spirale : une membrane plane est enroulée autour d’un tube creux
collecteur de permeat.
➢ Module tubulaire : une membrane tubulaire est fixée sur un support poreux.
➢ Module à fibres creuses : les fibres en U sont mises en faisceau et assemblées
de façon à réaliser l’étanchéité aux deux extrémités du module. Le liquide à
traiter circule perpendiculairement à l’axe des fibres tandis que le concentrât
est recueilli dans une enceinte qui enveloppe le faisceau et permet son
30
évacuation à une des extrémités du module. Le permeat s’écoule à l’intérieur
de chacune des fibres puis dans un collecteur.
• Polarisation et colmatage :
La polarisation, apparaissant en osmose inverse, est un phénomène réversible
(disparaissant quand le gardient de concentration s’annule) caractérisé par une
accumulation à la surface de la membrane des espèces retenues. La concentration
étant à la surface plus élevée que dans le volume de la solution il s’ensuit une
augmentation de la pression osmotique auprès de la membrane et donc une
diminution de la pression efficace ΔP-ΔΠ : le flux de permeat va diminuer.
Le colmatage est possible en osmose inverse. On peut atteindre la limite de solubilité
des sels au niveau des membranes et avoir une formation de tarte lors de la
déminéralisation d’eaux salines.
b. Procédés
Les unités d’ultrafiltration ou d’osmose inverse comportent principalement en plus des
modules les éléments suivants :
• Une pompe à haute pression (40 à 50 bars) pour l’osmose inverse.
• Un échangeur de chaleur pour maintenir les liquides aux températures
souhaitées.
Les procédés existent en discontinu comme en continu avec dans les deux cas des
montages permettant le recyclage des concentrât pour améliorer la séparation .Une
étage d’élimination préalable des plus grosses particules est toujours nécessaire.
2.6.4.5 Neutralisation- déminéralisation
Les traitements de correction de pH, souvent désignés par le terme de neutralisation,
qui consistent à ramener le pH d’une eau à une valeur définie, peuvent concerner les
domaines d’applications suivantes:
31
• Neutralisation d’effluents divers à un pH souvent voisin de la neutralité avant
rejet dans le milieu naturel : effluents industriels acides ou alcalins…
• correction du pH avant un stade de traitement ultérieur biologique ou physico-
chimique (ajustement du pH de floculation par exemple)
• correction de l’équilibre calco-carbonique pour protéger les conduite de
distribution contre la corrosion.
2.6.4.6 Déminéralisation :
Dans la plupart des cas, une eau déminéralisée est produite à l’aide d’une installation
d’osmose inverse ou un échangeur d’ions.
Pour la production d’eau déminéralisée, des eaux de différents types peuvent être
utilisées : eau du robinet, eau de pluie, eau de mer ainsi que de l’eau usée.
L’eau déminéralisée contient peu de sel et est pour cela parfaitement approprié à une
utilisation en processus de production. La qualité de l’eau déminéralisée peut varier
de 1 à 50 µS/cm, en fonction de l’industrie.
2.7 Conclusion partielle
Ce chapitre nous a montrés l’étude bibliographique sur le traitement des eaux usée.
Nous allons vu les généralités de l’eau ainsi que les principaux polluants dans l’eau et
le but de traitement des eaux usées. Nous tenons aussi la technique de traitement
des eaux usées c’est sont le traitement préliminaire, le traitement secondaire, le
traitement tertiaire et enfin le traitement quaternaire.
Pour traiter donc les rejets il faut éprouver le type de l’eau afin de faire le traitement.
Maintenant nous allons montrer ci-après la représentation de traitement et
interprétation de la zone
32
CHAPITRE 3
REPRESENTATION DE TRAITEMENT ET INTERPRETATION DE LA ZONE
3.1 Introduction
Le chapitre suivant concerne le traitement effectué dans le projet. Nous
commencerons par présenter la méthodologie que nous détaillerons par l’état de lieu,
l’étude de l’infrastructure existant puis nous présenterons les différentes étapes de
traitement. Nous terminerons par les essais effectués au laboratoire, les critiques et
les modifications à apporter au bassin de traitement.
3.2 Méthodologie
L’objectif du projet est de réhabiliter la station de traitement afin d’avoir des résultats
d’analyse conforme aux normes Malagasy de rejet.
Pour y arriver, plusieurs étapes étaient entreprises :
• Analyse du site (plan actuel de la station d’épuration)
• Analyse en amont de l’eau (sources d’effluent)
• Problématique de l’infrastructure existant
• Analyse du processus en place
• Essai de traitement en laboratoire
• Dimensionnement du bassin de traitement à proposer
• Proposition de processus de traitement adéquate
• Réalisation de travaux de réhabilitation et de modification du processus de
traitement
• Mise en marche de l’unité et réglages des paramètres
Ces étapes seront décrites dans les paragraphes suivants.
33
3.3 État de lieu
3.3.1 Contexte du projet
La société OCM dispose d’une infrastructure basique destinée pour le traitement des
eaux usées. Cependant, la station n’est pas complétement opérationnelle et la qualité
de leur eau usée n’est pas maitrisée.
3.3.2 Les principaux polluants détectés dans les eaux usées de la société :
Les textiles faits partie des branches industrielles qui consomment le plus de l’eau et
des produits des rejets des eaux. La nature et le volume des eaux usées dépendent
beaucoup des programmes de traitements appliqués pendant la production. La
composition des eaux usées est caractérisée essentiellement par les matières
contenues suivantes :
✓ résidus de fibre,
✓ reste d’encollage,
✓ produits de lavage,
✓ agents mouillants,
✓ agent dispersants,
✓ acides organique,
✓ colorants…
Ces eaux peuvent en outre présenter un pH variant de 3 à 12, de température de 20
à 75°C et de forte fluctuation de débit.
Pour se remettre en conformité vis-à-vis des réglementations et exigences
environnementales, la réhabilitation et mise en fonctionnement de l’unité de traitement
ont été lancées.
3.4 Infrastructure existant
La station est destinée à traiter les rejets de teinture et de lavage. Le plan de masse
global est donné par la figure suivante :
34
Figure 3.01 : Plan de masse de la station existante
35
• 02 Pompes de surface : pour acheminer les rejets du local de production vers
la station de traitement.
Figure 3.02 : Pompes de surface
• 02 bassins tampons de volume 78m3 chacun: qui récoltent directement les
eaux en provenance des machines de teinture et de lavage.
Figure 3.03 : Bassins tampons
36
• 02 Futs de produits :
• Un fut de 1 m3 pour la régulation du pH de rejets
• Un fut de 1 m3 pour le dosage en coagulant et floculant de rejets
Figure 3.04 : Fûts à produits
• 01 floculateur avec chicane en béton
Figure 3.05 : Floculateur
37
• 01 bassin de 40m3 pour la décantation et floculation
Figure 3.06 : Bassin de décantation
• 01 Regard final
Figure 3.07 : Regard final
• Esplanade de séchage de boue non utilisé
38
3.5 Étapes de traitements
On peut schématiser les étapes de traitement existant comme suit :
Figure 3.08 : Étapes de traitement
• Étape n°1 - Remplissage du bassin tampons : les 02 bassins sont remplis
successivement, la durée de remplissage varie en fonction de la production.
• Étape n°2 – Réglage du pH de l’eau : de la chaux pré-préparée dans un fût est
ajoutée en vue de régler le pH de l’eau jusqu’à 7.5 à 8.5 tout en mélangeant
bien à l’aide d’un malaxeur.
• Étape n°3 – Coagulation : le pH réglé, on ajoute du sulfate d’alumine pour faire
la coagulation dans un mélangeur.
• Étape n°4 – L’eau passe par la suite dans un bassin de décantation.
39
• Étape n°5 – L’eau est évacuée à travers un regard
• Étape n°6 – Traitement des boues
3.6 Essai au laboratoire
3.6.1 Principe
Il consiste en une rangée de béchers alignée sous un appareillage permettant de
tous les agiter à la même vitesse. Les différents béchers ont reçu une dose différente
de réactifs et à la fin de l’expérimentation. Après ajout de réactifs, le milieu sera à 90
à 150 tr/mn pendant 60 à 180 seconde puis (1/5 à 1/3 de la vitesse d’agitation
coagulation) tr/mn environ 30 à 90 s on détermine la quantité de réactif qui permet
d’obtenir l’eau la plus limpide ainsi que les flocs les plus gros et les mieux décantés.
3.6.2 Matériels
• Un chronomètre
• Agitateur magnétique
• Turbidimètre
• Béchers
3.6.3 Réactifs
• acide sulfurique diluée à 10%
• Sulfate d’alumine
• Chlore actif (hypochlorite)
• Chaux
3.6.4 Détermination du pH
3.6.4.1 Mode opératoire
Il faut tout d’abord verser chaque échantillon dans un bécher, ensuite, il faut y tremper
le papier pH puis observer le changement de couleur afin d’en déduire le pH.
40
Tableau 3.01: pH de l’eau de la JIRAMA et Eau Usées textile
Types de l’eau Eau du JIRAMA Eau usées textile chez OCM
pH 5 9
3.6.4.2 Interprétation :
D’après ce tableau donc, on en déduit que l’eau usée d’industrie textile chez OCM est
un peu basique.
3.6.5 Détermination de MES
Les matières en suspension sont des fines particules, dans l’eau d’origine naturelle,
pouvant être des composées des matières minérales (anions, cations, sels peu
solubles, gaz dissous) ou organiques (C, H, O, N provient de l’érosion des sols et à la
décomposition des matières animales ou végétales), Ces particules peuvent donner à
l’eau une apparence sale et un goût rebutant.
3.6.5.1 Mode opératoire :
On lave le papier filtre avec d’eau distillé, puis on le fait passer dans l’étuve à 1000°C
pendant environ 10mn.Aprés le séchage, on passe au pesage pour connaitre sa
masse M0.
Ensuite, il faut mettre en place tous les matériels de filtration, et sachant que nous
avons pris comme volume de chaque échantillon V=50ml.
On verse maintenant l’échantillon sur le filtre, après on repasse au séchage à 105°C
et au pesage .Au pesage on observe une nouvelle masse M1.
3.6.5.2 L’expression de MES :
𝜌 =𝑚 𝑀𝐸𝑆
𝛥𝑉
41
Avec :
ΔV : différence de volume de l’eau avant passage et après le passage dans le filtre
m MES : masse de la matière en suspension
Tableau 3.02: Taux de MES entre une eau de source et l’Eau usée de OCM
Types de l’eau Eau de source Eau usée (OCM)
M0 0.7627 0.7168
M1 0.7643 0.751
M MES[g/ml] 2.2 684
3.6.5.3 Interprétation :
La valeur de MES est d’autant plus faible que l’étendu de l’eau est grande. Mais pour
le cas des eaux usées, il est acceptable que la concentration en MES soit élevée.
3.6.6 Analyse chimique de l’eau
D’après le résultat obtenu, on a vu que le pH=5 pour l’échantillon, ce qui est inférieur
à 8,3.
Pour cette opération, les matériels nécessaires sont les béchers, la burette pour
l’adjonction de l’acide. L’acide sulfurique et l’hélianthine (indicateur coloré) sont les
réactifs utilisés dans l’essai ; les échantillons d’eau à analyser sont l’eau usée de la
société OCM et l’eau de source.
3.6.6.1 Mode opératoire :
• On verse 100ml de l’eau à analyser dans le bécher,
• on ajoute 2 à 3 gouttes d’hélianthine
42
• puis on procède au dosage avec de l’acide sulfurique.
• On arrête le dosage après le virage de la couleur,
• on marque le volume V de l’acide versé.
On a alors de TA et TAC :
TA = 0
TAC=VH2SO4(versé)°F]
3.6.6.2 Alcalinité de l’eau :
C’est la somme des charges de l’acide inactif diminué de la charge de la base inactive,
mesuré par titrage avec un acide fort. L’acide utilisé est le H2SO4.
3.6.6.3 Définition du TA
C’est une méthode permettant de connaître la teneur de l’eau en carbonate et base
forte. Cette analyse se fait en présence de phénolphtaléine.
3.6.6.4 Définition du TAC
C’est la grandeur utilisée pour mesurer le taux d’hydroxyde, de carbonate et de
bicarbonate dans l’eau. Cette analyse se fait en présence de l’hélianthine.
Le TA n’existe pas pour pH<8,3 puisque :
pH=-logH3O+<8,3
-logH3O+<8 ,3
H3O+<10-8,3
H3O+<5•10-9 0
H3O+<0
Or TA existe si le cation existe, c'est-à-dire H3O+ a une valeur considérée.
43
D’où le TA est négligeable pour pH<8,3.
Voici le tableau de chaque résultat obtenue :
Tableau 3.03: Mesure de TAC sur une Eau de source et l’eau usée de l’OCM
Types d’eau Eau de source Eau usée de la société OCM
VH2SO4 1,4ml 2ml
Virage Orange Claire Rouge brique
3.6.6.5 Interprétation :
Pour chaque volume d’acide sulfurique ajouté dans chaque échantillon, on observe un
virage. On peut déduire que ce virage de couleur provient de la qualité d’eau, c'est-à-
dire de l’existence du TA et TAC.
3.6.7 Essai de coagulation et floculation :
La coagulation-floculation est un procédé de traitement physico-chimique d'épuration
de l'eau, utilisé pour le traitement de potabilisation. Elle consiste à éliminer les
particules colloïdales contenues dans l’eau.
• La coagulation : permet de supprimer les répulsions inter colloïdales, par action
des réactifs chimiques qui annulent les forces répulsives.
• La floculation : est l’agglomération des colloïdes déchargés par suite de contact
entre les particules, favorisée par un processus mécanique.
Le but des essais de coagulation-floculation c’est de déterminer le produit coagulant
floculant avec leur dose à utiliser dans un traitement.
44
Les matériels utilisés sont :
• béchers,
• pipette pour l’ajout des réactifs,
• agitateur.
Réactif utilisé :
• sulfate d’alumine : Al2(S04)3 : solution mère 10g/l
• chaux : Ca(OH)2 : solution mère 2g/l
• acide acétique
• hypochlorite de calcium 10%
3.6.7.1 Mode opératoire :
Le mode opératoire est le suivant
• On agite l’eau brute et on remplit 3 béchers avec 100ml de l’eau usée.
• On ajuste le pH avec l’acide acétique pour la neutralisation car l’eau du lac est
basique.
• À l’aide d’une pipette, on introduit dans chaque bécher des quantités
croissantes de réactif. On effectue une agitation rapide pendant 2 mn, puis une
agitation lente de 20 mn que se fait à la main. On les laisse décanter pendant
10 à 15 mn.
Nous avons effectué 3 essais dont :
• l’un est avec un pH non ajusté, c'est-à-dire pH=9
• Les 2 essais ont été ramenés à une pH=7 pour la neutralisation
45
Pour chaque essai de coagulation on a le résultat dans le tableau ci-après :
Tableau 3.04: Essai de coagulation
Essais n° 1 2 3
Nature
coagulant
Acide sulfurique
(H2SO4)
Sulfate
d’aluminium
(Al2SO4)
Hypochlorite de
sodium
(NaOCl)
Acide sulfurique
(H2SO4)
Sulfate
d’aluminium
(Al2SO4)
Hypochlorite de
sodium
(NaOCl)
Acide sulfurique
(H2SO4)
Sulfate d’aluminium
(Al2SO4)
Hypochlorite de
sodium
(NaOCl)
Quantité de
coagulant
H2SO4 : 1ml
Al2SO4 : 5ml
NaOCl : 1ml +
3gouttes
H2SO4 : 1ml
Al2SO4 : 4ml
NaOCl : 3ml + 4
gouttes
H2SO4 : 1 ml
Al2SO4 : 7 ml
NaOCl : 4 ml
Qualité des
flocs
Gros et nombreux Moyen et
beaucoup
Petits et baucoup
Qualité de l’eau
décantée
Moyennement
coloré
Légèrement
coloré
Presque incolore
3.6.7.2 Comparaison de l’efficacité
• Al2(SO4)3 et FeCl3 : coagulant et floculant très efficace permettant d’obtenir
des flocs de taille moyenne.
• Ca(OH)2 : la chaux réagit comme un coagulant, les flocs qui se forment sont de
petits tailles.
46
3.6.7.3 Interprétation :
Pour une quantité constante de sulfate d’alumine, chlore, chaux et acide acétique on
obtient des résultats différents :
• Plus on augmente la quantité de chlore, plus il y a de flocs mais l’aspect de
l’eau traitée n’est pas satisfaisant (eau trouble).
• Pour éliminer toutes les matières colloïdales, il faut procéder à d’autres
traitements au lieu d’augmenter le taux de chlore.
3.6.8 Essais de filtration
Dans ce dernier essai on a besoin comme matériel :
• le bécher,
• papier filtre
• pouzzolane comme réactif de 200°C et 300° (10grammes).
L’échantillon d’eau à analyser est l’eau brute de la source et de l’eau usée de la société
OCM.
On lance la filtration des deux échantillons après avoir mis en place le dispositif de
filtration.
On a le résultat ci-après :
Figure 3.09 : Échantillon d’eau
d’industrie textile
Figure 3.10 : Floculation de l’eau usée
après ajout sulfate d’alumine
47
3.7 Critique et modifications nécessaires sur l’installation existant
Les critiques et modifications sont dans le tableau ci-dessous
Tableau 3.05: Critiques et modifications
Étape Critique Modification nécessaire
Pompage des
rejets
Les rejets sont captés directement
dans un regard collecteur avec des
débris physiques comme des
bouts de bois, papier et bout de
tissus.
Construire un dégrilleur à
tamis pour retenir les
particules physiques.
Quelques fois, la pompe n’arrive
pas à évacuer tous les rejets à
cause d’une importante perte de
charge.
Modification de la pente du
tuyau d’acheminement.
Bassin
tampon
Inexistence de systéme de
dégraissage et désavonnage.
Installation d’une pompe
aspirateur d’air et aérateur
pour enlever les mousses
de savon et faire flotter les
graisses.
Inexistence de systéme de
contrôle de pH qui ne permet pas
de piloter correctement le
traitement.
Installation d’un pH-mètre et
d’un bac à produit pour
neutralisation des rejets
dans le bassin tampon.
48
Le délai de séjour de l’eau dans le
bassin tampon est insuffisant ce
qui fait que l’eau est encore.
chaude et le traitement ne
fonctionne pas.
Ajout d’une pompe de
recirculation entre les 02
bassins tampons.
Produit de
neutralisation
Les rejets sont de pH basique (10
à 12) et donc l’utilisation de la
chaux n’est pas indiquée car cela
ne fait qu’augmenter encore plus le
pH.
Utilisation d’acide pour
ramener le pH des rejets
entre 7 à 9
Coagulations Le mélangeur a une vitesse de
rotation trop faible qui ne permet
pas d’avoir de bons flocs.
Installation d’un nouveau
moteur à vitesse de rotation
200rpm
Le bassin mélangeur est de forme
cubique, ce qui ne permet pas
d’avoir un mélange homogène.
Modification de la forme du
bassin mélangeur en forme
cylindrique.
Erreur de dosage sur la quantité
de produits de traitements utilisés.
Installation de pompe
doseuse à débit réglable.
49
Floculation Le floculateur à chicane est
inutile car le bassin est peu
profond.
Création d’un bassin
floculateur.
Décoloration Inexistence d’étape pour la
décoloration.
Création d’un bassin
cylindrique mélangeur de
produits décolorants
(Hypochlorite).
Installation d’une pompe
doseuse à débit réglable.
Bassin de
décantation
Le bassin de décantation est trop
petit et le temps de décantation
n’est pas suffisant.
Création d’un 2ème bassin
de décantation et
rehaussement de tout le
bassin pour augmenter le
volume exploitable.
Filtration Inexistence de filtre pour réduire
les matières en suspension.
Création d’un basin avec du
filtre sur lit de sable.
Affinage
phytologique
Inexistence d’affinage phytologique Création d’un basin pour
affinage phytologique.
Traitement de
boue
Le systéme de séchage de boues
n’est pas fonctionnel
Création d’un bac
épaississeur de boues
50
3.8 Dimensionnement de bassin de traitements
3.8.1.1 Débit :
𝑄 = 𝑉t
Avec :
Q : débit volumique du bassin (eau traité)
V : volume d’alimentation
t : temps de séjour
3.8.1.2 Volume
𝑉 = −𝑑ℎ
𝑑𝑡
𝑉 = −1 𝑑𝑉
𝑆 𝑑𝑡
3.8.1.3 Surface
𝑆 = 𝐿. 𝑙
Avec :
l : largeur du bassin en forme rectangulaire)
L : longueur du bassin
3.9 Plan de réhabilitation de la station de traitement
Au vu des recommandations et modifications annoncées ci-dessus (3.2), un nouveau
plan de réhabilitation a été défini et présenté dans le sous paragraphe suivant.
51
3.9.1 Plan de masse de l’installation
Le plan de masse suit la figure suivante avec :
Figure 3.11 : Plan d’installation
52
Figure 3.12 : 02 Nouveaux bassins des décanteurs
Figure 3.13 : bassin de filtre à sable
Figure 3.14 : Bassin de floculateur
53
Figure 3.15 : Quelques bassins dans la STEP
54
3.9.2 Étapes de traitement
Les étapes de traitement peuvent être schématisées comme suit :
Figure 3.16 : Nouveau processus de traitement
• Étape n°1 – Remplissage du bassin tampon :
✓ Réglage du pH à l’acide pour être à 7,5 à 8,5
✓ Aération pour enlever la mousse et faire flotter les graisses
• Étape n°2 – Coagulation : Ajout de sulfate d’alumine dans un agitateur
mélangeur
55
• Étape n°3 – Floculation : L’eau passe dans un bassin floculateur pour obtenir le
maximum de flocs
• Étape n°4 – Oxydation & Décoloration : Ajout d’hypochlorite de calcium dans
un agitateur mélangeur
• Étape n°5 – Décantation :
✓ Passage de l’eau dans un premier décanteur
✓ Passage de l’eau dans un second décanteur
• Étape n°6 – Filtration : passage de l’eau à travers des éléments filtrants en lit
de sable
• Étape n°7 – Stabilisation biologique : passage de l’eau dans un bassin rempli
de mâchefer
• Étape n°8 – Traitement des boues : évacuation des boues dans un bac
épaississeur
3.10 Conclusion
Les analyse effectuées ont démontré que les rejets sont de nature basique, ont des
MES élevée, et contiennent du TA et du TAC. Le traitement approprié doit donc
contenir du sulfate d’alumine, du chlore, de l’acide et de la chaux.
La chaux permet d’eliminer les matières colloïdales, le sulfate d’alumine sert de
correcteur de pH et l’acide effectue la neutralisation.
La qualité de flocs témoigne de la réussite du traitement et on a constaté que celle-ci
augmente.
56
CHAPITRE 4
FONCTIONNEMENT DE LA STATION ET RESULTATS DE TRAITEMENT ET
PERSPECTIVE
4.1 Introduction
La mise en route de l’installation s'accomplit par la méthode opératoire, affinement du
traitement et les premières constatations.
En même façon l’analyse d’eau traité donc pour assurer le résultat de traitement et il
y a quelques perspective pour améliorer le processus de traitement et pour la
réutilisation de l’eau.
4.2 Mise en route de l’installation
Après la réalisation des travaux, il était nécessaire de déterminer les valeurs optimales
de tous les réglages des équipements et du dosage des produits chimiques de
traitement. Il faut donc effectuer successivement l’opération de dégrillage, la
coagulation-floculation par le sulfate d’alumine, la décoloration par l’hypochlorite, la
décantation, la filtration sur lit de sable et enfin l’affinage phytologique.
Si toutes ces opérations se déroulent normalement on peut passer à la série
d’analyses des caractéristiques du rejet pour vérifier la conformité par rapport aux
normes de rejets Malagasy.
Les rejets présentent les caractéristiques suivant :
• odeur : mauvaise odeur
• température : variable
• pH : varie entre 9 à 11
• couleur : rouge brique, bleu très foncé à noire
57
Tableau 4.01: Variation du pH de l’eau usée
Heure Couleur pH
8h_9h Rouge brique 11
12-14 Bleu trés foncé à noir 9
4.2.2 Mode opératoire de conduite de la station
Le mode opératoire est la suivante :
• Aération et malaxage de l’eau dans le bassin tampon
• Vérification du pH de l’eau usée
• Correction du pH par ajout d’acide sulfurique dans le bassin tampon
• Mise en marche de toutes les pompes et moteurs-agitateurs
• Pompage de l’eau dans l’agitateur n°1 et on y ajoute le sulfate d’alumine pour
faire la coagulation : la dose de traitement varie entre 50 à 300mg/m3
• l’eau passe par gravitation dans l’agitateur n°2 où on y ajoute l’hypochlorite de
calcium avec de la chaux : il y a un changement progressif de la couleur
• Passage de l’eau dans les bassins de décantation où l’eau devient de plus en
plus claire
• Passage par gravitation dans le filtre sable pour enlever les restes de matières
en suspension
• Passage dans le bassin de stabilisation biologique
4.2.3 Affinement du traitement
4.2.3.1 Constatation générale
La difficulté du pilotage de la station vient de la variation de la qualité des rejets car la
teinture de fils et celle des articles d’habillement se font dans des machines différentes
qui peuvent fonctionner à des moments différents ou en même temps.
58
En effet, en une seule journée, une ou plusieurs couleurs peuvent être traitées. Et le
traitement d’une couleur met en action plusieurs types de colorant à des quantités très
variables.
Les eaux usées issues des différentes opérations sont évacuées dans un même
circuit. Leur volume dépend de la production, donc des commandes. Il est donc
pratiquement impossible d’avoir des valeurs moyennes.
Concernant la couleur des eaux traitées, la décoloration se fait progressivement tout
au long du traitement, ce qui témoigne de la continuité des effets de l’hypochlorite de
calcium. Ceci est confirmé par l’augmentation progressive du taux de chlore présent
dans les échantillons.
4.2.3.2 Réglage pompe doseuse
Les systèmes de dosage intégrés qui comprennent la pompe et l’électronique de
commande offrent de nombreuses possibilités de dosage de produit.
Les pompes doseuses permettent d’introduire de façon précise et rentable de petites
quantités de liquides ou de fluide visqueux contenant éventuellement des morceaux
solides.
Le débit des pompes a été réglé en fonction de la concentration du produit de
traitement et de la quantité à injecter dans l’eau à traiter.
Les avantages de l’utilisation des pompes doseuses sont :
• Faible taux de pulsation
• Un dosage continu et régulier
• Une grande simplicité d’utilisation
• Économies sur les produits chimiques
• Économies de procès et de fonctionnement
• Procès de désinfection faible et sécurité
59
4.2.4 Premières constatations
Les principales constations relevée sont décrites ci-après :
4.2.4.1 Aération dans le bassin tampon
• une bonne aération dans le bassin tampon permet d’enlever le maximum de
mousse qui joue un rôle de barrière à l’action du sulfate d’aluminium.
• Une bonne aération permet d’homogénéiser tout le bassin en termes de pH et
de température d’eau.
4.2.4.2 Agitation pendant l’ajout des produits
Il est essentiel de respecter les nombres de rotation par minute des agitateurs pour
assurer le maximum de contact avec les produits de traitement sans quoi la clarté de
l’eau n’est pas satisfaisante.
• 200 rpm pour l’agitateur de coagulation
• 70 rpm pour l’agitateur de décoloration
4.2.4.3 Avantage de l’utilisation de chaux
La chaux permet d’avoir beaucoup de flocs que la qualité utilisée soit suffisante sinon
les flocs flotteront à la surface.
La chaux permet aussi d’accélérer la décantation de boue: elle joue un rôle de
stabilisant de l’hypochlorite de calcium, sans quoi, le chlore libre s’évapore très vite et
la décoloration de boue ne sera pas satisfaisante.
4.2.4.4 Dose des produits de traitement
Après plusieurs jours de fonctionnement, on a pu constater que les doses de produits
varient selon le type de rejet. Généralement, les rejets de teinture sont plus concentrés
par rapport aux rejets de lavage. Le dosage des produits sont augmenté lorsque l’usine
est en mode teinturerie.
Généralement, la quantité de produits de traitement a été définit comme suit :
60
Tableau 4.02: Consommation de produits de traitement
4.2.4.5 Déroulement de la décantation
Il faut laisser pendant plus d’une heure les rejets dans les décanteurs afin de parfaire
la décantation. En même temps, il faut observer si l’eau est plus ou moins limpide, et
que les boues se décante au fond du bassin. Sans quoi, il faudra corriger la dose des
produits de traitement. Il ne devrait rester que quelques matières en suspension avant
le filtre.
4.3 Analyse de l’eau traitée
Dans le cadre du projet de mise en conformité environnemental, les eaux usées ont
été envoyées pour analyse dans le laboratoire de la JIRAMA, pour assurer la
conformité par rapports aux normes de rejets.
Voici quelques paramètres d’analyse :
• Paramètres chimique : TH, nitrates, nitrites, phosphate, sulfate, huile et graisse,
chlore libre, etc…
• Paramètres biologiques : DCO, DBO5, Corrélation entre DCO et DBO5, etc…
• Paramètres microbiologique ou bactériologues : coliformes totaux fécaux,
streptocoques fécaux, Escherichia coli, clostridium sulfito –réducteur,...
• Paramètres indésirable : métaux, aluminium, fer, nickel, zinc, mercure,
sélénium, etc…
61
• Paramètres organoleptiques et physique : odeur, MES, turbidités, etc…
Les analyses réalisées pendant notre intervention ont été réduits aux paramètres
essentiels qui permettraient de piloter la station.
Les résultats d’analyse de ces paramètres et les normes correspondantes sont
données dans le tableau ci-après avec les facteurs qui peuvent les influencer.
Tableau 4.03: Résultats d’analyse de l’eau traité
Paramètres Norme [7] Résultats Facteurs d’influence
DBO5 (mg/l) <70 50 Dosage de chlore
DCO (mg/l) <150 180 Dosage de chlore
Conductivité
(µS/cm)
<3000 2040 Excès de produits de traitement
(Sulfate, Chaux, Chlore)
Turbidité
(NTU)
<25 22 Insuffisance de la coagulation
& Floculation
pH 6 – 8,5 7.2 Produit de neutralisation
MES (mg/l) <100 88 Efficacité du filtre à sable
4.4 Perspectives d’amélioration du processus
Les travaux réalisés pendant la réhabilitation de la station étaient définis en fonction
des attentes de la société en termes de résultat et de budget de réalisation. Le
62
processus proposé était donc proportionnel à ces attentes et peut être amélioré en
fonction de l’évolution de la situation.
Quelques pistes d’amélioration ont été proposées :
• Dans le futur, il est indispensable d’agrandir le bassin de stockage, car le
volume d’eau à traiter s’élève toujours en fonction de l’augmentation de la
production, pour que l’eau puisse acquérir le taux d’oxygène nécessaire au
traitement suivant.
• Le dosage des produits de traitement peuvent être optimisé avec l’ajout de
polymère pour améliorer la coagulation-floculation.
4.5 Perspective pour la réutilisation de l’eau
Il est impératif que les industries textiles recyclent leur eau usée.
En effet, ces industries utilisent des quantités importantes d'eau. L'eau est utilisée pour
nettoyer la matière première et pour de nombreuses étapes de nettoyage pendant la
production. Les rejets produits doivent être nettoyées de, la graisse, l'huile, la couleur
et d'autres produits chimiques, qui sont utilisés à plusieurs étapes de la production. Le
processus de nettoyage dépend de la qualité des rejets (les usines n'appliquent pas le
même processus de production) et aussi sur la quantité d'eau utilisée. De plus les
usines n'utilisent pas toutes les mêmes produits chimiques, en particulier certaines
sociétés, avec certaines normes environnementales, essaient de garder de l'eau
propre à chaque étape de la production.
Il est tout à fait difficile de définir une norme de qualité générale pour la réutilisation de
l'eau à cause des exigences différentes de chaque fibre (soie, le coton, Polyester etc.),
du processus (par exemple, le décapage, la teinture, le lavage, etc.) et des différentes
qualités exigées pour le tissu final.
63
4.5.1 Proposition d’utilisation de nano filtration
La technique de nanofiltration est principalement utilisée pour enlever l’ion tel que les
métaux lourds.
Cette technique peut être aperçue comme une filtration membranaire de type osmose
inverse et de piètre qualité. En effet, la nanofiltration utilise des membranes moins
fines, la pression d’alimentation d’un système de nanofiltration est généralement faible
comparée à celle d’une osmose inverse. De plus le taux d’encrassement est plus faible
qu’un système d’osmose inverse.
Application pour la nanofiltration :
• Adoucissement
• Enlever les métaux lourds des effluents pour réutiliser l’eau
• Réduction de la teneur en ions sodium
Les résultats classique d’une nanofiltration sont «élimination de 50% des ions NaCl
et 90%pour les ions CaSO4.
4.5.2 Proposition d’utilisation de la pervaporation
La pervaporation est un nouveau procédé de séparation par membrane qui peut se
révéler efficace pour fonctionner sur certain mélange liquide.
Il consiste à faire circuler le mélange à traiter au contact d’une membrane
permsélective de type dense pression par pompage continu. Le permeat transporté
dans ces conditions est obtenu sous forme d’une vapeur qui peut être ultérieurement
condensée sur une paroi froide.
4.5.3 Proposition d’utilisation d’un filtre osmose inverse
Une unité d’osmose inverse sert à eliminer la quasi-totalité des ions, des substances
organiques dissoutes et des micro-organismes. Par effet de répulsion électrostatique,
l’élimination d’un ion est d’ autant plus efficace par osmose inverse qui sa valence
élevée.
64
L’importance de la déminéralisation d’une eau est appréciée par la mesure de la
conductivité qui constitue un moyen de contrôle fiable et permanent.
Le procédé de recyclage d’eau consiste à récupérer et stocker le rejet issu du bassin
du traitement d’eau pour hémodialyse dans un réservoir.
4.6 Conclusion partielle
Dans ce chapitre, nous avons vu la méthodologie ainsi que les différentes techniques
utilisées dans le projet. Ainsi que les différentes techniques utilisées dans le projet.
Ceci concerne les états de lieu, le contexte du projet, l’infrastructure existant, les
étapes de traitement, les différents essais au laboratoire et traitement, la modification
qui permet d’assurer le bon fonctionnement.
65
CONCLUSION GENERALE
Cet ouvrage se concentre sur la réhabilitation de la station de traitement des eaux
usées de la société OCM qui est une société d’industrie textile avec une consommation
32m3 d’eau par heure. L’eau de rejet du textile étant très polluée, il est nécessaire de
la traiter afin qu’elle devienne conforme aux exigences régissant les rejets à
Madagascar. La société OCM a donc fait appel à la société X2Z pour réhabiliter son
système de traitements des eaux afin de répondre aux normes exigés pour le
déversement des effluents dans la nature.
Plusieurs modifications ont été apporté sur les infrastructures et le processus de
traitement à la suite d’une étude bibliographique sur les traitements des eaux et de
plusieurs essais en laboratoire, à citer : agrandissement des bassins de décantation,
modification du flux d’eau, ajout d’équipements de traitement, amélioration du
processus de traitement avec des produits adéquats.
Pour s’assurer du résultat final, des analyses au sein d’un laboratoire agréé ont été
réalisées. Les résultats étaient conformes par rapport aux normes de rejets. Toutefois,
des perspectives d’amélioration peuvent être entreprises ultérieurement notamment
pour la réutilisation de l’eau traitée, à citer : le nanofiltration, l’osmose inverse et la
pervaporation. Ces procédés augmentent la qualité des résultats.
a1
LISTE DES ANNEXES
ANNEXE 1 : CLASSIFICATION DES REJETS MALAGASY
Tableau A1.01 : classification des rejets Malagasy
a2
ANNEXE 2 : Normes de rejets Malagasy
Tableau A2.01 : norme des rejets Malagasy
a3
a4
ANNEXE 3 : Quantitatif des ouvrages de génie civil
Tableau A3.01 : quantitatif des ouvrages de génie civil
DESIGNATION Unité Quatité
Demolition m3 6,8
Fouille en rigole m3 11,3
Armature kg 2012
Coffrage m2 254,23
Chandelle u 200
Béton dosé à 150kg/m3 m3 0,26
Béton dosé à 400kg/m3 m3 24,517
a5
ANNEXE 4 : Matériels nécessaires pour le nouveau processus de
traitement
Caractéristique UNITE Quantité
tuyau PVC 160 (16 Bar) UA 5
Coude PVC 160 UA 20
T PVC 160 UA 10
OXYJET 3,5 Ch UA 2
Pompe doseuse 60 L/H UA 3
pompe à boue 10 m3/H UA 2
pompe émergée 100 m3/H UA 1
agitateur 1 1,5 Ch (1400 rpm) UA 2
Reducteur de vitesse 1400 à 40 rpm UA 1
Reducteur de vitesse 1400 à 160 rpm UA 1
agitateur produit 0,5 Ch (1400 rpm) UA 3
armoire de commande Coffret 800*600 UA 1
fil électrique Cable souple 362,5 m 200
dominos D16 UA 10
disjoncteurs pompe doseuse 5A UA 3
dijoncteurs agitateur 5A UA 5
disjoncteurs oxyjet 18A UA 2
disjoncteur pompe à boue 10A UA 3
variateur de frequence VARF 3KW UA 1
buselure 0,5mm UA 150
sable gros grain m3 10
gravillon 5 à 31 mm m3 10
charbon actif 1 à 1,5mm (granulometrie) Kg 200
mâche fer domestique m3 10
bac produit 1m3 UA 3
Désignation
tuyauteries
pompes
moteurs
équipement électriques
équipement
complémentaires
68
BIBLIOGRAPHIE
[1] BOUAFIA S.
«dégradation des colorants textiles ̈ par procédés d’oxydation avancée basée sur la réaction de fenton application à la dépollution des rejets textiles», 18 Octobre 2010.
[2] ARMAND, L.
«Mémento Technique de l’eau», Technique et Documentation, 1966
[3] CHEBLI D.
«Traitement des eaux usées industrielles; Dégradation des colorants azoïques par un procédé intégré couplant un procédé d’oxydation avancée et un traitement biologique», Thèse de doctorat, 2012
[4] OUBAGHA N.
«décontamination des eaux contenants textiles et les adjuvants par des matériaux naturels et synthétique», Université d’Algérie, 2011
[5] Rossi.A, Malpei.M, Bonomo.L, bianchi.R
«Textile wastewater reuse in northern Italy». Milan ,Italy 1999
[6] Hartini .T
« la réutilisation des eaux usées en irrigation : cas de la Mitidja en Algerie », Projet INCO-WADEMED.du 19 au 23 avril 2004
[7] Rakotomaria H.
«Traitement des eaux usées d’une usine teinturerie textile de zone Franche cas de de la mise en application de la législation Environnementale Malagasy», Université d’Antananarivo, DEA, 2003
Titre : « Réhabilitation et dimensionnement de bassin de traitement des eaux usées d’industrie textile : cas de la société OCM».
Nombre de pages : 68 Nombre de tableau : 08 Nombre de figures : 17
RESUME
La présente étude concerne le traitement des eaux usées teinturerie. Les eau
x rejetées doivent être recyclées pour répondre aux normes d’analyse de
l’environnement et de l’écosystème. La maîtrise du traitement nécessite la
connaissance et la quantité des produits rejetés. Le résultat du traitement doit se
rapprocher le plus possible des normes rejets Malagasy.
Ces études ont montré l’efficacité du traitement, L’analyse au laboratoire montre que
le traitement est efficace pour le cas de la société OCM, l’eau polluée est devenue
limpide et claire.
Mots clés: eaux usée teinturerie, zone franche, effluents, normes de rejets,…
ABSTRACT
The present study concerns the treatment of wastewater dyeing. Rejected water must
be recycled to meet environmental and ecosystem standards. The control of the
treatment requires the knowledge and the quantity of the Product rejected. The result
of the treatment should be as close as possible to the Malagasy discharge.
These studies have shown the effectiveness of treatment, analysis in the laboratory
shows that the treatment is effective for the case of the OCM company, polluter water
has become clear.
Keywords : Wastewater, dyeing, free zone, effluents, standard of rejections,
Auteur: RAHAJARIZAKA Lalatiana Elysé Rapporteur : RAKOTOSAONA Rijalalaina, Professeur Adresse de l’auteur : lot IIG 1RS ter C ambatomaro, 101 Antananarivo. Contact : 032 49 255 79 / 034 27 255 79 E-mail : [email protected]
